Effekt av ikke-invasiv ventilasjon (NIV) på cerebral oksygenering

BAKGRUNN

Nær infrarød spektroskopi (NIRS) er en ikke-invasiv metode for måling av blodstrøm i vev, først brukt til oksygenering av hjernevev i 1977. 1 NIRS er en spektroskopisk teknikk, som bruker elektromagnetiske bølger (700-950nm), en emitter og en detektor. De siste 20 årene har det skjedd en enorm utvikling innen instrumentering og anvendelse av NIRS. Denne teknikken gjør det nå mulig å måle oksygeneringen av hjernevevet. 2-13 INVOS Brain Oxymeter (IBO) er en pålitelig trendmonitor for endringer i regional cerebral oksygenering (rSO2) og korrelerer med hemoglobinmetningen i venøst, kapillært og arterielt blod, ved hjelp av en algoritme basert på Beer-Lambert-loven. 4,14 IBO-systemet bruker lys, med bølgelengder mellom 730-810 nm, som trenger gjennom lag av menneskekroppen, blant dem huden, skallen og hjernen. Det er enten spredt i vevet eller absorbert av tilstedeværende kromoforer. I det ganske gjennomsiktige nær infrarøde området er det mange absorberende lyskromoforer, men bare tre er viktige når det gjelder oksygeneringen, nemlig hemoglobin (HbO2), deoksyhemoglobin (Hb) og cytokromoksidase (CtOx). Oksygenert og deoksygenert hemoglobin absorberer lys ved forskjellige bølgelengder, noe som tillater en differensiering av disse to formene for hemoglobin.15 Sensorene, ("SomaSensors"), påføres pasientens panne med et integrert lim av medisinsk kvalitet.16 Metoden brukes ved å bruke to kilde-detektoravstander i sensoren: en "nær" (grunn), 3 cm fra kilden og en "fjern" (dyp), 4 cm fra kilden. Begge prøvene penetrerer vevet under lyskilden like godt, med den forskjellen at 4 cm kildedetektoren måler signaler dypere i hjernen.8,17 Subtraksjonen av den nære prøven fra den fjerne bør etterlate et signal som hovedsakelig stammer fra hjernebarken. 16 Riktig håndtering av oksygenering av hjernen er en viktig komponent i alle anestesiologiske prosedyrer. Likevel forblir hjernen et av de minst overvåkede organene under den perioperative fasen og intensivbehandlingen. Frem til nå har den anestesiologiske anvendelsen av NIRS som en metode for måling av cerebral oksygenering kun blitt undersøkt hos pasienter som gjennomgår hjertekirurgi eller cerebrovaskulær kirurgi, eldre pasienter som gjennomgår større abdominal kirurgi og nyfødte spedbarn. 18-21 Disse studiene indikerer at den målte cerebrale oksygeneringen påvirkes av den relative andelen blod i den arterielle eller venøse delen av kapillærleiet, hemoglobinkonsentrasjonen og den systemiske metningen i tillegg til hjertevolum. De nøyaktige konsekvensene av endringer i systemisk metning (SaO2) på cerebral oksygenering (rSO2) forblir ukjent. Det er en gjeldende antakelse at rSO2 er direkte assosiert med Sa02, slik at en økning av SaO2 også fører til en økning av rSO2. Mengden oksygen i det arterielle blodet avhenger av det inspirerte oksygenet og lungegassutvekslingen. Disse to parametrene påvirkes først og fremst av individets respirasjonsventilasjon. Pasienter med kronisk respirasjonssvikt, eller bare en midlertidig (akutt) pustemangel (f.eks. etter generell anestesi), behandles rutinemessig med kontinuerlig positivt luftveistrykk (CPAP). Det er også ofte brukt i behandling av søvnapné og hos nyfødte (spesielt premature spedbarn). Hos disse pasientene kan CPAP-ventilasjon forhindre behovet for trakeal (re-) intubasjon, eller muliggjøre tidligere ekstubering.

CPAP-terapi ble utviklet av Dr. George Gregory og kolleger ved neonatal intensivavdeling ved University of California, San Francisco i 1971 22, og deretter modifisert av professor Colin Sullivan ved Royal Prince Alfred Hospital i Sydney, Australia, i 1981. 23 Opprinnelig ble CPAP-terapien hovedsakelig brukt til behandling av obstruktiv søvnapné hjemme. I dag brukes det ofte på intensivavdelinger som en form for ikke-invasiv mekanisk ventilasjon. Der er det vanligvis forbeholdt undergrupper av pasienter hvor oksygenbehandlingen via ansiktsmaske er utilstrekkelig. Pasienter på CPAP-behandling overvåkes nøye i intensivavdelingen. Behandlingen støtter pasientens spontane pust ved å bygge opp et positivt sluttekspiratorisk trykk (PEEP). Trykket som kreves av de fleste pasienter varierer mellom 5 og 12 cmH2O. Pasienten kan individuelt bestemme sin egen respirasjonsfrekvens samt respirasjonsdybden.

Mål:

Det primære studiemålet er å undersøke effekten av CPAP-behandling på rSO2 i forhold til de vitale parameterne, hemoglobin, SaO2 (analysert av BGA) og SpO2. Disse kombinerte målingene kan brukes til ytterligere å beskrive effekten av CPAP-terapi på rSO2. Så langt har denne typen studier ikke blitt utført på pasienter på intensivavdelingen. Derfor tar dette prosjektet sikte på å få ny innsikt i påvirkningen av CPAP-terapi på cerebral metning. I tillegg vil forskjeller i SaO2 og vitale parametere være korrelert til rSO2. Også forekomst av oppkast og kvalme, hodepine og agitasjon under CPAP-behandlingen vil bli registrert.

Følgende parametere vil bli målt, beregnet og notert i CRF (saksrapportskjema):

• Blodtrykk (BP)
• Hjertefrekvens (HR) og rytme
• rSO2 (venstre og høyre halvkule)
• BGA: arterielt partialtrykk av oksygen (PaO2)
• BGA: pH, Elektrolytter (Na, K, Ca), Glukose, Laktat, SaO2
• BGA: Hb, Hk, MetHb, CoHb, SO2, pCO2, BE, SBC
• Ventilasjon: CPAP, MV, RR, TV, trykkstøtte, Pmean
• ASA-klassifisering: 1-6
• Fysiske lidelser under CPAP med ja eller nei, hvis ja spesifisert:

øyne, ører, nese, svelg luftveier kardiovaskulær muskuloskeletal genitourinær hud endokrin nevrologisk psykiatrisk hypotese

Null og alternativ hypotese:

H0: Det er INGEN endring av rSO2 under CPAP-behandling. H1: Det er en endring av rSO2 under CPAP-behandling. Type-I og -II feil og effekt α = 0,05 Effekt = 0,9 Interim analyse

• Statistisk metodikk Randomisert observasjonseksperimentell enkeltsenter klinisk studie.
• Eksempelstørrelsesberegning:

Paret t-test, gjennomsnitt av forskjell: 5 %, SD av forskjell: 10 %; Effektstørrelse på 0,5; en feilsannsynlighet tosidig: 0,05; Effekt: 0,9; total prøvestørrelse: 50 pasienter. (5 % frafall inkludert).

METODER Denne randomiserte kliniske studien vil inkludere 50 personer fra 18 år og utover som gjennomgår behandling på en intensivavdeling ved det medisinske universitetet i Wien (13C1, 13C2, 13C3, 13B1, 13I1, 9D, E11 (nevrokirurgisk ICU), som krever intermitterende CPAP-behandling. Verken søkeren eller den kliniske utrederen vil være involvert i beslutningen om indikasjon for CPAP-behandling.

Studien vil bli utført i henhold til Helsinki-erklæringen (1964), og retningslinjer for god klinisk praksis (GCP), og anbefalinger fra Ekvatornettverkets nettsted inkludert gjeldende revisjoner. Studieprotokollen vil bli sendt til etisk komité ved Medical University of Vienna for etisk godkjenning. Studien vil bli registrert hos clinicaltrials.gov. Deltakelsen i den kliniske studien vil skje uavhengig av medisinsk indikasjon for pasientens opphold på intensivavdelingen. Før opptak til studien må forsøkspersonen ha samtykket til å delta, etter at art, omfang og mulige konsekvenser av prosedyren er forklart i en for vedkommende forståelig form. Pasienten skal gi samtykke muntlig og skriftlig. Den enkeltes samtykke vil bli bekreftet med underskrift fra etterforskeren. Alle emnenavn vil bli holdt hemmelig i etterforskernes mapper. Forsøkspersoner vil bli identifisert ved dokumentasjon og evaluering gjennom hele antallet tildelt dem under studiet. Deltakerne vil bli informert om at hele studiedata vil bli lagret og behandlet konfidensielt. Det vil bli benyttet dataprotokoll ved hjelp av saksrapportskjema.

Varigheten av forsøket er 30 min. Studien starter 15 minutter før CPAP og avsluttes når pasientens rSO2 når en steady state (ingen endring i rSO2 ± 2 % i 3 minutter, maksimalt 15 minutter) under CPAP-behandling. Deltakerne er ikke pålagt å delta i eventuelle oppfølgingsbesøk.

Denne studien vil bli utført på pasienter med god tilgang til pannen. NIRS-målingen (IBO) vil bli utført på frontal cortex på begge sider av hodet. Emisjons- og deteksjonsprober må kobles til etter å ha tørket pasientens panne med en myk klut eller bomullspute. Under hele undersøkelsen vil SaO2, blodtrykket (kontinuerlig invasivt eller ikke-invasivt i 3 minutters intervaller) og EKG bli registrert. Disse vitale tegnene er en del av rutinemessig ICU-overvåking. Forsøket vil bestå av to deler, det vil si med eller uten ventilasjonshjelp. Rekkefølgen for å starte studien med eller uten CPAP-behandling vil bli randomisert. Under hver del vil målingene bli utført til man når en stabil tilstand (ingen endring i rSO2 ± 2 % i 3 min), men med en maksimal varighet på 15 min. Undersøkelsen er trygg, ikke-invasiv, smertefri og kan utføres svært fleksibelt, raskt og kostnadseffektivt med bærbart utstyr. Data samles inn fra både høyre og venstre hjernehalvdel.

Enhetssystemet skal kun brukes i samsvar med den godkjente undersøkelsesplanen og CE-sertifikatet, på forsøkspersoner som mottar CPAP-behandling og har signert et informert samtykkeskjema. Bruken av enheten er begrenset til godkjente studieetterforskere. Etter hvert undersøkelsesintervall vil det bli utført en BGA.

Grunnen til at denne studien er utført på ICU-pasienter er følgende. Pasienter som lider av respirasjonsmangler og har behov for ventilasjonsassistanse, er sjelden lokalisert på vanlige sykehusavdelinger på grunn av at installasjonen av en ventilasjonsmaskin med ekstra CPAP-modus må utføres av spesialisert personell. I tillegg krever disse pasientene tett overvåking, noe som kan garanteres i en intensivavdeling.

Gravide kvinner, samt personer med alvorlige klaffe- eller nevrologiske sykdommer vil ikke bli inkludert i observasjonsstudien.

Etter at indikasjonen for CPAP-terapi er verifisert og in- og eksklusjonskriteriene er kontrollert, vil pasientene rekrutteres til studien.

Studien vil deles inn i to datainnsamlingsdeler, begge tatt i én økt.

1. 15 minutter før CPAP:

   • begynner å samle inn data for enten kontinuerlig arteriell blodtrykksmåling (ABP)
   • eller ikke-invasiv (NIBP) til slutten av studien
   • starter NIRS-måling på begge hjernehalvdelene (INVOS 5100C) til prosedyren er fullført
   • ta en arteriell vår venøs (i henhold til tilgjengelig tilgang) blodprøve for en blodgassanalyse (BGA)

2. 15 min med CPAP:

   • målinger utført i punkt 1. (ABP/NIBP, NIRS) vil bli videreført
   • ta en annen arteriell vår venøse (i henhold til tilgjengelig linje) blodprøve for en BGA

Rekkefølgen på punkt 1. og 2. (uten eller med CPAP) vil bli randomisert i gruppe 1 og gruppe 2 hos samme pasient.

DRIFTSMÅL

1. st år: Utarbeiding av studieforslaget. Mål: - Litteratursøk og gjennomgang

   • Utforming av utredningsforslag
   • Detaljplanlegging av realisering av prosjektet

   Kort beskrivelse: Aktuell litteratur om CPAP-terapi, NIRS og rSO2 vil bli gjennomgått. Den nøyaktige planleggingen av realiseringen av studien vil begynne etter at den positive etikkkomiteens avstemning er mottatt. En detaljert studieprotokoll vil bli skrevet etter litteraturgjennomgangen og utførelsen av foreløpige målinger.

2. nd år: Igangsetting av prosjektet

   Mål: - Utføre foreløpige målinger og forbedre studieprotokollen

   • Gjennomføring av studien
   • Evaluering av resultatene

   Kort beskrivelse: Foreløpige målinger med NIRS vil bli utført, hvoretter studieprotokollen vil bli finpusset. I henhold til den tilpassede protokollen vil studien bli utført på ICUene til MUW.

3. tredje år: Avsluttende prosjekt, statistisk evaluering; Datatolkning og skriving av oppgaven.

Mål: - Evaluering av data

• Statistisk analyse
• Tolkning av resultatene
• Utarbeidelse av en foreløpig versjon av oppgaven
• Revisjon av oppgaven til veiledernes kommentarer
• Skrive en forskningsoppgave for å publisere studieresultatene

Kort beskrivelse: Etter at studien er fullført, vil alle innsamlede data bli evaluert og gjenstand for statistisk analyse. Fremtidige oppfølgingsstudier basert på disse resultatene vil bli utarbeidet. Søkeren vil få innvilget tid til å arbeide med sitt forskningsprosjekt som en del av forskningsgruppen «lunge».

Samarbeidsordninger Prosjektet skal utføres ved Avdeling for anestesi, generell intensiv og smertebehandling, MUW.

Utsikter og videre prosjekter

Flere prosjekter med fokus på effekter av rSO2-endringer i andre innstillinger er mulig:

• intensivbehandling
• generell anestesi

REFERANSER 1-23