Effekten og sikkerheten til en lungerekrutteringsprotokoll hos barn med akutt lungeskade (Recruitment)

I. Innledning A. Bakgrunn Lungeenheter som deltar i gassutveksling er kjent som 'rekruttert' lunge. Pasienter med lungeskade lider av en andel enheter som ikke deltar i gassutveksling (dvs. den fratrukket tilstand), som til tider resulterer i svekket gassutveksling. Derekruttering av alveoler kan også forårsake intrapulmonal shunting og forverre lungeskade gjennom atelektotrauma7. Utfall ved akutt respiratorisk distress-syndrom har forbedret seg betydelig. Er dette virkelig sant? siden klinikere har begynt å bruke lungebeskyttende strategier, inkludert lavtidalvolumventilasjon og permissiv hyperkapné8, 9. Imidlertid har lavtidalvolumventilasjon blitt anerkjent for å redusere rekruttert lungevolum, et fenomen som vedvarer til tross for den aggressive positive end-expiratory press (PEEP)-strategien brukt i ARDSNet-studier4. Atelektase assosiert med lavtidalvolumventilasjon lindres ved bruk av såkalte tegnpust, eller rekrutteringspust10. Videre kan andelen av lungene som forblir i den derekrutterte tilstanden bidra til sykelighet og dødelighet assosiert med akutt respiratorisk distress syndrom (ARDS)11. Hos voksne har flere strategier blitt brukt for å rekruttere lungen: vedvarende inflasjon (SI) og den maksimale rekrutteringsstrategien. Den såkalte åpne lungetilnærmingen (OLA) inkluderer en SI etterfulgt av innstillingen av PEEP til det målte nedre infleksjonspunktet for PV-kurven. En alternativ tilnærming til å sette PEEP er en dekrementell PEEP-titrering, som inkluderer sekvensiell senking av PEEP inntil en forhåndsbestemt reduksjon i PaO2 eller SaO2 oppstår. Studier som ikke har inkludert en strategi for å opprettholde lungerekrutteringen etter en rekrutteringsmanøver er alle studert.

Effekten av lungerekruttering i det langsiktige løpet av ARDS er ennå ikke klarlagt. Det er klart at lungerekruttering er mest effektiv tidligere i løpet av ALI/ARDS. Grasso et al demonstrerte at pasienter som mottok en rekrutteringsmanøver på dag 1±0,3 av ARDS kunne rekrutteres, versus pasienter rekruttert på dag 7±1. Tilsvarende fant Gattinoni et al11 og Crotti et al5 begrenset rekruttering hos pasienter som var godt på vei i løpet av ARDS. Borges et al,6 Tugrul et al,12 og Girgis et al rekrutterte alle pasienter tidlig i løpet av ARDS, og hver fant markert lungerekruttering i gjennomsnitt hos alle pasientene som ble studert. Hver av disse studerte viste en evne til å forbedre oksygenmetninger og (noen ganger studert) endeekspiratorisk lungevolum. Selv om ingen studie har undersøkt effekten av denne endringen på morbiditet eller dødelighet, er hypoksemi kjent for å være en vanlig årsak til sykelighet hos barn. Viktigere hos barn er at behandling av hypoksi ofte driver eskalerende ventilatorinnstillinger, bruk av høyfrekvent oscillerende ventilasjon (HFOV) eller bruk av ekstrakorporal membranoksygenering (ECMO). Tidlig rekruttering hos barn med ALI/ARDS kan forhindre behovet for eskalering av omsorgen mot disse mer invasive og risikopåleggende terapiene.

Foreløpig er det ingen retningslinjer for klinisk praksis eller standard for omsorg angående lungerekrutteringsstrategier for barn med lungeskade. Til dags dato er det ikke utført studier på barn som dokumenterer effekten eller sikkerheten til noen av strategiene som brukes i intensivbehandling. Hovedmålet med denne studien er å demonstrere effektiviteten og sikkerheten til vedvarende inflasjon og maksimale rekrutteringsmanøvrer hos barn med lungeskade.

B. Lungerekrutteringsmanøvrer

1. Vedvarende inflasjoner (SI) Vedvarende inflasjoner (SI) brukes ofte på intensivavdelingen som en rekrutteringsmanøver. Ved SI gis pasienten et forlenget positivt trykkpust (vanligvis mellom 30 og 45 cm H2O) som varer mellom 15 og 40 sekunder. Klinisk brukes denne manøveren etter en derekruttering, for eksempel suging, eller når pasienten viser hypoksemi. Denne strategien brukes for tiden på barnesykehuset Boston Medical-Surgical Intensive Care Unit hos noen pasienter med lungeskade, selv om det ikke er publisert bevis på dens sikkerhet eller effekt hos barn. Kan vi sette de 3 SI-studiene på premature spedbarn som bruker 20-40 cmH20 etterfulgt av CPAP? 1 var en kaninstudie. Studiene beskrevet nedenfor omhandler vedvarende inflasjonsrekruttering.

   1. Tugrul, et al12 studerte effekten av SI hos 24 voksne med ARDS. SI inkluderte 45 cm H2O i 30 sekunder, etterfulgt av en dekrementell PEEP-titrering fra 20 cm H2O og ned, titrering til metninger. P/F-ratio økte >200 hos 11/24 pasienter, som vedvarte 6 timer etter manøver hos 9/24 pasienter. Barotrauma ble ikke observert hos noen pasienter.
   2. Richard, et al studerte4 effekten av SI (45 cm H2O i 15 sekunder) hos 10 voksne med ARDS ventilert med en lav-tidevannsvolumstrategi. Manøveren induserte en signifikant økning i rekrutterte lungevolumer (175±108 ml før manøver mot 254±137 ml etter manøver). Denne forbedringen var assosiert med en økning i arterielle oksygenmetninger. Det ble ikke rapportert om bærekraftig rekruttering, og heller ikke om negative effekter.
   3. Lapinski, et al13 studerte sikkerheten og effekten av SI-manøveren hos 14 voksne med ARDS. Trykket som ble brukt i manøveren var det minste av 45 cm H2O eller platåtrykket brukt i 12 ml/kg tidevannsvolumpust; manøveren ble holdt i 20 sekunder. Oksygenmetninger økte fra 86,9 ± 5,5 til 94,3 ± 2,3 % med 10 minutter, som ble opprettholdt ved 4 timer hos 10/14 pasienter. De fire som falt metninger hadde PEEP-nivåer under 10 cm H2O. Det systoliske blodtrykket falt i løpet av 20 sekunders inflasjon hos noen pasienter, gjennomsnittlig endring på 6,9 mm Hg, som reverserte raskt etter at manøveren ble sluppet hos alle pasienter. Ingen barotraume ble notert hos noen pasient ved 24-timers oppfølging.
   4. Pelosi, et al10 studerte effekten av tre påfølgende "sukk" pust (ett med platåtrykk på 45 cm H2O, men med normal varighet) hos 10 voksne med ARDS. Etter 1 time med 3 sukkpust per minutt økte endeekspiratorisk lungevolum (målt ved He-fortynning) fra 1,49±0,58 til 1,91±0,67 L, og en økning i PaO2 fra 92,8±18,6 til 137,6±23,9 mm Hg, sammenlignet med samme ventilatorinnstillinger uten sukkpust. Lungeelastansen og ventilasjonen økte også. Ingen uønskede effekter ble notert.
   5. Toth et al studerte hjerte- og luftveisendringene som oppstår i SI (40 cm H2O i 40 sekunder) hos 18 voksne med ARDS. PaO2 økte fra manøver før rekruttering til å følge oppfølgingsperioden på 60 minutter (203±108 vs. 322±101 mm Hg, p < 0,001). Hjerteindeks (CI) og intratorakalt blodvolum (ITBV) sank etter rekrutteringsmanøveren (CI, 3,90±1,04) vs. 3,62±0,91 L/min/m2, p < 0,05; ITBVI, 832±205 vs. 795±188 ml/m2, p < 0,05). Det var ingen korrelasjon med CI og gjennomsnittlig arterielt trykk, og ingen signifikante endringer skjedde i gjennomsnittlig arterielt blodtrykk.
   6. I kanskje den største studien av vedvarende inflasjoner i den beskyttende ventilasjonstiden, studerte Meade, et al14 983 voksne med ARDS ved å bruke lungebeskyttende strategier (tidevannsvolum 6 mL/kg) i begge grupper. Eksperimentgruppen benyttet SI rekrutteringsmanøvrer (40 cm H2O i 40 sekunder), høyere nivåer av PEEP (14,6±3,4 i den såkalte 'lunge åpen ventilasjon'-gruppen versus 9,8±2,7 i kontrollgruppen), og høyere platåtrykk ( 30,2±6,3 versus 24,9±5,1 cm H2O) enn kontrollgruppen, som ikke benyttet seg av rekrutteringsmanøvrer. Selv om det ikke var noen forskjell i dødelighet av alle årsaker, hadde forsøksgruppen lavere forekomster av refraktær hypoksemi (4,6 % mot 10,2 %; RR, 0,54), død med refraktær hypoksemi (4,2 % mot 8,9 %; RR, 0,56) og mindre hyppig bruk av eskalerte terapier (definert som høyfrekvent ventilasjon, inhalert nitrogenoksid, jetventilasjon eller ekstrakroppslig støtte) (5,1 % vs 9,3 %; RR, 0,6). Dette gir tillit til forestillingen om at effektiv rekruttering av barn tidlig i akutt lungeskade kan avverge eskalering av terapi og redusere dødeligheten på grunn av alvorlig hypoksi.

2. Pressure control ventilation (PCV) rekrutteringsmanøver I motsetning til en SI har ventilerende pasienter med økt platåtrykk og økte PEEP-nivåer også blitt brukt som rekrutteringsmanøver. I dette tilfellet blir pasienten midlertidig plassert på høyere respiratortrykk enn det som ellers ville blitt brukt til å ventilere en pasient. En kombinasjon av PEEP og platåtrykk hjelper til med å rekruttere atelektatiske alveoler. Trykkkontrollventilasjon er den foretrukne modusen hos slike pasienter fordi platåtrykket i den stilles inn, og derfor holdes konstant (i motsetning til volumkontrollert ventilasjon). Dermed leveres et kjent platåtrykk (som deltar i lungerekrutteringen). Følgende er de fremtredende studiene som bruker en PCV-rekrutteringsmanøver. ? Athanasios "TLC-manøver" hos bedøvede barn? Liten studie som behandler intraoperativ atelektise.

   1. Borges, Amato, et al6 har utført den mest overbevisende og komplette studien av den maksimale rekrutteringsmanøveren til dags dato. I den studerte de 26 voksne tidlig i løpet av ARDS og sammenlignet den åpne lungetilnærmingen (inkludert SI på 40 cm H2O i 40 sekunder, etterfulgt av PEEP satt til Pflex + 2 cm H2O, beskrevet nedenfor) med den maksimale rekrutteringsstrategien, utført i rekkefølge. Maksimal rekruttering ble definert som en PaO2 pluss PaCO2 over 400 mm Hg, noe som indikerer minimal intrapulmonal shunting. Strategien inkluderte trykkkontrollert ventilasjon på 15 cm H2O, med PEEP økt i 5 cm H2O trinn hvert 5. minutt (maks PEEP 45 cm H2O) inntil maksimal rekruttering ble oppnådd. Maksimal rekruttering ble oppnådd hos 24/26 pasienter, hvorav to tredjedeler ble oppnådd ved en PEEP på 30 cm H2O. Ved å bruke en PEEP-titrering for å opprettholde lungerekrutteringen (se nedenfor), forble PaO2 over 400 (lungene fullt rekruttert) hos alle pasienter etter 6 timer. Prosedyren ble tolerert hemodynamisk hos alle pasienter og langtidsforekomsten av barotraume hos studiepasienter (7,7 %) var lavere enn den anerkjente forekomsten i ARDSNet-studier (10-11 %)8.
   2. Crotti, et al5 studerte fem voksne med ALI/ARDS med varierende plauteautrykk (10, 15, 20, 30, 35, 40, 45 cm H2O) og PEEP-nivåer (5, 10, 15, 20 cm H2O). Sluttinspiratorisk og endeekspiratorisk thorax CT-avbildning ble oppnådd med hver kombinasjon av platåtrykk og PEEP. Prosentandelen av rekruttert lunge (som bestemt radiografisk) økte på en nesten lineær måte med økende platåtrykk (figur 1). Den maksimale åpningsfrekvensen skjedde ved 20 cm H2O, noe som tyder på at platåtrykk over 20 cm H2O ville være mest fordelaktig ved rekruttering av lunger. Ingen mål på gassutveksling eller uønskede hendelser ble studert.
   3. Foti, et al15 sammenlignet endringer i oksygenering og endeekspiratoriske lungevolum ved økende PEEP-nivåer med overlagret volumkontrollert ventilasjon versus en vedvarende inflasjonsmanøver hos 15 voksne med ARDS. Selv om rekrutteringen var variabel (på grunn av bruken av VCV, derav varierende platåtrykk), fant han at maksimal økning i oksygenering skjedde ved høye vedvarende nivåer av PEEP (gjennomsnittlig 16 cm H2O i 30 minutter) sammenlignet med 30 sekunders rekrutteringsmanøvrer og lave PEEP (gjennomsnitt av 9 cm H2O). PEEP/platå-protokollen var ikke assosiert med noen hemodynamiske endringer, som med den vedvarende inflasjonsmanøveren.
   4. Villagra, et al, studerte en rekrutteringsmanøver med 2 minutters ventilasjon ved bruk av trykkkontrollert ventilasjon (PCV) hos 18 voksne med tidlig ARDS. For RM ble PEEP satt 3 cm H2O over det øvre infleksjonspunktet til PV-kurven, og topptrykk satt til 50. Viktigere, RM topptrykk skilte seg ikke signifikant fra baseline ventilasjon (43,6±7,6 pre-RM, 47±4,5 under RM og 42,8±7,1 cm H2O post-RM), selv om PEEP gjorde det (14±1,3) pre-RM vs 30±4,9 cm H2O). Etterforskerne fant ingen signifikant forskjell i PaO2 etter rekrutteringsmanøveren (127±63 pre-RM, 162±108 under og 149±85 cm H2O post-RM). Dette funnet innebærer flere viktige funn angående lungerekruttering. For det første representerer topptrykket en betydelig determinant i lungerekrutteringen. Derimot var Borges, et al i stand til å rekruttere alle 18 ARDS-pasienter ved å bruke drivtrykk som skilte seg betydelig fra pre-RM i den maksimale rekrutteringsfasen (50-60 cm H2O under rekruttering mot 30 cm H2O ved baseline). Videre var rekrutteringsmanøveren som ble brukt her bare 2 minutter, kontra den inkrementelle titreringen brukt av Borges som varte i 4 minutter i hver fase. Selv om det ikke er systematisk studert, antyder mangelen på signifikant forbedring i PaO2 post-RM funnet i denne studien at rekruttering ved bruk av PCV kan være en funksjon av tid og topptrykk brukt i RM.
   5. Medoff,3 et al presenterte en enkelt pasient med refraktær hypoksemi. Ledelsen inkluderte gjentatte vedvarende inflasjoner med PEEP satt rett over Pflex basert på PV-kurven. En rekrutteringsmanøver inkludert 20 cm H2O av PEEP og 40 cm H2O utvidelsestrykk i 2 minutter ble utført. Pasienten viste markant forbedring i oksygenering og nesten fullstendig rekruttering av lungen ved CT-skanning (se figur 2).
   6. Mens alle de nevnte studiene oppnådde vellykket rekruttering, studerte Gattinoni, et al11 68 voksne med sen ARDS (5±6 dagers ventilasjon ved påmelding) som ikke klarte å rekruttere. Rekrutteringsmanøvrer inkluderte trykkkontrollert ventilasjon med topptrykk på 45 cm H2O, PEEP på 5 cm H2O og respirasjonsfrekvens på 10. PEEP-nivåer ble deretter påført i tilfeldig rekkefølge, mellom 5 og 15 cm H2O. Han fant at studiepasienter hadde bare 13±11 % rekrutterbare lunger ved CT-skanning. Blant alle pasientene fant han at 24 % av lungevevet ikke kunne rekrutteres, selv ved luftveistrykk på 45 cm H2O. Ingen markører for gassutveksling ble målt.

Det er viktig å merke seg tre aspekter ved denne studien som sannsynligvis er ansvarlige for den altfor høye prosentandelen av ikke-rekrutterbare lunger, i motsetning til den svært vellykkede rekrutteringsstrategien skissert av Borges, et al. Først studerte Borges pasienter tidlig i ARDS-kurset (median, 2 dager) mens Gattinoni studerte sen ARDS. For det andre brukte Borges topptrykk så høyt som 60 cm H2O, mens Gattinoni brukte trykk opp til 45 cm H2O. Til slutt praktiserte ikke Gattinoni en PEEP-titrering, men senket PEEP til 5 cm H2O etter rekrutteringsmanøvrer. Dermed fremhever Gattinonis studie viktigheten av høyt topptrykk i lungerekruttering, av rekruttering tidlig i ARDS, og av en dekrementell PEEP-titrering for å opprettholde lungerekrutteringen.

C. Strategier for å opprettholde rekruttering. Påføringen av positivt endeekspiratorisk trykk er kjent for å forhindre repeterende derekruttering-rekruttering påkjenninger på lungevev. I en dyremodell av akutt lungeskade viste Farias histologiske og biokjemiske bevis på at atelektotrauma avverges når PEEP påføres etter lungerekruttering7. De to hovedstrategiene for å forhindre derekruttering etter en rekrutteringsmanøver inkluderer åpen lungetilnærming og dekrementell PEEP-titrering.

1. Åpen lungetilnærming Ved åpen lungetilnærming settes PEEP like over det nedre bøyningspunktet (også kjent som Pflex) av pasientens trykk-volumkurve. Dette forhindrer teoretisk at PEEP synker under sonen for underdistensjon.

   1. I en andre del av studien nevnt ovenfor studerte Richard, et al4 også effekten av å øke PEEP i forhold til den målte LIP (LIP + 4 cm H2O, ingen SI) sammenlignet med PEEP satt ved det nedre bøyningspunktet etter SI. Hos 10 voksne ventilert med lavtidalvolumventilasjon, var målte lungevolumer 175±108 ved PEEPLIP mot 332±91 ml ved PEEPLIP+4. Denne økningen var enda mer merkbar hos pasienter som ble ventilert med høye tidevolum (10 ml/kg), noe som demonstrerte rollen til platåtrykk (i tillegg til PEEP) i alveolær rekruttering (se figur 3).
   2. Amato, et al16 studerte effekten av en 'beskyttende ventilasjonsstrategi' hos 53 pasienter med ARDS. Den beskyttende ventilasjonsgruppen mottok rekrutteringsmanøvrer via vedvarende inflasjon (35-40 cm H2O i 40 sekunder) etterfulgt av PEEP satt til LIP + 2 cm H2O. Kontrollgruppen fikk en PEEP titrert til metninger, ingen rekrutteringsmanøvrer. Den beskyttende ventilasjonsgruppen hadde en dramatisk nedgang i 28 dagers dødelighet av alle årsaker (38 % vs 71 %, p<0,001). Kontrollgruppen mottok imidlertid også ventilasjon med høyt tidevannsvolum (12 ml/kg), senere vist seg å være en signifikant determinant for ARDS-dødelighet.8 Derfor er bidraget fra RM og åpen lungetilnærming til den forbedrede dødeligheten til denne studien, om noen, vanskelig å konkludere.

2. Dekrementell PEEP-titrering I en dekrementell PEEP-titrering, etter en rekrutteringsmanøver, settes PEEP på et høyt nivå, ofte mellom 20 og 26 cm H2O. PEEP reduseres gradvis, og markører for lungeinflasjon (f.eks. gassutveksling eller målt lungevolum) følges. Når bevis på atelektase oppstår, holdes PEEP på eller like over dette nivået, ofte kalt "optimal PEEP".

   1. Borges, Amato, et al6 beskriver en PEEP-titrering etter en maksimal rekrutteringsprotokoll og sammenligner den med den åpne lungetilnærmingen (PEEP satt til Pflex + 2 cm H2O). Etter en maksimal rekrutteringsstrategi (beskrevet ovenfor), ble PEEP satt til 25 cm H2O og redusert med 2 cm H2O hvert 4. minutt til PaO2 + PaCO2 < 380 mm Hg, deretter økt med 2 cm H2O (optimal PEEP, gjennomsnitt 20±5 cm H2O). Ved å bruke denne strategien ble PaO2 opprettholdt ved nivåer over 400 mm Hg ved 30 minutters oppfølging hos alle 24 pasienter (se figur 4 øverst), og over 450 hos de 16 pasientene som ble fulgt i 6 timer. Dette korrelerte med en prosent masse kollapset vev målt ved CT-skanning på <5 % ved slutten av PEEP-titreringen og ved 30 minutters oppfølging (se figur 4, nederst).
   2. Toth, et al17 beskrev en dekrementell PEEP-titrering etter en SI-rekrutteringsmanøver. Etter SI ved 40 cm H2O i 40 sekunder, ble PEEP satt til 26 cm H2O, deretter redusert med 2 cm H2O hvert 4. minutt til PaO2 sank med >10 % av toppverdien. PEEP 2 cm H2O over dette ble definert som optimal PEEP. Optimal PEEP ble funnet å faktisk være lavere enn pasientenes baseline PEEP (før protokollinitiering, 17±3 vs 15±4 cm H2O). PaO2 etter rekrutteringsmanøveren (203±108 ved baseline PEEP vs 328±132 cm H2O) fortsatte ved 30 minutters oppfølgingsperiode (266±121 cm H2O, p<0,05 sammenlignet med baseline).

D. Estimering av lungevolumer For øyeblikket utledes evnen til å bestemme om en pasient er på, under eller over sin ideelle funksjonelle restkapasitet fra surrogatmålinger, inkludert lungeutseende på røntgenbildet, vitale tegntrender (spesielt oksygenering) og trykk- volum (P-V) kurver generert av moderne ventilatorer. I denne studien vil vi benytte en etablert metode for å bestemme lungevolum (MBNW) for å studere lungevolum.

1. Trykk-volumkurver Trykk-volumkurven representerer det kontinuerlige forholdet mellom endringer i trykk og endringer i volum i lungen. Helningen på linjen representerer lungens ettergivenhet. I figur 5, legg merke til de tre linjene som utgjør det inspiratoriske lemmet (nedre kurve). Linjen lengst til venstre representerer ikke-kompatibel, atelektatisk lunge. Punktet der skråningen endres er kjent som det nedre infeksjonspunktet, også kjent som Pflex. I den åpne lungetilnærmingen (diskutert senere) settes PEEP til et trykk like over det nedre bøyningspunktet. Fysiologisk er det antatt at dette er punktet der alle atelektatiske segmenter av lunge rekrutteres, og at å forhindre at respiratortrykket faller under dette når som helst (ved å sette PEEP over dette nivået) minimerer atelektase. Punktet som skiller den andre endringen i helning av linjen (blir flat igjen) er kjent som det øvre bøyningspunktet (UIP). Trykk over dette punktet representerer utspilte, ikke-kompliante alveoler, og dermed representerer dette punktet trykket der lungens ettergivenhet reduseres dramatisk. I denne protokollen vil PV-kurven bli målt for hver pasient og UIP brukt som taktrykk på ethvert punkt i protokollen. På denne måten vil vi rekruttere kompatible områder av lungen uten risiko for overdistensjon.

2. Nitrogen Multiple Breath Washout Technique (MBNW)

   MBNW har blitt brukt i en rekke kliniske studier, og anses å være en gullstandard i måling av lungevolum18-21. Foreløpig er den mest nøyaktige måten å måle volumet av lungen på gjennom fortynning av en kjent mengde av en gass med lav løselighet ved å puste inn igjen i et lukket system. Endringene i konsentrasjon med sekvensielle pust tillater en beregning av distribusjonsvolumet til gassen. En gass som har blitt brukt til dette formålet er nitrogen22, tiltalende på grunn av sin allestedsnærværende tilstedeværelse i miljøet. Måling av nitrogengasskonsentrasjoner er imidlertid kun tilgjengelig ved bruk av gasskromatografi eller massespektrometri, og ingen av disse er klinisk praktisk. Nylig har det blitt validert en teknikk der partialtrykket av nitrogen beregnes som resten av partialtrykket av oksygengass, karbondioksydgass og nitrogengass, som til sammen utgjør de eneste tre viktige gassene i en ventilatorkrets. De to førstnevnte gassene kan lett måles i en ventilatorkrets i sanntid, men varierer selvfølgelig mye med pasientens metabolske tilstand. Stenqvist har utviklet NMBW-teknikken for å beregne FRC ved å bruke endringene i utåndet O2 og CO2, og manipulere inspirert oksygenkonsentrasjon for å endre fraksjon av inspirert nitrogen23. FRC beregnes som følger:

   FiN2 = 1-FiO2 (innstilt av ventilator) FeO2 = 1-FeO2 (målt)-FeCO2 (målt)

   Inspirerte og utløpte alveolære tidevolumer beregnes ved å bruke O2-forbruk (VO2) og CO2-produksjon (VCO2) som beregnet ved indirekte kalorimetri24:

   Volumer av innåndet og utåndet nitrogengass assosiert med et enkelt pust beregnes ut fra endetidal nitrogeninnhold (EtN2, utledet fra målt utløpt CO2 og oksygeninnhold), innåndet nitrogenfraksjon (FiN2) og inspiratorisk og ekspiratorisk alveolar tidalvolum som følger:

   Før du gjør den inkrementelle endringen på 10 % i FiN2 via manipulering av FiO2, lages basislinjeverdier for VO2, VCO2 og ETN2. VO2 og VCO2 antas å være konstant gjennom hele målingen. FiN2 blir deretter manipulert, og FRC estimert som følger:

   Måling av FRC ved bruk av denne metodikken i en lungemodell med kjent oksygenforbruk og lungevolumer23 avslørte utmerket presisjon (gjennomsnittlig FRC 103 5%) selv ved bruk av inkrementelle endringer i FiO2 fra 0,9 til 1,0. Presisjon hos voksne pasienter med respiratorisk insuffisiens viste utmerket presisjon blant målingene.

3. Elektrisk impedanstomografi (EIT) Elektrisk impedanstomografi utnytter endringer i impendans i luftfylte versus vevsfylte rom for å karakterisere og kvantifisere regional fordeling av lungevolum ved sengekanten. Betydelig arbeid har blitt gjort det siste tiåret for å validere teknologien i dyr25 og hos mennesker26, 27. Teknologien bruker en serie på 16 elektroder plassert over pasientens bryst (Figur 6). Ettersom små strømmer føres mellom elektrodene, måles impedansen mellom og mellom seriene. Gjennom en kompleks avhør og manipulering av disse impedansverdiene dannes et todimensjonalt bilde (Figur 7), og det har vist seg å korrelere med kliniske og radiografiske endringer hos pasienter27. Hos ti mekanisk ventilerte voksne med ARDS korrelerte endeekspiratorisk lungevolum bestemt ved nitrogenutvasking godt med endeekspiratorisk lungeimpedans med en r2 på 0,95,26 Evnen til å estimere lungevolum ikke-invasivt og i sanntid kan forbedre resultatene betydelig hos pasienter med lungeskade. Spesifikt kan evnen til å bestemme en pasients ideelle funksjonelle gjenværende kapasitet og ventilere dem mot dette målet forbedre oksygentilførselen ved å maksimere pulmonal compliance og minimere pulmonal vaskulær motstand. Denne studien søker å bruke varierende nivåer av PEEP for å endre endeekspiratorisk volum, ved å bruke EIT og andre surrogattiltak for å bekrefte effekt, måle oksygenering og shuntfraksjon som kliniske endepunkter. Skulle denne studien vise evnen til effektivt å rekruttere lunger og minimere shuntfraksjoner ved bruk av en aggressiv PEEP-strategi, vil ytterligere studier av klinisk nytte av dette være berettiget.
4. Utåndet pustkondensat (som mål på lungehelse) Det er stadig flere bevis for endringer i pH i luftveisslimhinnen (ALF) ved akutte og kroniske luftveissykdommer som i det minste delvis er preget av betennelse. Det er påvist at pH-verdien til ALF er lav (sur) ved flere lungeinflammatoriske sykdommer, inkludert astma28, cystisk fibrose29, lungebetennelse og ARDS30-32, og at denne pH-verdien kan påvises kontinuerlig, trygt og ikke-invasivt i utåndet pustekondensat. (EBC)33. pH-verdien til EBC kan være et trygt, ikke-invasivt screeningsverktøy for progresjon av ARDS og lungerekruttering. Det har anekdotisk vist seg å forutsi respirasjonssvikt og forestående luftveisinfeksjon (upubliserte data). Som vist i figur 4 (til venstre), er EBC-pH en markør som viser rask omsetning og kan derfor være verdifull for sanntidsovervåking av lungepatologi.

Kontinuerlig utånding av kondensat pH-oppsamling og analysesystem (ALFA-monitor, Respiratory Research, Inc., Austin, Texas) består av en kondensator festet til respiratorens ekspiratoriske lem. Utåndet pustkondensat samles kontinuerlig fra ekspiratorisk port, kondenseres i et kjølekammer, CO2 fjernes og samles opp i et lavere kammer hvor pH avleses kontinuerlig. Dette gir et kontinuerlig, responsivt mål fra ventilerte pasienter, som (1) tar prøver fra en eksosport på utsiden av respiratorkretsen, og (2) tilfører ingen målbar motstand til respiratorkretsen. Målingen av EBC hos pasienter med lungeskade kan tjene som en tidlig markør for derekruttering.

II. Studiemål Spesifikt mål 1: Å demonstrere effektiviteten av en maksimal rekrutteringsstrategi for å øke lungevolumene og forbedre oksygenering hos barn med akutt lungeskade, ved å bruke multippel pust nitrogenutvasking (MBNW) og elektrisk impedanstomografi (EIT) som mål på lungevolum . (Hypotese: Lungevolumer og oksygenering vil øke etter den maksimale rekrutteringsprotokollen sammenlignet med de under 'grunnlinjeventilasjon' eller 'åpen lungetilnærming.') Spesifikt mål 2: Å sammenligne lungevolumer målt av MBNW og EIT ved varierende endeekspiratoriske lungevolum. (Hypotese: Lungevolumer målt ved MBNW vil korrelere med de oppnådd av EIT.)