고유량 비강 캐뉼라가 사강 감소 및 환기의 국소 분포에 미치는 영향 (HFNC)

배경 및 의의 역사적으로 산소 비강 캐뉼라는 저산소증 환자에서 동맥 산소화를 증가시키는 치료법으로 사용되었습니다. 신생아 커뮤니티에서는 비강 점막의 과도한 건조 가능성과 저체온증 발병 위험으로 인해 산소 흐름 >2L/min 및 소아 환자의 >4L/min은 거의 사용되지 않았습니다. 큰 비강 점막 표면적이 건조한 의료 등급 가스의 수화를 지원할 수 있기 때문에 더 큰 소아 및 성인 환자는 4L/min을 초과하는 유량을 더 잘 견딜 수 있는 것으로 추측되었습니다. 고유량 비강 캐뉼라(HFNC) 요법은 환자의 자발적인 흡기 및 호기 유량을 초과하는 것으로 생각되는 흐름을 제공하는 호흡 지원의 한 형태입니다. 지난 10년 동안, 가온 가습 고유량 비강 캐뉼라(HFNC) 장치의 확산이 임상 환경에 도입되었습니다. 이러한 장치는 유량 설정에 관계없이 의료용 가스의 최적 가열 및 가습을 제공하기 위한 것입니다. HFNC를 받는 주된 환자 집단인 신생아의 경우, 이 집단에서 어떤 흐름이 "높음"을 구성하는지에 대한 합의가 명확하지 않습니다. "높음"이 자발적 흡기 유량을 초과하는 유량을 의미하는 경우 이 관계를 확인하기 위한 합리적인 임상 측정이 없습니다. 따라서 HFNC의 진정한 정의는 애매한 용어로 남아 있으며 프로토콜은 이 주제에 대해 약간의 정보를 제공하기를 희망합니다.

EIT에 의해 측정된 호흡수, SPO2, 경피적 CO2 및 환기의 국소 분포에 대한 3가지 다른 산소 비강 캐뉼라 유속(낮음, 중간 및 높음)의 효과에 대한 전향적 무작위 시험은 임상의가 HFNC 유속의 범위를 정의하는 데 도움이 될 것입니다. 데드스페이스 씻김이 양압(낮은 범위) 없이 발생하고 데드스페이스 씻김이 양압으로 발생하여 환기 변화의 지역적 분포를 생성합니다.

C. 예비 연구 한 신생아 소스는 HFNC를 유량 > 1 L/min으로 정의하고 다른 소스는 유량 > 3 L/min을 HFNC로 정의합니다. 표준 비강 캐뉼라와 함께 전통적으로 사용되는 것 중 ~ 6 L/min) 및 최고 30-40 L/min.2 더 나은 열과 습도를 제공할 수 있는 기술적 능력을 통해 임상의는 HFNC가 지속 양압(CPAP), 비침습적 환기(NIV) 또는 침습적 기계 환기가 필요한 더 많은 환자를 지원할 수 있음을 발견했습니다. HFNC가 표준 산소 전달 장치보다 더 큰 호흡 지원을 제공할 수 있는 몇 가지 제안된 메커니즘이 있습니다.

호기 유량을 초과하는 흐름은 비강 CPAP와 유사한 호기 중 비강 기도 개구부에 "역압"을 제공할 수 있습니다. 또한 가스는 해부학적 누출(비강/구강 기도)을 통해 해부학적 사강에서 이산화탄소의 생리학적 퍼징을 제공할 수 있습니다. 이러한 영향은 흐름, 분당 환기량, 환자 크기, 누출 및 비강 기도 개방/프롱 크기 관계에 따라 달라질 수 있습니다. 현재 세 가지 FDA 승인 HFNC 시스템이 있습니다. 임상적 승인은 HFNC가 표준 CPAP 또는 NIV 장치보다 덜 비싸고 작동이 간단하며 덜 복잡한 기도 인터페이스가 필요하다는 사실과 관련이 있습니다. 제안된 또 다른 이점은 HFNC 프롱이 일반적으로 덜 폐쇄적이며 CPAP 프롱 또는 BiPAP 마스크보다 비강 기도 손상을 덜 유발할 수 있다는 것입니다. 이 접근법의 광범위한 수용 및 사용은 저산소성 호흡 부전이 있는 모든 환자에서 안전하고 효과적인 옵션으로 HFNC 흐름 설정을 지원하기 위해 매우 적은 실험 데이터로 구현되었습니다.

전기 임피던스 단층 촬영(EIT) 전기 임피던스 단층 촬영은 공기가 채워진 공간과 조직이 채워진 공간의 임펜던스 변화를 이용하여 침상에서 폐 용적의 지역적 분포를 특성화하고 정량화합니다. 이 기술은 Boston Children's Hospital에서 지난 10년 동안 수행된 animal3 및 human4, 5 연구에서 검증되었습니다. 이 기술은 환자의 가슴에 배치된 일련의 16개의 전극을 활용합니다(그림 1). 전극 사이에 작은 전류가 흐르면 시리즈 사이에서 임피던스가 측정됩니다. 이러한 임피던스 값의 복잡한 조사 및 조작을 통해 2차원 이미지가 형성되고(그림 2) 환자의 임상 및 방사선 변화와 상관 관계가 있는 것으로 나타났습니다4. 폐 부피와 가스의 지역적 분포를 비침습적으로 실시간으로 추정하는 능력은 어떤 환기 모드가 더 효과적인지에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

HFNC의 생리학적 효과 및 안전성 HFNC가 효과적이라고 여겨지는 몇 가지 제안된 생리학적 메커니즘이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 2) 흡기를 지원하기에 적절한 흐름을 제공하여 호흡의 흡기 작업을 줄입니다. 3) 건조/냉각 효과를 제거하여 폐 및 기도 역학을 개선합니다. 4) 가스 컨디셔닝의 대사 비용 감소 또는 제거; 및 5) 양의 호기 확장 압력 제공. 이러한 변수는 동물 또는 인간에서 측정되었지만 단기 연구는 소수의 피험자만 등록했으며 HFNC의 안전성을 다루도록 특별히 설계되지 않았습니다.

Hasan 등은 0-12L/min 사이의 흐름과 다른 누출 설정에서 두 개의 상용 HFNC 장치를 사용하여 정적 신생아 폐 모델에서 생성된 압력의 영향을 관찰했습니다.6 그들은 시뮬레이션된 기관 압력의 체계적 증가가 증가된 흐름에 비례한다는 것을 누출이 최소화된 비강 모델에서 입증했습니다(입을 다물었습니다). 측정된 기도압은 비강 CPAP(~6-8 L/min의 흐름에서 ~5-6 cmH2O)로 보고된 것과 유사했습니다.

Frizzola와 동료들은 높은 누출 및 낮은 누출 조건에서 N-CPAP 및 HFNC가 지원하는 13마리의 폐 손상 신생아 새끼 돼지에서 기관 압력과 가스 교환을 측정했습니다.7 이 연구의 주요 발견은 HFNC 기관 압력이 동일한 흐름 범위에서 CPAP 압력과 비슷했고, 비인두 사강의 세척이 HFNC 동안 기관 압력 단독으로 개선된 환기 및 산소화와 관련이 있다는 것입니다.

많은 단기 연구에서 소규모 그룹의 영아에서 폐의 팽창 압력의 크기를 평가했습니다. Sreenan 등은 40명의 조산아 그룹에서 표준 산소 전달 비강 캐뉼라(1-2.5L/min)와 N-CPAP 사이에 비슷한 호기말 흉막압이 불포화, 서맥 및 무호흡의 차이 없이 유지될 수 있음을 발견했습니다. 8 그러나 이 압력은 누출 및 기도/캐뉼라 크기 관계로 인해 매우 가변적일 수 있습니다. Lampland는 미숙아에서 HFNC(2-6 L/min)와 N-CPAP 6 cm H2O 사이에서 유사한 호기말 흉막압을 관찰했습니다.9 최근 Cochrane 메타 분석은 조산아 집단으로 제한되는 전향적 무작위 통제 시험을 평가했습니다.1 이 메타 분석의 주요 목적은 HFNC의 안전성과 효능을 결정하는 것이었습니다. 출생 후 1차 호흡 지원으로 사용했을 때 한 임상시험에서는 HFNC(5-6L/min) 및 비강 CPAP로 치료한 영아에서 유사한 치료 실패율을 발견했습니다.10 발관 후 한 실험에서 HFNC(1.8L/min)로 치료받은 영아는 비강 CPAP로 치료한 영아보다 재삽관이 훨씬 더 필요하다는 사실이 밝혀졌습니다.11 또 다른 실험에서는 가습 및 비습기 HFNC(~ 2-3L/min)12에서 유사한 재삽관 속도를 발견했으며, 네 번째 실험에서는 가습 HFNC(6L/min)를 전달하는 데 사용되는 두 가지 장비 모델 간에 차이가 없음을 발견했습니다.13 이 연구에 등록된 환자는 거의 없었으며 두 연구(Woodhead, Miller)에서는 열악한 방법론적 접근 방식이 사용되었습니다. 한 연구에서 사용 중인 HFNC 장치와 관련된 감염으로 인해 등록이 짧게 중단되었습니다.10 이러한 결과를 바탕으로, 일반적으로 사용되는 흐름 범위 내에서 그리고 미숙아의 호흡 지원 형태로 HFNC의 안전성 또는 유효성을 확립하기 위한 증거가 불충분합니다. 또한 이러한 데이터는 발관 후 사용될 때 HFNC가 비강 CPAP보다 더 높은 재삽관 비율과 연관될 수 있음을 보여줍니다.14 더 큰 영아 및 기타 소아 환자에서 안전성과 효능을 평가한 연구는 없습니다. 뒷받침하는 증거가 부족함에도 불구하고 HFNC는 20L/min 이상의 유량을 사용하는 많은 소아 집중 치료실(PICU)에서 여전히 구현되고 있으며 HFNC 동안 이러한 높은 유량을 사용하여 수행된 성인 연구는 거의 없습니다. 따라서 이러한 결과를 어린이의 유사한 흐름 사용을 촉진하기 위해 추정하는 것은 어렵습니다. HFNC가 덜 복잡한 비강 기도 또는 코-구강 인터페이스로 CPAP 또는 심지어 NIV와 동일한 임상적 이점 중 일부를 제공할 수 있다는 것은 명백합니다. 비강 CPAP는 신생아의 산소 요법과 침습적 인공호흡 사이의 중간 형태의 지원 역할을 하지만, 규모가 큰 소아과 및 성인의 경우 침습적 인공호흡의 대안으로 이중 수준 NIV를 사용하는 것이 더 일반적입니다. 비강 CPAP의 환기 효과를 증대시키기 위해 신생아 인구에서 NIV 사용을 뒷받침하는 설득력 있는 데이터도 있습니다. HFNC는 CPAP와 유사한 기본 압력을 제공할 뿐만 아니라 NIV와 유사한 수준으로 폐포 환기를 증가시킵니다.

D. 설계 및 방법

1. 연구 설계

   ㅏ. HFNC의 세 가지 다른 유량에 대한 전향적 무작위 시험에서 EIT 지역 분포, 경피적 CO2 및 호흡률의 결과를 평가할 것입니다.

2. 환자 선택 및 포함/제외 기준

   ㅏ. 포함 기준 i. 저산소증으로 HFNC를 받는 모든 환자 ii. 연령: 1일(> 38주 GA 신생아 이상) ~ 17세. 비. 제외 기준 i. 선천성 심장 결함이 있는 환자. ii. 의료진이 느끼는 환자는 비침습적 치료의 긴급한 단계적 확대 또는 임박한 삽관이 필요할 수 있습니다.

   iii. 연구 내에서 제공되는 최고 흐름 수준에서 FIO2 > 0.6인 환자.

   iv. 면역 저하 및/또는 골수 이식 후 상태인 환자 v. 혈압 또는 심박수를 유지하기 위해 혈관 활동 지원을 받는 환자 vi. 알려진 기도 이상이 있는 환자, 예. 피에르 로빈, 기관연화증. vii. 임신 주수 38주 미만 환자 viii. 3kg 미만 환자 ix. 크기/무게 제한으로 인해 EIT 밴드/전극을 가슴에 제대로 배치할 수 없는 경우 x. 의료팀이 환자가 의학적, 사회적 또는 정서적 우려를 바탕으로 연구에 등록하는 것이 적절하지 않다고 판단하는 경우

3. 연구 치료 또는 노출/예측자의 설명 정보에 입각한 동의 후, HFNC 요법을 받도록 지시받은 환자는 매 시간 증가 흐름(낮음에서 높음) 또는 단계적 감소(높음에서 낮음)로 무작위 배정된 다음 이전 주문 흐름 설정으로 돌아갑니다. 연령에 따라 비강 캐뉼라 외경이 비강 내경의 50% 이하인 표 1에 표시된 대로 1시간 동안 세 가지 다른 흐름 설정에 배치됩니다. 표 1은 흡기 시간이 33%이고 정상 호흡률이 가장 높은 4, 6 및 8mL/Kg의 세 가지 알려진 일회 호흡량을 기반으로 개발되었습니다. SPO2, EIT, TCM CO2 및 호흡수 측정은 15분마다 기록됩니다. FIO2는 SPO2 90-95%를 유지하도록 조정됩니다.

   경피적 CO2(TCM)(Sentec)는 피부 표면과의 평형을 허용하기 위해 무작위화 30분 전에 배치될 것입니다. TCM은 15kg 미만 환자의 경우 왼쪽 위 가슴에, 15kg 초과 환자의 경우 귓불에 배치합니다. 이 장치는 FDA 승인을 받았으며 피부와 센서의 멤브레인을 통해 CO2가 확산될 수 있도록 피부를 따뜻하게 합니다. 이 장치를 사용하면 수정된 환기 지수를 개발할 수 있습니다.

   EIT 측정 - EIT 측정은 무작위화 이전과 세 가지 흐름 범위 변경 각각의 1시간 후에 수행됩니다. 여기에는 유두선 바로 아래 환자의 가슴 주변에 16개의 전극 밴드를 배치하는 것이 포함됩니다.

   산소 포화도 측정 및 산소 농도 측정 - SpO2, S/F 비율(SpO2 대 FIO2 비율) SpHb(비침습적 HGB) 및 SpOC(산소 함량)는 3시간 동안 지속적으로 모니터링됩니다. 평균 SpO2, S/F 비율 및 SpOC는 랩탑 컴퓨터를 통해 Masimo RAD-7이 수집한 스트리밍 데이터에서 계산됩니다. 불포화는 SpO2 < 85%로 정의되고 보고됩니다. Excel은 이러한 기능을 수행하는 데 활용됩니다. FDA 승인 일회용 SPO2 프로브가 환자의 손가락, 엄지 또는 발가락에 적용됩니다.

4. 1차 및 2차 결과/종료점의 정의 a. 기본 나. 산소화 1. 낮은 FIO2(S/F 비율)에서 높은 SPO2 2. SpOC 및 불포화 빈도 ii. 환기 1. 호흡수 감소 2. TCM CO2 감소 b. 보조 나. EIT에 의해 측정된 지역적 분포 차이 1. 면적 및 상하 비율이 1차 분석 데이터가 될 것입니다. 2. 폐의 지역적 충전이 비교될 것입니다.
5. 데이터 수집 방법, 평가, 개입 및 일정(수행된 평가, 빈도) 데이터는 각 장치(Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2) 컴퓨터에 지속적으로 기록됩니다. 데이터는 USB 드라이브 또는 PCMC 카드로 다운로드되고 분석을 위해 하나의 Excel 스프레드시트로 병합됩니다. 데이터는 전체 3시간 동안 15분마다 수동으로 기록됩니다.
6. 연구 일정 그림 3을 참조하십시오.

E. 유해 사례 기준 및 보고 절차 이것은 파일럿 연구라는 사실 때문에 PI는 각 주요 유해 사례를 검토할 것입니다. 다음 합병증이 모니터링되지만 주요 합병증만 IRB에 보고됩니다. 경미한 사건에는 다음이 포함됩니다: 서맥(기준선보다 10% 낮음), 호흡수 > 20% 증가, TCpCO2 10mmHg 증가, FIO2 > 0.3 증가, 저환기(15초 이상 숨 참기) 및 불포화(

연구를 중단하고 즉시 IRB에 보고되는 주요 사건은 다음과 같습니다.

• 1분 이상 동안 불포화 < 80%(맥박 산소측정기로 지속적으로 모니터링).
• 서맥 < 60 BPM 모든 주요 및 경미한 사건은 임상 연구 코디네이터가 모니터링하고 PI에 보고합니다.

F. 데이터 관리 방법 입력 시 각 환자는 환자 추적을 위해 의료 기록과 연결되지 않은 고유한 번호를 할당받습니다. 이 번호는 BCH 연구 인력만 액세스할 수 있는 암호로 보호된 연구 드라이브인 개인 소유의 BCH에 입력됩니다.

데이터 수집 기간(3시간) 동안 각 데이터 포인트를 수동으로 입력하기 위해 스프레드시트를 머리맡에 보관합니다.

G. 품질 관리 방법 데이터 전송의 품질은 수동 및 전자 데이터를 확인하는 두 번째 조사자에 의해 보장됩니다. SPSS 소프트웨어는 채워지지 않은 필드와 예상치 못한 또는 잘못 입력된 결과에 대한 경고를 설정하여 데이터를 분석하고 데이터 무결성을 보장하는 데 사용됩니다.

H. 데이터 분석 계획 우리는 흐름 설정 사이의 호흡수 차이가 10% 이상인 것을 중요한 것으로 간주할 것입니다. 우리는 TCM CO2와 SPO2의 > 20% 차이를 중요한 것으로 간주할 것입니다.

EIT 데이터: 폐 영상 시스템은 Dräger EIT Pulmovista 500(Dräger Medical, Lübeck, Germany)입니다. 16개의 동일 평면 전극은 흉골주위 여섯 번째 늑간 공간 수준에서 흉부 주위에 등거리로 배치됩니다. 기준 전극은 허리 둘레 근처 복부의 오른쪽에 배치됩니다. 전극 1번과 16번은 각각 흉골의 좌우에 대칭적으로 배치되어 전극 8번과 9번이 척주에 걸치도록 하였다. 이 구성은 고양이 스캔과 유사하게 꼬리에서 두개골까지 방사선학적 관습에서 가로 이미지로 이어집니다. 전기 임피던스 및 확산 광학 재구성 소프트웨어(16)를 사용하여 전기 임피던스 단층 촬영(GREIT)(15)에 대한 Graz 컨센서스에 따라 폐 이미지 재구성을 수행합니다. 간단히 말해서, 아이디어는 연구의 각 부분 동안 배쪽 임피던스 변화에 대한 배쪽 임피던스 변화의 비율( )을 평가하여 환기 중심의 변화를 관찰하는 것입니다. 임피던스 변화는 폐가 얼마나 열려 있는지 또는 닫혀 있는지를 나타냅니다. 이 접근법은 이전에 우리 연구 그룹(17)에 의해 자세히 설명되었습니다.

I. 통계적 검정력 및 샘플 고려 검정력 분석은 효과 크기 0.2, 알파 .05 및 검정력 0.8에 대해 환자 35명(연령 범주당 7명)이 필요하다는 환자당 세 가지 다른 흐름의 반복 측정을 기반으로 나타냅니다. 각 치료군 사이의 평균 값 산소화(SPO2 및 S/F 비율), 환기(TCM CO2) 및 EIT(U/L 비율)의 차이는 Tukey 포스트와 함께 ANOVA를 사용하여 무작위화 후 3시간 테스트 기간 동안 매시간 비교됩니다. -혹시 테스트.

J. 연구 조직 단일 기관 파일럿 연구.