Oksygeneringsmål hos hjertekirurgiske pasienter - en før-og-etter-studie

Bakgrunn Oksygen er essensielt for livet, og supplerende oksygenbehandling administreres rutinemessig under operasjonen for å unngå livstruende hypoksemi. Supplerende oksygenbehandling gis ofte som en høy og fast fraksjon av inspirert oksygen (FiO2) som varierer fra 0,60 til 1,00. Som en konsekvens overstiger partialtrykket av arterielt oksygen (PaO2) ofte normale nivåer. Det er økende bevis på potensiell skade med liberal administrert oksygenbehandling. Derfor må standardregimene for oksygenbehandling under kirurgi undersøkes videre.

Formålet med studien er å evaluere om et regime for oksygenbehandling rettet mot normale nivåer av PaO2 under elektiv hjertekirurgi med bruk av kardiopulmonal bypass (CPB) og i første postoperative dag på intensivavdelingen (ICU) er mulig. I tillegg vil metabolske endringer i utåndet pustkondensat og i arterielt blod samlet før kirurgi, før og etter CPB, den første postoperative dagen på intensivavdelingen og den tredje postoperative dagen på kirurgisk avdeling bli evaluert.

Studiedesign Studiedesignet er en før-og-etter-studie hos pasienter som er planlagt for elektiv hjertekirurgi, som er koronar bypass-transplantasjon eller ventilerstatning eller en kombinasjon av begge. De første 25 pasientene vil følge vårt institusjonelle standardregime for supplerende oksygenbehandling; dvs. minimum FiO2 på 0,60 ved mekanisk ventilasjon og minst 3 liter oksygen per minutt etter avvenning fra respiratoren på intensivavdelingen. Deretter vil ytterligere 25 pasienter få supplerende oksygenbehandling for å oppnå en normal PaO2 definert som 10-12 kPa (75-120 mmHg) under operasjonen og på intensivavdelingen.

Utåndet pustkondensat vil samles opp via et munnstykke under spontan pusting før operasjonen, første og tredje postoperative dag, mens kondensatene samles opp via trakealtuben under mekanisk ventilasjon. Arterielle blodprøver vil bli tatt samtidig. Utåndingskondensat og serumprøver vil bli delt opp i alikvoter og lagret i -80 grader celsius fryser inntil endelige analyser etter at alle pasienter er inkludert.

Metabolske endringer i utåndet pustkondensat og i serumprøver vil bli analysert ved bruk av kjernemagnetisk resonans (NMR) spektroskopi og massespektrometri (MS). Spektrene vil gi et øyeblikksbilde av alle metabolitter i en gitt prøve og belyse endringer i metabolske profiler som respons på oksygeneksponering.

Hypotese Hypotesen er at oksygeneringsmålretting er mulig og at endring av den supplerende oksygenbehandlingen til en oksygeneringsmålretting innenfor normalområdet vil redusere FiO2 og dermed PaO2/FiO2-forholdet.

Utfall Primært utfall er PaO2/FiO2-forholdet på den tredje postoperative dagen. Sekundære utfall vil være endringer i metabolske profiler i utåndet pustkondensat og serumprøver, endringer i oksygeneringsparametre, PaO2 og oksygenmetning, endringer i tid til avvenning fra respiratoren på intensivavdelingen, endringer i FiO2 og i supplerende oksygenbehandling etter avvenning fra respirator, og endringer i postoperative komplikasjoner definert som lungebetennelse, arytmier, re-operasjon og re-innleggelse på intensivavdelingen.

Statistiske analyser Dette er en pilotstudie som er en mulighetsstudie før og etter. Basert på institusjonelle data blir det utført en effektberegning som estimerer en økning i PaO2/FiO2-forholdet fra 30 ± 7 kPa med standardregimet for oksygenbehandling til 36 ± 7 kPa med en oksygeneringsmåltilnærming og med en alfa på 0,05 og en kraft på 80 % (1-beta), trengs 23 pasienter i hver gruppe. For å dekke frafall på totalt 50 pasienter, vil 25 pasienter i hver gruppe rekrutteres.

Data vil bli vurdert for normalitet. Kontinuerlige normalfordelte variabler vil bli sammenlignet ved hjelp av Student t-tester og rapportert som gjennomsnitt og standardavvik, mens ikke-normalfordelte data vil bli sammenlignet ved bruk av Wilcoxon rangsum-tester og rapportert som median og interkvartilt område. Alle analyser vil bli utført ved bruk av Stata (Metrika Consulting AB, Stockholm, Sverige), Matlab.

Sammensetningen av metabolomikk vil bli sammenlignet ved multivariabel analyse. For multivariat analyse vil ulike uovervåket og overvåket analyser bli utført i Matlab (The MathWorks Inc., Natick, USA) og Python (Python Software Foundation, Delaware, USA) programvare med interne skript. Hovedkomponentanalyse vil bli brukt for å få en foreløpig oversikt over dataene, for å screene for uteliggere og oppdage klynger. Etter hvert vil partielle minste kvadraters diskriminant (PLS-DA) analyser koblet til forskjellige vv rs valgalgoritmer bli brukt for å utføre datareduksjon og klassifisering av behandlinger. For valideringsformål vil tilnærmingen til Venetian-Blinds kryssvalidering bli brukt.

Etikk Pasienter vil bli inkludert etter at et informert signert innhold er innhentet. FiO2 på 0,60 gis rutinemessig til pasienter som gjennomgår hjertekirurgi med CPB ved Aalborg Universitetssykehus. Målretting mot et fysiologisk PaO2-nivå mellom 10 og 12 kPa anses å være trygt. Pasienter som gjennomgår hjertekirurgi blir rutinemessig maksimalt overvåket under operasjonen og på intensivavdelingen. Den ansvarlige hjerteanestesilegen kan lade PaO2-målet når som helst.

Oppsamlingen av utåndet pustkondensat er smertefri og uten ubehag for pasienten. Den arterielle blodprøven på den tredje postoperative dagen vil bli utført av en hjerteanestesilege med erfaring i denne prosedyren, som vil påføre en subkutan analgesi med Lidocain 1 % før punkteringen og dermed unngå smerter under prosedyren. Deretter vil en manuell kompresjon utføres i 2 minutter for å minimere risikoen for et hematom. Totalt blir det samlet inn fire ekstra blodprøver for metabonomikken og én ekstra blodgassanalyse. Den totale mengden blod ekstrahert i studien er 12,5 ml.

Alle andre prosedyrer og behandlinger følger standardregimene.