Kardioventilatorisk kobling hos kritisk syke pasienter

Intratorakale trykkoscillasjoner på grunn av positivt trykkventilasjon induserer sykliske modifikasjoner av aktiviteten til de pulmonale vaskulære reseptorene og hjertemekanoseptorene. Disse effektene endrer moduleringen av det autonome nervesystemet med modifisering av både sympatisk og vagal aktivitet.

Kardioventilatorisk interaksjon har nylig blitt studert gjennom hjertefrekvensvariasjonen hos kritisk syke mekanisk ventilerte pasienter. Analysen av effektspektrumtettheten gir informasjon om kraften (variansen av slag-til-slag-intervall) er fordelt som frekvensenes funksjon. Friske individer som puster spontant viser en syklisk inspiratorisk økning og ekspiratorisk reduksjon av hjertefrekvens, og "fasekobling" mellom hjerteslag og respirasjon (som får hjerteslag til å forekomme i konstante faser av respirasjonssyklusen), ofte kjent som kardioventilatorisk kobling. Disse fenomenene stammer fra et komplekst samspill av flere mekanismer, inkludert sentraldrift, tilbakemelding fra arterielle baroreseptorer, tilbakemelding fra thorax- og lungestrekkreseptorer og ikke-nevrale mekanismer som er iboende til hjertet, som ikke er fullt ut forstått. Selv om den fysiologiske betydningen av respiratorisk sinusarytmi og kardioventilatorisk kobling ikke har blitt belyst, antydet flere forfattere at de kan forbedre ventilasjon/perfusjonsmatching gjennom en omfordeling av hjerteslag (og følgelig av perfusjon) i respirasjonssyklusen, med gunstige effekter på gassutveksling . Videre har redusert respiratorisk sinusarytmiamplitude blitt brukt som en indikator på nedsatt autonom kontroll og dårlig klinisk resultat, også under mekanisk ventilasjon. Det har vist seg at under kontrollert mekanisk ventilasjon er respiratorisk sinusarytmiamplitude betydelig redusert og den kardioventilatoriske koblingen generelt sett. avskaffet. Teoretisk sett kan mekaniske ventilasjonsmoduser som assisterer respirasjonspumpen ved utløsning av pasienten, slik som trykkstøtteventilasjon (PSV), opprettholde høyere respiratoriske sinusarytminivåer gjennom sentralt oppstått fasisk vagalmodulasjon sammenlignet med kontrollert mekanisk ventilasjon. I tillegg kan mekanisk ventilasjon med pust-for-pust variable tidalvolum, såkalt 'variabel ventilasjon', bedre bevare respiratorisk sinusarytmi og kardioventilatorisk kobling, og dette kan spille en rolle i den forbedrede arterielle oksygeneringen som finnes i ulike modeller av akutt lungeskade, men med varierende resultater, når man sammenligner variabel og konvensjonell mekanisk ventilasjon. Hos bedøvede forsøksdyr var den kardioventilatoriske koblingen mer bevart under trykkassistert ventilasjon enn trykkkontrollert ventilasjon. Om disse funnene kan være tilstede hos mennesker er ennå ukjent. Videre har det blitt demonstrert at noen nye metoder for assistert ventilasjon, slik som nevralt justert ventilasjonsassistanse (NAVA), øker pust-til-pust-variabiliteten og tidalvolumvariabiliteten, men deres effekter på kardioventilatorisk kobling er ikke forstått.

Studien tar sikte på å måle hjertefrekvensvariabiliteten, respirasjonsfrekvensvariasjonen og den kardioventilatoriske koblingen hos kritisk syke pasienter under mekanisk ventilasjon både i kontrollert modus (trykkkontrollert) og i assistert modus (trykkstøtteventilasjon og NAVA).

Metoder påmeldte pasienter kobles til en S/5 ICU-monitor (GE, Helsinki, Finland) og ventileres mekanisk med en Servo-I-ventilator (Maquet, Tyskland) utstyrt med diafragmatisk elektrisk aktivitetsmodul (EAdi, Maquet, Tyskland). Et nasogastrisk 16-Fr EAdi-kateter er plassert hos alle pasienter. En sekvens av tre påfølgende studiefaser av forskjellige mekaniske ventilasjonsmoduser (PCV, PSV og NAVA) startes. Sekvensen av ventilasjonsmoduser er randomisert for hver pasient. Etter en 10 minutters akklimatiseringsperiode for hver studiefase, samles elektrokardiografiske, arterielle trykk- og ventilasjonsbølger i påfølgende 30 minutter til en bærbar PC via S/5 Collect (GE, Helsinki, Finland) og NAVA Tracker (Maquet, Tyskland) programvare for Windows.

Analyse av hjertefrekvensvariabilitet Lineær analyse Sekvenser med 300 påfølgende hjerteslag velges i hver eksperimentell fase. Gjennomsnittet og variansen av hjerteperioden er uttrykt i henholdsvis msek og msek^2. Autoregressiv spektral tetthet er faktorisert i komponenter hver av dem preget av en sentral frekvens. En spektral komponent er merket som LF hvis dens sentrale frekvens er mellom 0,04 og 0,15 Hz, mens den er klassifisert som HF hvis dens sentrale frekvens er mellom 0,15 og 0,5 Hz. HF-effekten anses å representere respirasjonsdrevet vagal modulering av hjertefrekvens. For å utelukke effekten av endringer av totale effektspektrumtettheter på LF- og HF-komponenter, uttrykkes spektralverdier også i normaliserte enheter (NU). Normalisering besto i å dele kraften til en gitt spektral komponent med den totale effekten minus effekten under 0,04 Hz (Svært lavfrekvent [VLF] spektral komponent), og multiplisere forholdet med 100. Forholdet mellom LF-effekten og HF (LF/HF) regnes som en indikator på balansen mellom sympatisk og vagal modulasjon rettet mot hjertet.

Ikke-lineær analyse Ikke-lineær analyse ble utført ved hjelp av symbolsk analyse. Den symbolske analysen utføres på de samme sekvensene av 300 påfølgende hjerteslag som brukes til den autoregressive analysen. Hele spekteret av R-til-R-intervallet i hver serie er jevnt delt inn i 6 skiver (symboler) og mønster av 3 påfølgende hjerteslagintervaller ble vurdert. Dermed hadde hver sekvens på 300 hjerteslag sitt eget R-til-R-område og 298 påfølgende trillinger av symboler. Shannon-entropien til fordelingen av mønstrene er beregnet for å gi en kvantifisering av kompleksiteten til mønsterfordelingen. Alle trillinger av symboler er gruppert i 3 mulige variasjonsmønstre: (i) ingen variasjon (0V, alle 3 symbolene var like), (ii) 1 variasjon (1V, 2 påfølgende symboler var like og det gjenværende symbolet var forskjellig), ( iii) mønstre med 2 variasjoner (2V, alle symbolene var forskjellige fra den forrige). Tidligere ble prosentandelen av 0V-mønstre funnet å øke (og 2V-reduksjon) som respons på sympatiske stimuli, mens 2V-mønstre økte (og 0V reduserte) som respons på vagale stimuli. Prosentandelen av mønstrene 0V og 2V ble beregnet, og 0V/2V-forholdet ble beregnet for å estimere balansen mellom sympatisk og vagal modulasjon.

Kardioventilatorisk koblingsanalyse Fasesynkroniseringsmetode for kvantifisering av kobling mellom svakt koblede selvopprettholdende oscillatorer (her hjerte og ventilator) vil bli implementert. Tanken bak er at en god ventilasjonsmodus skal produsere kardio-respiratorisk koordinasjon som ikke kan skilles fra det som observeres hos friske personer under spontan pusting med samme frekvens og amplitude. Fasesynkroniseringsteknikk er supplert med felles symbolsk analyse og kryssbetinget entropivurdering av kardio-respiratorisk kobling når det gjelder grad av repeterbarhet av koordinasjonsskjemaer mellom hjertefrekvenssignal og ventilasjon. Disse tilnærmingene har hovedfordelene at de er mindre følsomme for ikke-stasjonariteter og de er i stand til å fange ikke-lineære koblinger over kortere datasekvenser.

Prøvestørrelse gitt en total variasjon i hjertefrekvensen lik 1000 msec^2, for å oppdage en forskjell på 300 msec^2 (med et standardavvik på 200 msec^2) mellom studiefasene med en alfafeil=0,05, effekt=80 %, effektstørrelse=0,4, 22 pasienter skal rekrutteres.

Normalfordelingen kontrolleres med Kolmogorov-Smirnov test. To haler Student t-test for avhengig eller uavhengig prøve etter behov, eller Wilcoxon-U-test i tilfelle ikke normal fordeling brukes. Gjentatte mål analyseres med enveis variansanalyse (ANOVA) etterfulgt av post-hoc Bonferronis test.