De rol van circuitflow tijdens mechanische ventilatie van neonaten (E-Flow)

- Achtergrond van het project

Ongeveer 1,5% van de pasgeborenen heeft mechanische ventilatie nodig. Hoewel mechanische beademing levensreddend kan zijn voor neonaten met respiratoire insufficiëntie, kan het longbeschadiging veroorzaken als gevolg van een te hoge luchtwegdruk (barotrauma), toediening van hoge teugvolumes (volutrauma) en herhaaldelijk sluiten/heropenen van longeenheden (atelectotrauma)1 . Zeer premature pasgeborenen zijn bijzonder kwetsbaar voor longbeschadiging door beademing. Ventilator-geassocieerde longbeschadiging is een van de vele factoren die bijdragen aan de last van chronische longziekte in de kindertijd, ook wel bronchopulmonale dysplasie (BPD) genoemd.

Ventilatoren hebben verschillende modi. De meest gebruikte modus is, tijdgestuurd, drukbegrensd, waarbij de arts het ingeademde zuurstofniveau, de piekinflatiedruk (PIP), snelheid en opblaastijd van het beademingsapparaat instelt. In deze modus worden de inflaties meestal gesynchroniseerd met de ademhaling van de baby. Dit is ofwel gesynchroniseerde intermitterende positieve drukventilatie (SIPPV), waarbij het beademingsapparaat het opblazen synchroniseert met alle ademhalingen van de baby, of gesynchroniseerde intermitterende verplichte ventilatie (SIMV), waarbij het beademingsapparaat alleen synchroniseert met een bepaald aantal ademhalingen. Deze kunnen worden toegediend met of zonder het teugvolume op een ingestelde waarde te richten door de piekopblaasdruk aan te passen. Deze modus wordt volumegarantie (VG) genoemd. Een vergelijkbare beademingsmodus is flow-cycled of Pressure Support Ventilation (PSV) en kan worden gecombineerd met teugvolume-targeting 2. In deze modus wordt het oppompen beëindigd zodra het debiet daalt tot 15% van de maximale flow tijdens het opblazen.

Deze modi hebben een continue gasstroom door het ventilatiecircuit. Het oppompen begint en de druk stijgt wanneer het expiratieventiel wordt gesloten. De stroomsnelheid van het circuit verandert de ventilatiegolfvormen. Bij tijdgestuurde beademing geldt: hoe hoger de circuitflow, hoe sneller de druk stijgt, de long wordt opgezwollen en mogelijk gewond raakt, en hoe eerder de ingestelde PIP wordt bereikt. Een hoge stroom, met een relatief lange opblaastijd, zal resulteren in een "drukplateau", dat wil zeggen dat de PIP wordt gehandhaafd nadat de stroom naar de baby is gestopt omdat het longvolume maximaal is bij de gebruikte PIP (afbeelding 1). In PSV stopt het opblazen wanneer de stroom is afgenomen tot ~15% van de piekinflatiestroom en dus is de opblaastijd korter. Door de stroom van het apparaat te vergroten, wordt de opblaastijd verkort en daardoor de gemiddelde luchtwegdruk verlaagd.

Ondanks de effecten op de beademingspatronen en de snelheid van longuitzetting en letsel, is er zelden aandacht besteed aan de circuitstroom. Volgens het protocol is deze gewoonlijk ingesteld op 7-10 l/min wanneer de ventilator is ingeschakeld en wordt deze niet gewijzigd.

Dit is relatief hoog en produceert gewoonlijk een "vierkante" drukgolfvorm met een snelle uitzetting van de longen en een aanhoudend drukplateau. (zie A in afbeelding 1) Bij PSV resulteert een hoge luchtstroom in een relatief korte opblaastijd (~0,2 sec; deze moet minimaal 0,3 sec zijn voor adequate longbeluchting). Er is geen bewijs dat deze hoge stromingen het beste zijn voor optimale ventilatie en minimale longschade. Bij een te vroeg geboren lammetje waren er geen nadelige effecten op de gasuitwisseling of cardiovasculaire parameters totdat de stroom was teruggebracht tot 3 l/min 3. In dierstudies resulteerde beademing met hoge flow in histologische en moleculaire veranderingen van longbeschadiging 4. Het effect van het verlagen van de stroomsnelheid van het beademingscircuit is nooit onderzocht in klinische studies.

Het Dräger Babylog VN500-beademingsapparaat heeft een alternatief voor het instellen van een gasflow: de gebruiker kan in plaats daarvan de slope-tijd instellen, dat is de tijd die nodig is om de ingestelde druk te bereiken. In Cambridge is het steevast ingesteld op 0,08 sec, wat resulteert in een flow van ~7 l/min. Aangezien we een opblaastijd tussen 0,33 - 0,45 sec gebruiken, is er een drukplateau van ten minste 0,25 sec en aanhoudend opblazen met weinig of geen stroming.

De onderzoekers zijn de eersten die een uniek systeem hebben ontwikkeld voor het downloaden en analyseren van gegevens van de Dräger VN500 neonatale ventilator. Met behulp van DataGrabber-software die is verkregen van Dräger Medical, kunnen de onderzoekers ventilatorparameters ophalen met een frequentie van 100 Hz gedurende lange perioden (uren en zelfs dagen). Om de grote datasets te analyseren en te visualiseren, ontwikkelden de onderzoekers een data-analyseworkflow met behulp van de Python-programmeertaal en de bijbehorende add-on-pakketten (Afbeelding 2). Met deze tool kunnen de onderzoekers nu details van elke inflatie en spontane ademhaling bestuderen. De onderzoekers hebben gedetailleerde gegevens van 30 baby's geregistreerd en aangetoond dat het haalbaar en nauwkeurig is, en de onderzoekers hebben de expertise (Belteki et al, ingediend).

In deze toepassing stellen de onderzoekers voor om het effect van verschillende slope-tijden (en dus verschillende niveaus van circuitflow) op ventilatieparameters en gasuitwisseling bij te vroeg geboren baby's te onderzoeken. De onderzoekers veronderstellen dat een langere slope-tijd (= lagere circuitstroom) de longen zachter zal doen uitzetten en toch ventilatie en gasuitwisseling zal behouden.

• Interventie:

De studie is een crossover-ontwerp binnen de patiënt, waarbij korte perioden van beademing met verschillende hellingstijden worden vergeleken, zowel in de SIPPV-VG- als de PSV-VG-modus, met de volgende interventies:

Een beademingsapparaat en transcutane en verlopen CO2-monitoren worden op het beademingsapparaat aangesloten en het downloaden van gegevens begint terwijl de baby wordt beademd met de parameters die door het klinische team worden gebruikt. Een arterieel bloedgas wordt uitgevoerd. De geventileerde parameters worden gewijzigd zoals hieronder weergegeven. De volgorde van deze tijdperken is willekeurig. Een ander arterieel bloedgas wordt uitgevoerd. Het beademingsapparaat wordt teruggezet naar de oorspronkelijke parameters (of anders, afhankelijk van het bloedgas). Beademingsgegevens en CO2-registratie worden nog 30 minuten voortgezet.

Interventies

Duur Ventilator Meer Hellingstijd Inademingstijd [max] 15 min SIPPV-VG 0,08 0,40 15 min PSV-VG 0,08 [0,60] 15 min PSV-VG 0,16 [0,60] 15 min SIPPV-VG 0,16 0,40 15 min SIPPV-VG 0,24 0,40 15 PSV-VG min 0,24 [0,60] 15 min PSV-VG 0,32 [0,60] 15 min SIPPV-VG 0,32 0,40 15 min SIPPV-VG 0,40 0,40 115 min PSV-VG 0,40 [0,60]

De totale studieduur is 220 minuten. Er zal continu een onderzoeker aanwezig zijn. FiO2 wordt indien nodig aangepast om de verzadiging tussen 90-95% te houden. Als de FiO2 met >15% stijgt of als de CO2 tijdens het eindgetijde met >1,5 kPa stijgt boven het niveau van voor de studie, wordt die interventie stopgezet.

Vergelijking:

Bij elke slope-tijd worden de volgende parameters bepaald en vergeleken met die geregistreerd bij een slope-tijd van 0,08 sec: (1) piekopblaasdruk, (2) opblaasduur, (3) duur van opblaasplateau, (4) duur zonder gas flow, (5) uitgeademde teug- en minuutvolumes (verplicht/spontaan, inspiratoir/expiratoir, (6) beademingsfrequentie, (7) FiO2, (8) transcutane en/of end-tidal CO2 en (9) interactie tussen beademingspompen en de adem van de baby. Waarden voor SIPPV en PSV zullen ook worden vergeleken.