Effect van niet-invasieve ventilatie (NIV) op cerebrale oxygenatie

ACHTERGROND

Nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) is een niet-invasieve methode voor het meten van de bloedstroom in weefsels, voor het eerst gebruikt voor cerebrale weefseloxygenatie in 1977. 1 NIRS is een spectroscopische techniek die gebruik maakt van elektromagnetische golven (700-950nm), een zender en een detector. In de afgelopen 20 jaar heeft er een enorme ontwikkeling plaatsgevonden in de instrumentatie en toepassing van NIRS. Met deze techniek kan nu de oxygenatie van het hersenweefsel worden gemeten. 2-13 De INVOS Brain Oxymeter (IBO) is een betrouwbare trendmonitor voor veranderingen in regionale cerebrale oxygenatie (rSO2) en correleert met de hemoglobineverzadiging in veneus, capillair en arterieel bloed, met behulp van een algoritme gebaseerd op de wet van Beer-Lambert. 4,14 Het IBO-systeem maakt gebruik van licht, met golflengten tussen 730-810 nm, dat door lagen van het menselijk lichaam dringt, waaronder de huid, de schedel en de hersenen. Het wordt ofwel verspreid in het weefsel of geabsorbeerd door aanwezige chromoforen. In het vrij transparante nabij-infrarode gebied zijn er veel lichtabsorberende chromoforen, maar slechts drie zijn belangrijk wat betreft de oxygenatie, namelijk hemoglobine (HbO2), deoxyhemoglobine (Hb) en cytochroomoxidase (CtOx). Geoxygeneerde en gedeoxygeneerde hemoglobine absorberen licht op verschillende golflengten, waardoor een onderscheid kan worden gemaakt tussen deze twee vormen van hemoglobine.15 De sensoren ("SomaSensors") worden op het voorhoofd van de patiënt aangebracht met een geïntegreerde kleeflaag van medische kwaliteit.16 De methode wordt toegepast door gebruik te maken van twee bron-detector afstanden in de sensor: een "dichtbij" (ondiep), 3 cm van de bron en een "ver" (diep), 4 cm van de bron. Beide monsters dringen even goed door in het weefsel onder de lichtbron, met het verschil dat de 4cm brondetector signalen dieper in de hersenen meet.8,17 Het aftrekken van het nabije monster van het verre monster zou een signaal moeten achterlaten dat voornamelijk afkomstig is van de hersenschors. 16 Het juiste beheer van hersenoxygenatie is een essentieel onderdeel van alle anesthesiologische procedures. Toch blijven de hersenen een van de minst gecontroleerde organen tijdens de peri-operatieve fase en intensive care-therapie. Tot nu toe is de anesthesiologische toepassing van NIRS als methode voor het meten van de cerebrale oxygenatie alleen onderzocht bij patiënten die een hart- of cerebrovasculaire operatie ondergaan, oudere patiënten die een grote buikoperatie ondergaan en neonatale zuigelingen. 18-21 Deze onderzoeken geven aan dat de gemeten cerebrale oxygenatie naast het hartminuutvolume ook wordt beïnvloed door de relatieve hoeveelheid bloed in het arteriële of veneuze deel van het capillaire bed, de hemoglobineconcentratie en de systemische saturatie. De precieze gevolgen van veranderingen in de systemische saturatie (SaO2) op de cerebrale oxygenatie (rSO2) blijven onbekend. Momenteel wordt aangenomen dat rSO2 direct verband houdt met Sa02, zodat een toename van SaO2 ook leidt tot een toename van rSO2. De hoeveelheid zuurstof in het arteriële bloed hangt af van de ingeademde zuurstof en de pulmonale gasuitwisseling. Deze twee parameters worden voornamelijk beïnvloed door de ademhalingsventilatie van het individu. Patiënten met chronische respiratoire insufficiëntie, of slechts een tijdelijke (acute) ademhalingsdeficiëntie (bijvoorbeeld na algemene anesthesie), worden routinematig behandeld met continue positieve luchtwegdruk (CPAP) therapie. Het wordt ook vaak gebruikt bij de behandeling van slaapapneu en bij pasgeborenen (vooral te vroeg geboren baby's). Bij deze patiënten kan CPAP-beademing de noodzaak van tracheale (her)intubatie voorkomen of eerdere extubatie mogelijk maken.

CPAP-therapie is ontwikkeld door Dr. George Gregory en collega's op de neonatale ICU van de Universiteit van Californië, San Francisco in 1971 22, en vervolgens aangepast door professor Colin Sullivan in het Royal Prince Alfred Hospital in Sydney, Australië, in 1981. 23 Aanvankelijk werd de CPAP-therapie vooral gebruikt voor de behandeling van obstructieve slaapapneu thuis. Tegenwoordig wordt het veel toegepast op IC's als een vorm van niet-invasieve mechanische beademing. Daar is het meestal gereserveerd voor subgroepen van patiënten waarbij de zuurstofbehandeling via een mondkapje onvoldoende is. Patiënten die CPAP-therapie ondergaan, worden nauwlettend gevolgd op de IC-setting. De behandeling ondersteunt de spontane ademhaling van de patiënt door een positieve eindexpiratoire druk (PEEP) op te bouwen. De druk die de meeste patiënten nodig hebben, ligt tussen 5 en 12 cmH2O. De patiënt kan zijn eigen ademhalingsfrequentie en de ademhalingsdiepte individueel bepalen.

Doelstellingen:

Het primaire doel van de studie is het onderzoeken van het effect van CPAP-therapie op rSO2 in relatie tot de vitale parameters hemoglobine, SaO2 (geanalyseerd door BGA) en SpO2. Deze gecombineerde metingen kunnen worden gebruikt om het effect van CPAP-therapie op rSO2 verder te beschrijven. Tot nu toe is dit soort onderzoek niet uitgevoerd bij patiënten op de IC. Daarom beoogt dit project nieuwe inzichten te verwerven in de invloed van CPAP-therapie op de cerebrale saturatie. Daarnaast zullen verschillen in SaO2 en vitale parameters gecorreleerd worden aan de rSO2. Ook het optreden van braken en misselijkheid, hoofdpijn en agitatie tijdens de CPAP-therapie wordt geregistreerd.

De volgende parameters worden gemeten, berekend en genoteerd in het CRF (case report form):

• Bloeddruk (BP)
• Hartslag (HR) en ritme
• rSO2 (linker en rechter hersenhelft)
• BGA: arteriële partiële zuurstofdruk (PaO2)
• BGA: pH, elektrolyten (Na, K, Ca), glucose, lactaat, SaO2
• BGA: Hb, Hk, MetHb, CoHb, SO2, pCO2, BE, SBC
• Ventilatie: CPAP, MV, RR, TV, drukondersteuning, Pmean
• ASA-classificatie: 1-6
• Lichamelijke aandoeningen onder CPAP met ja of nee, indien ja gespecificeerd:

ogen, oren, neus, keel ademhaling cardiovasculair bewegingsapparaat urogenitaal huid endocrien neurologisch psychiatrisch hypothese

Null en alternatieve hypothese:

H0: Er is GEEN verandering van rSO2 tijdens CPAP-therapie. H1: Er is een verandering van rSO2 tijdens CPAP-therapie. Type-I en -II fouten en power α = 0,05 Power = 0,9 Tussentijdse analyse

• Statistische methodologie Gerandomiseerde observationele experimentele single-center klinische studie.
• Berekening van de steekproefomvang:

Gepaarde t-test, gemiddelde van verschil: 5%, SD van verschil: 10%; Effectgrootte van 0,5; een foutkans tweezijdig: 0,05; Vermogen: 0,9; totale steekproefomvang: 50 patiënten. (5% uitval inbegrepen).

METHODEN Deze gerandomiseerde klinische studie omvat 50 proefpersonen vanaf 18 jaar die een behandeling ondergaan op een ICU van de Medische Universiteit van Wenen (13C1, 13C2, 13C3, 13B1, 13I1, 9D, E11 (Neurochirurgische ICU), waarvoor intermitterende CPAP-therapie nodig is. Noch de aanvrager, noch de klinisch onderzoeker worden betrokken bij de beslissing over de indicatie voor CPAP-therapie.

De studie zal worden uitgevoerd in overeenstemming met de Verklaring van Helsinki (1964), de richtlijnen voor goede klinische praktijken (GCP) en de aanbevelingen van de website van het Equator-netwerk, inclusief de huidige herzieningen. Het onderzoeksprotocol zal ter ethische goedkeuring worden voorgelegd aan de ethische commissie van de medische universiteit van Wenen. De studie zal worden geregistreerd bij clinicaltrials.gov. De deelname aan de klinische studie gebeurt onafhankelijk van de medische indicatie voor het verblijf van de patiënt op de IC. Alvorens tot het onderzoek te worden toegelaten, moet de proefpersoon toestemming hebben gegeven voor deelname, nadat de aard, reikwijdte en mogelijke gevolgen van de procedure in een voor hem of haar begrijpelijke vorm zijn toegelicht. De patiënt moet mondeling en schriftelijk toestemming geven. De toestemming van het individu wordt bevestigd met de handtekening van de onderzoeker. Alle namen van proefpersonen worden geheim gehouden in de dossiers van de onderzoekers. Onderwerpen zullen worden geïdentificeerd door middel van documentatie en evaluatie door middel van het nummer dat hen tijdens het onderzoek is toegewezen. De deelnemers worden geïnformeerd dat alle onderzoeksgegevens vertrouwelijk worden opgeslagen en behandeld. Er wordt gebruik gemaakt van een dataprotocol door middel van een casusmeldingsformulier.

De duur van de proef is 30min. Het onderzoek begint 15 minuten voor CPAP en eindigt wanneer de rSO2 van de patiënt een stabiele toestand bereikt (geen verandering in rSO2 ± 2% gedurende 3 minuten, maximaal 15 minuten) onder CPAP-therapie. De deelnemers zijn niet verplicht deel te nemen aan vervolgbezoeken.

Deze studie zal worden uitgevoerd bij patiënten met een goede toegang tot het voorhoofd. De NIRS-meting (IBO) wordt uitgevoerd op de frontale cortex aan beide zijden van het hoofd. Emissie- en detectiesondes moeten worden aangesloten nadat het voorhoofd van de patiënt met een zachte doek of wattenschijfje is afgeveegd. Gedurende het hele onderzoek worden de SaO2, de bloeddruk (continu invasief of niet-invasief met tussenpozen van 3 minuten) en het ECG geregistreerd. Deze vitale functies maken deel uit van de routinematige ICU-monitoring. De proef zal uit twee delen bestaan, d.w.z. met of zonder beademing. De volgorde van starten van het onderzoek met of zonder CPAP-therapie wordt gerandomiseerd. Tijdens elk onderdeel worden de metingen uitgevoerd totdat een stabiele toestand is bereikt (geen verandering in rSO2 ± 2% gedurende 3 min) maar met een maximale duur van 15 min. Het onderzoek is veilig, niet-invasief, pijnloos en kan met draagbare apparatuur zeer flexibel, snel en kostenefficiënt worden uitgevoerd. Er worden gegevens verzameld van zowel de rechter- als de linkerhersenhelft.

Het apparaatsysteem mag alleen worden gebruikt in overeenstemming met het goedgekeurde onderzoeksplan en het CE-certificaat, bij proefpersonen die CPAP-therapie krijgen en een formulier voor geïnformeerde toestemming hebben ondertekend. Het gebruik van het apparaat is beperkt tot de goedgekeurde onderzoeksonderzoekers. Na elke examenperiode wordt een BGA afgenomen.

De reden waarom dit onderzoek wordt uitgevoerd bij IC-patiënten is de volgende. Patiënten die lijden aan ademhalingsdeficiënties en beademingshulp nodig hebben, bevinden zich zelden op normale ziekenhuisafdelingen omdat de installatie van een beademingsmachine met extra CPAP-modus moet worden uitgevoerd door gespecialiseerd personeel. Bovendien hebben deze patiënten nauwlettend toezicht nodig, wat gegarandeerd kan worden in een ICU-omgeving.

Zwangere vrouwen, evenals personen met ernstige klep- of neurologische aandoeningen zullen niet worden opgenomen in de observatiestudie.

Nadat de indicatie voor CPAP-therapie is geverifieerd en de in- en exclusiecriteria zijn gecontroleerd, worden de patiënten geworven voor het onderzoek.

Het onderzoek zal worden opgesplitst in twee delen van gegevensverzameling, die beide in één sessie worden afgenomen.

1. 15min voor CPAP:

   • beginnen met het verzamelen van gegevens van ofwel continue arteriële bloeddrukmeting (ABP)
   • of niet-invasief (NIBP) tot het einde van de studie
   • starten van NIRS-meting op beide hersenhelften (INVOS 5100C) totdat de procedure is voltooid
   • het afnemen van een arterieel of veneus (volgens beschikbare toegang) bloedmonster voor een bloedgasanalyse (BGA)

2. 15min met CPAP:

   • metingen uitgevoerd in punt 1. (ABP/NIBP, NIRS) worden voortgezet
   • afname van een ander arterieel of veneus (volgens beschikbare lijn) bloedmonster voor een BGA

De volgorde van punt 1. en 2. (zonder of met CPAP) wordt gerandomiseerd in groep 1 en groep 2 bij dezelfde patiënt.

OPERATIONELE DOELSTELLINGEN

1. e jaar: Opstellen van het studievoorstel. Doelstellingen: - Literatuur zoeken en beoordelen

   • Opstellen van het studievoorstel
   • Gedetailleerde planning van de realisatie van het project

   Korte beschrijving: Actuele literatuur over CPAP-therapie, NIRS en rSO2 wordt besproken. De exacte planning van de realisatie van de studie zal beginnen nadat de positieve stemming van de ethische commissie is ontvangen. Na het literatuuronderzoek en het uitvoeren van voorbereidende metingen zal een gedetailleerd onderzoeksprotocol worden geschreven.

2. e jaar: Initiatie van het project

   Doelen: - Voormetingen uitvoeren en onderzoeksprotocol verfijnen

   • Uitvoering van de studie
   • Evalueren van de resultaten

   Korte omschrijving: Voorafgaande metingen met NIRS zullen worden uitgevoerd, waarna het onderzoeksprotocol zal worden verfijnd. Volgens het aangepaste protocol wordt het onderzoek uitgevoerd op de IC's van het MUW.

3. e jaar: afronding van het project, statistische evaluatie; Gegevensinterpretatie en schrijven van de scriptie.

Doelen: - Evaluatie van gegevens

• statistische analyse
• Interpretatie van de resultaten
• Opstellen van een voorlopige versie van het proefschrift
• Herziening van de scriptie naar commentaar van de begeleiders
• Schrijven van een onderzoekspaper om de onderzoeksresultaten te publiceren

Korte beschrijving: Na voltooiing van het onderzoek worden alle verzamelde gegevens geëvalueerd en onderworpen aan statistische analyse. Toekomstige vervolgstudies op basis van deze resultaten zullen worden opgesteld. De aanvrager krijgt tijd om binnen de onderzoeksgroep "long" aan zijn onderzoeksproject te werken.

Samenwerkingsafspraken Het project wordt uitgevoerd op de afdeling Anesthesie, Algemene Intensive Care en Pijnbestrijding, MUW.

Vooruitzichten en verdere projecten

Verschillende projecten gericht op effecten van rSO2-veranderingen in andere omgevingen zijn mogelijk:

• therapie op de intensive care
• narcose

REFERENTIES 1-23