死腔の減少と換気の局所分布に対する高流量鼻カニューレの効果 (HFNC)

背景と意義 歴史的に、酸素鼻カニューレは動脈酸素化を増加させる治療法として低酸素血症患者に使用されてきました。 新生児のコミュニティでは、鼻粘膜が過度に乾燥する可能性と低体温症を発症するリスクがあるため、小児患者では 2 L/分を超える酸素流量と 4 L/分を超える酸素流量がほとんど使用されていません。 鼻粘膜の表面積が大きいため、乾燥した医療グレードのガスの水和をサポートできるため、体格の大きな小児および成人の患者は、4 L/分を超える流量に耐えることができると推測されています。 高流量鼻カニューレ (HFNC) 療法は、患者の自発吸気および呼気流量を超えると考えられる流量を提供する呼吸補助の一種です。 過去 10 年間で、加熱加湿高流量鼻カニューレ (HFNC) デバイスの急増が臨床環境に導入されました。 これらのデバイスは、流量設定に関係なく、医療ガスの最適な加熱と加湿を提供することを目的としています。 HFNC を受ける優勢な患者集団である新生児の場合、この集団でどのフローが「高」を構成するかについてのコンセンサスは明らかにありません。 「高い」が自発吸気流量を超える流量を意味することを意図している場合、この関係を確認するための合理的な臨床測定はありません。 したがって、HFNC の真の定義はとらえどころのない用語のままであり、私たちのプロトコルはこの主題に光を当てることを望んでいます.

3 つの異なる酸素鼻カニューレ流量 (低、中、高) が呼吸数、SPO2、経皮 CO2、および EIT によって測定される換気の局所分布に及ぼす影響に関する私たちの前向きランダム化試験は、臨床医が HFNC 流量の範囲を定義するのに役立ちます。デッドスペース ウォッシュ アウトが正の膨張圧 (低範囲) なしで発生する場合と、デッドスペース ウォッシュ アウトが陽圧で発生し、換気の局所的な分布が変化する場合です。

C. 予備研究 ある新生児の情報源は、HFNC を流量 > 1 L/min と定義し、別の情報源は流量 > 3 L/min を HFNC と定義しています。従来、標準的な鼻カニューレで使用されていたものの 6 L/min まで)、最大で 30 ～ 40 L/min.2 より良い熱と湿度を提供する技術的能力により、臨床医は、HFNC がそうでなければ持続陽圧気道圧 (CPAP)、非侵襲的換気 (NIV)、または侵襲的機械換気を必要とする患者の大部分をサポートできる可能性があることを発見しました。 HFNC が標準的な酸素供給装置よりも優れた呼吸補助を提供するメカニズムがいくつか提案されています。

呼気流量を超える流量は、呼気中の鼻気道開口部で鼻 CPAP と同様の「背圧」を提供する可能性があります。 さらに、ガスは、解剖学的漏れ（鼻/口腔気道）を介して解剖学的死腔から二酸化炭素を生理的にパージすることができます。 これらの影響は、流量、分時換気量、患者の体格、漏れ、および鼻気道の開口部とプロングのサイズの関係によって異なる可能性があります。 現在、FDA 承認の HFNC システムは 3 つあります。 臨床的に受け入れられているのは、標準的な CPAP や NIV 装置よりも HFNC の方が安価で操作が簡単で、必要な気道インターフェースの複雑さが少ないという事実に関連しています。 もう 1 つの提案された利点は、HFNC プロングは一般に閉塞性が低く、CPAP プロングや BiPAP マスクよりも鼻の気道損傷が少ない可能性があることです。 低酸素性呼吸不全のすべての患者における安全で効果的なオプションとして HFNC フロー設定をサポートするための実験データはほとんどありませんが、このアプローチは広く受け入れられ、使用されています。

電気インピーダンス トモグラフィー (EIT) 電気インピーダンス トモグラフィーは、空気で満たされた空間と組織で満たされた空間のインピーダンスの変化を利用して、ベッドサイドでの肺気量の局所分布を特徴付け、定量化します。 この技術は、ボストン小児病院で過去 10 年間に実施された動物 3 および人間 4, 5 の研究で検証されています。 この技術は、患者の胸部に配置された一連の 16 個の電極を利用します (図 1)。 電極間に小さな電流が流れると、直列間および直列間でインピーダンスが測定されます。 これらのインピーダンス値の複雑な調査と操作により、2 次元画像が形成され (図 2)、患者の臨床的および放射線学的変化と相関することが示されています 4。 肺容量とガスの局所分布を非侵襲的かつリアルタイムで推定する能力は、どのモードの換気がより効果的かについての洞察を与えるかもしれません.

HFNC の生理学的効果と安全性 HFNC が有効であると考えられるいくつかの生理学的メカニズムが提案されています。 これらには以下が含まれます: 1) CO2 の上気道死腔を洗い流し、肺胞のガス交換を改善します。 2) 吸気をサポートするのに十分な流れを提供することで、吸気の呼吸仕事量を減らします。 3）乾燥/冷却の影響を排除することにより、肺と気道の力学を改善します。 4) ガスコンディショニングの代謝コストを削減または排除する。 ５）正の呼気膨張圧を提供する。 これらの変数は動物または人間のいずれかで測定されていますが、短期間の研究では少数の被験者しか登録されておらず、HFNC の安全性に対処するために特別に設計されたものではありません。

Hasan らは、流量が 0 ～ 12 L/min の 2 つの市販の HFNC デバイスを異なるリーク設定で使用して、静的な新生児肺モデルで生成された圧力の影響を観察しました.6 彼らは、漏れが最小限に抑えられた（口を閉じた）鼻孔モデルで、シミュレートされた気管圧の体系的な増加が流量の増加に比例することを示しました。 測定された気道内圧は、経鼻 CPAP で報告されたものと同様でした (約 6 ～ 8 L/分の流量で約 5 ～ 6 cmH2O)。

Frizzola と同僚は、N-CPAP と HFNC で支えられた 13 匹の肺損傷の新生児子豚の気管圧とガス交換を、高漏れおよび低漏れの条件下で測定しました.7 この研究の主な発見は、HFNC気管圧は同じ流量範囲でCPAP圧と同等であり、鼻咽頭死腔のウォッシュアウトは、HFNC中の気管圧だけとは無関係に、換気と酸素化の改善に関連しているということでした。

いくつかの短期研究では、乳児の小さなグループにおける肺の膨張圧の大きさが評価されています。 Sreenan らは、40 人の未熟児のグループにおいて、標準的な酸素供給用鼻カニューレ (1 ～ 2.5 L/分) と N-CPAP の間で同様の呼気終末胸膜圧を維持できることを発見しました。 8 ただし、この圧力は、漏れや気道/カニューレのサイズの関係により、大きく変動する可能性があります。 Lampland は、未熟児の HFNC (2-6 L/min) と N-CPAP 6 cm H2O の間で同様の呼気終末胸膜圧を観察しました.9 最近のコクランのメタアナリシスでは、未熟児集団に限定されたプロスペクティブな無作為化対照試験が評価されました.1 このメタアナリシスの主な目的は、HFNC の安全性と有効性を判断することでした。 出生後の主要な呼吸補助として使用した場合、ある試験では、HFNC (5-6 L/分) と鼻 CPAP で治療された乳児で同様の治療失敗率が見られました.10 抜管後、ある試験では、HFNC (1.8 L/分) で治療された乳児は、経鼻 CPAP で治療された乳児よりも再挿管の必要性が有意に高いことがわかりました.11 別の試験では、加湿された HFNC と加湿されていない HFNC の再挿管率がほぼ同じであることがわかりました (~ 2-3 L/分)12。4 番目の試験では、加湿された HFNC (6 L/分) を供給するために使用される 2 つの異なるモデルの機器に違いは見られませんでした.13 これらの研究に登録された患者はほとんどおらず、2 つの研究 (Woodhead、Miller) では不十分な方法論的アプローチが使用されていました。 ある研究では、使用されている HFNC デバイスに関連する感染症のために、登録が短期間で中止されました.10 これらの調査結果に基づくと、HFNC の安全性または有効性を、一般的に使用されるフローの範囲内で、早産児の呼吸補助の形態として確立するには不十分な証拠があります。 また、これらのデータは、抜管後に HFNC を使用すると、経鼻 CPAP よりも再挿管率が高くなる可能性があることを示しています.14 より大きな乳児やその他の小児患者における安全性と有効性を評価した研究はありません。 裏付けとなる証拠がないにもかかわらず、HFNC は依然として多くの小児集中治療室 (PICU) で 20 L/分以上のフローを使用して実施されており、HFNC 中にこれらの高フローを使用して実施された成人研究はほとんどありません。 したがって、これらの調査結果を外挿して、子供に同様のフローの使用を促進することは困難です。 HFNC は、CPAP や NIV と同様の臨床的利点のいくつかを提供する可能性があることは明らかです。 鼻 CPAP は、酸素療法と新生児の侵襲的換気との間の中間的なサポートとして機能しますが、体格の大きな小児科および成人では、侵襲的換気の代替手段としてバイレベル NIV でサポートされることがより一般的です。 鼻 CPAP の換気効果を高めるために、新生児集団に NIV を使用することを支持する説得力のあるデータもあります。 HFNC は、CPAP と同様のベースライン圧を提供するだけでなく、肺胞換気を NIV と同様のレベルまで増強します。

D. 設計と方法

1. 研究デザイン

   a. HFNC の 3 つの異なる流量の前向きランダム化試験では、EIT の局所分布、経皮 CO2、および呼吸数の結果を評価します。

2. 患者の選択および包含/除外基準

   a.包含基準 i. 低酸素症のためにＨＦＮＣを受けているすべての患者 ｉｉ． 年齢: 1 日 (> 38 週 GA 新生児またはそれ以上) から 17 歳。 b. 除外基準 i.先天性心疾患のある患者。 ii. 医療チームが非侵襲的治療の緊急エスカレーションまたは差し迫った挿管を必要とする可能性があると判断した患者。

   iii. 研究内で提供される最高レベルのフローで FIO2 > 0.6 を使用している患者。

   iv。免疫不全および／または骨髄移植後の状態にある患者 ｖ．血圧または心拍数を維持するために血管作動性補助を受けている患者 ｖｉ． 既知の気道異常のある患者。 ピエール・ロビン、気管軟化症。 vii. 妊娠38週未満の患者 viii． 体重が 3 キログラム未満の患者 ix. サイズ/重量の制限により、EIT バンド/電極を胸部に適切に配置できない場合 x. 医療チームが、医学的、社会的、または感情的な懸念に基づいて、患者が研究に登録するのに適していないと判断した場合

3. 研究治療または暴露/予測因子の説明 インフォームドコンセントの後、HFNC療法を受けるように命じられた患者は、1時間ごとに段階的に増加するフロー（低から高へ）または段階的に減少する（高から低へ）に無作為化され、その後、以前に注文したフロー設定に戻ります。 年齢に応じて、鼻孔の内径の 50% を超えない鼻カニューレの外径を使用して、表 1 に示すように、3 つの異なる流量設定で 1 時間配置されます。 表 1 は、4、6、および 8 mL/Kg の 3 つの既知の 1 回換気量に基づいて開発されました。吸気時間は 33% で、正常な呼吸数は最高です。 SPO2、EIT、TCM CO2、および呼吸数の測定値は、15 分ごとに記録されます。 FIO2 は、SPO2 を 90 ～ 95% に維持するように調整されます。

   経皮的 CO2 (TCM) (Sentec) は、無作為化の 30 分前に配置され、皮膚の表面との平衡を可能にします。 TCM は、体重が 15 Kg 未満の患者には左上胸部に、15 Kg を超える患者には耳たぶに配置します。 このデバイスは FDA の承認を受けており、皮膚を温めて、皮膚とセンサーの膜全体に CO2 を拡散させます。 この装置により、修正された換気指数を開発することができます。

   EIT 測定 - EIT 測定は、無作為化の前と、3 つの流量範囲の変更のそれぞれの 1 時間後に行われます。 これには、乳頭線のすぐ下の患者の胸の周りに 16 個の電極バンドを配置することが含まれます。

   パルスオキシメトリおよびコオキシメトリ - SpO2、S/F 比 (SpO2 と FIO2 の比)、SpHb (非侵襲的 HGB)、および SpOC (酸素含有量) を 3 時間連続して監視します。 平均 SpO2、S/F 比、および SpOC は、Masimo RAD-7 によって収集されたストリーミング データから、ラップトップ コンピューターを介して計算されます。 不飽和化は、SpO2 < 85% として定義され、報告されます。 これらの機能を実行するために Excel が使用されます。 FDA 承認の使い捨て SPO2 プローブが、患者の指、親指、またはつま先に適用されます。

4. 一次および二次アウトカム/エンドポイントの定義 プライマリー酸素化 1. より低い FIO2 でより高い SPO2 (S/F 比) 2. SpOC、および脱飽和の頻度 ii. 換気 1. 呼吸数を下げる 2. TCM CO2 を下げる b. 二次 i. EIT によって測定された地域分布の違い 1. 面積と上下比が分析される一次データになります 2. 肺の局所充填が比較されます。
5. データ収集方法、評価、介入、およびスケジュール (実行された評価の種類、頻度) データは、各デバイス (Draeger EIT、Sentec TCM、Masimo SPO2) のコンピューターに継続的に記録されます。 データは USB ドライブまたは PCMC カードのいずれかでダウンロードされ、分析のために 1 つの Excel スプレッドシートにマージされます。 データは、3 時間全体で 15 分ごとに手動で記録されます。
6. 研究タイムライン図 3 を参照してください。

E. 有害事象の基準と報告手順 これはパイロット研究であるため、PI はそれぞれの主要な有害事象を検討します。 次の合併症は監視されますが、重大な合併症のみが IRB に報告されます。 軽度のイベントには、徐脈 (ベースラインより 10% 低い)、呼吸数の増加 > 20%、TCpCO2 の 10 mmHg の増加、FIO2 の増加 > 0.3、低換気 (15 秒以上の息止め) および酸素飽和度低下 (

研究を中止し、IRB に直ちに報告する主なイベントは次のとおりです。

• 脱飽和度が 80% 未満 (パルスオキシメトリーで継続的に監視) が 1 分以上続く。
• 徐脈 < 60 BPM 臨床研究コーディネーターは、すべての主要および軽微なイベントを監視し、PI に報告します。

F. データ管理方法 登録時に、各患者には、患者の追跡を目的として、医療記録からリンクされていない固有の番号が割り当てられます。 この番号は、BCH 研究担当者のみがアクセスできる、パスワードで保護された個人所有の BCH 研究ドライブに入力されます。

データ収集期間中 (3 時間) はスプレッドシートがベッドサイドに保管され、各データ ポイントが手動で入力されます。

G. 品質管理方法 データ転送の品質は、マニュアルと電子データを確認する 2 番目の調査員によって保証されます。 SPSS ソフトウェアを使用して、データの分析を支援し、入力されていないフィールドや予期しない結果または入力ミスの可能性がある結果に対するアラートを確立することにより、データの整合性を確保します。

H. データ分析計画 流量設定間の呼吸数の差が 10% を超えると、有意と見なされると見なされます。 TCM の CO2 と SPO2 の 20% を超える差は、有意であると見なされます。

EIT データ: 肺イメージング システムは、Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical、リューベック、ドイツ) です。 胸骨周囲の第 6 肋間スペースの高さで、胸郭の周囲に等間隔で 16 個の共面電極を配置します。 参照電極は、ウエストライン近くの腹部の右側に配置されます。 電極 #1 と #16 は、電極 #8 と #9 が脊柱にまたがるように、それぞれ胸骨の左右に対称的に配置されます。 この構成は、猫のスキャンに似た、尾から頭への放射線医学的慣習における横方向の画像につながります。 肺の画像再構成は、Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software (16) を使用して、Graz のコンセンサス (GREIT) (15) に従って行われます。 簡単に言えば、この考え方は、研究の各段階で腹側と背側のインピーダンス変化の比率を評価することによって、換気の中心の変化を観察することです ( )。 インピーダンスの変化は、肺がどの程度開いているか閉じているかを示します。 このアプローチは、以前に私たちの研究グループによって詳細に説明されています (17)。

I. 統計的検出力とサンプルの考察 検出力分析では、患者ごとに 3 つの異なるフローを繰り返し測定することに基づいて、効果サイズ 0.2、アルファ 0.05、検出力 0.8 に対して 35 人の患者 (年齢カテゴリごとに 7 人) が必要であることが明らかになりました。 各治療グループ間の平均値の酸素化 (SPO2 および S/F 比)、換気 (TCM CO2)、および EIT (U/L 比) の差は、Tukey ポストによる ANOVA を使用した無作為化の後、3 時間のテスト期間にわたって 1 時間ごとに比較されます。 -ホックテスト。

J. 研究組織 単一機関のパイロット研究。