Rola przepływu obwodowego podczas mechanicznej wentylacji noworodków (E-Flow)

- Tło projektu

Około 1,5% noworodków wymaga wentylacji mechanicznej. Chociaż wentylacja mechaniczna może uratować życie noworodków z niewydolnością oddechową, może spowodować uszkodzenie płuc z powodu nadmiernego ciśnienia w drogach oddechowych (barotrauma), dostarczania dużych objętości oddechowych (volutrauma) i powtarzalnego zamykania/ponownego otwierania jednostek płucnych (niedma)1 . Noworodki bardzo wcześnie urodzone są szczególnie narażone na uszkodzenie płuc wywołane respiratorem. Uszkodzenie płuc związane z respiratorem jest jednym z kilku czynników przyczyniających się do obciążenia przewlekłą chorobą płuc niemowląt, zwaną także dysplazją oskrzelowo-płucną (BPD).

Wentylatory mają kilka różnych trybów. Najczęściej używanym trybem jest cykliczny czasowo, z ograniczonym ciśnieniem, w którym lekarz ustawia wdechowy poziom tlenu, szczytowe ciśnienie napełniania (PIP), częstość i czas napełniania respiratora. W tym trybie napełnienia są zazwyczaj zsynchronizowane z oddechem dziecka. Jest to albo Synchronizowana Przerywana Wentylacja Nadciśnieniowa (SIPPV), w której respirator synchronizuje napełnienia ze wszystkimi oddechami dziecka, albo Synchronizowana Przerywana Wentylacja Obowiązkowa (SIMV), w której respirator synchronizuje się tylko z określoną liczbą oddechów. Można je dostarczać z lub bez docelowej objętości oddechowej dostarczanej do ustawionej wartości poprzez dostosowanie szczytowego ciśnienia pompowania. Ten tryb nazywa się gwarancją głośności (VG). Podobnym trybem wentylacji jest wentylacja z cyklem przepływu lub wentylacja wspomagana ciśnieniem (PSV) i może być połączona z docelową objętością oddechową 2. W tym trybie napełnianie zostaje zakończone, gdy tylko natężenie przepływu spadnie do 15% maksymalnego przepływu podczas nadmuchiwania.

Te tryby mają ciągły przepływ gazu przez obwód wentylacyjny. Napełnianie rozpoczyna się, a ciśnienie wzrasta, gdy zawór wydechowy jest zamknięty. Szybkość przepływu w obwodzie zmienia przebiegi wentylacji. W przypadku wentylacji z cyklem czasowym im wyższy przepływ w obwodzie, tym szybciej rośnie ciśnienie, płuca są rozdęte i potencjalnie uszkodzone, a także tym wcześniej zostaje osiągnięte ustawione PIP. Wysoki przepływ, ze stosunkowo długim czasem napełnienia, spowoduje „płaszczyznę ciśnienia”, to znaczy PIP utrzymuje się po ustaniu przepływu do dziecka, ponieważ objętość płuc jest maksymalna w zastosowanym PIP (ryc. 1). W PSV inflacja zatrzymuje się, gdy przepływ spadnie do ~ 15% szczytowego przepływu inflacji, a więc czas inflacji jest krótszy. Zwiększenie przepływu przez urządzenie skraca czas napełniania, a tym samym zmniejsza średnie ciśnienie w drogach oddechowych.

Pomimo wpływu na wzorce wentylacji oraz szybkość rozszerzania się płuc i urazów, rzadko zwracano uwagę na przepływ w obwodzie. Zgodnie z protokołem jest zwykle ustawiony na 7-10 l/min, gdy respirator jest włączony i nie jest zmieniany.

Jest to stosunkowo wysokie i zwykle wytwarza „kwadratową” falę ciśnienia z szybkim rozdęciem płuc i utrzymującym się ciśnieniem plateau. (patrz A na rycinie 1) W przypadku PSV duży przepływ powoduje stosunkowo krótki czas napełniania (~0,2 s; musi to być co najmniej 0,3 s, aby zapewnić odpowiednie napowietrzenie płuc). Nie ma dowodów na to, że te wysokie przepływy są najlepsze dla optymalnej wentylacji i minimalnego uszkodzenia płuc. W modelu jagnięcia przedwcześnie urodzonego nie stwierdzono niekorzystnego wpływu na wymianę gazową ani parametry sercowo-naczyniowe, dopóki przepływ nie został zredukowany do 3 l/min 3. W badaniach na zwierzętach wentylacja z dużym przepływem powodowała histologiczne i molekularne zmiany uszkodzenia płuc. 4. Wpływ obniżenia natężenia przepływu w obwodzie respiratora nigdy nie był badany w badaniach klinicznych.

Respirator Dräger Babylog VN500 ma alternatywę dla ustawienia przepływu gazu: zamiast tego użytkownik może ustawić czas nachylenia, czyli czas potrzebny do osiągnięcia ustawionego ciśnienia. W Cambridge jest niezmiennie ustawiony na 0,08 s, co daje przepływ ~7 l/min. Ponieważ używamy czasu nadmuchiwania między 0,33 a 0,45 s, występuje plateau ciśnienia trwające co najmniej 0,25 s i ciągłe nadmuchiwanie z niewielkim przepływem lub bez przepływu.

Badacze jako pierwsi opracowali unikalny system pobierania i analizowania danych z respiratora dla noworodków Dräger VN500. Korzystając z oprogramowania DataGrabber firmy Dräger Medical, badacze mogą pobierać parametry respiratora przy częstotliwości 100 Hz przez długi czas (godziny, a nawet dni). Aby przeanalizować i zwizualizować duże zbiory danych, badacze opracowali przepływ pracy analizy danych przy użyciu języka programowania Python i jego pakietów dodatkowych (Rysunek 2). Dzięki temu narzędziu badacze mogą teraz badać szczegóły każdego wdechu i oddechu spontanicznego. Badacze zarejestrowali szczegółowe dane od 30 dzieci i wykazali, że jest to wykonalne, dokładne, a badacze mają wiedzę specjalistyczną (Belteki i in., przedłożone).

W tej aplikacji badacze proponują zbadanie wpływu różnych czasów nachylenia (a tym samym różnych poziomów przepływu w obwodzie) na parametry wentylacji i wymianę gazową u wcześniaków. Badacze postawili hipotezę, że dłuższy czas nachylenia (= niższy przepływ w obwodzie) spowoduje łagodniejsze rozdęcie płuc, przy jednoczesnym utrzymaniu wentylacji i wymiany gazowej.

• Interwencja:

Badanie jest projektem naprzemiennym w obrębie pacjenta, porównującym krótkie okresy wentylacji z różnymi czasami nachylenia zarówno w trybach SIPPV-VG, jak i PSV-VG z następującymi interwencjami:

Narzędzie do pobierania respiratora oraz przezskórne monitory CO2 i wydychanego powietrza są podłączone do respiratora i rozpoczyna się pobieranie danych, podczas gdy dziecko jest wentylowane z parametrami używanymi przez zespół kliniczny. Wykonuje się gazometrię krwi tętniczej. Parametry wentylacji są zmieniane w sposób pokazany poniżej. Kolejność tych epok jest losowa. Wykonuje się kolejną gazometrię krwi tętniczej. Wentylator zostaje przywrócony do pierwotnych parametrów (lub innych w zależności od gazometrii). Dane respiratora i rejestracja CO2 będą kontynuowane przez kolejne 30 minut.

Interwencje

Czas trwania Respirator Więcej Czas nachylenia Czas wdechu [maks.] 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 min PSV-VG 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]

Całkowity czas nauki wynosi 220 minut. Badacz będzie obecny w sposób ciągły. FiO2 zostanie dostosowane w razie potrzeby, aby utrzymać nasycenie między 90-95%. Jeśli FiO2 wzrośnie o >15% lub końcowo-wydechowe CO2 wzrośnie o >1,5 kPa powyżej poziomu sprzed badania, interwencja zostanie przerwana.

Porównanie:

W każdym czasie nachylenia następujące parametry zostaną określone i porównane z parametrami zarejestrowanymi przy czasie nachylenia 0,08 s: (1) szczytowe ciśnienie pompowania, (2) czas trwania inflacji, (3) czas trwania plateau inflacji, (4) czas trwania bez gazu przepływ, (5) wydychane objętości oddechowe i minutowe (wymuszona/spontaniczna, wdechowa/wydechowa, (6) częstość respiratora, (7) FiO2, (8) przezskórny i/lub końcowo-wydechowy CO2 oraz (9) interakcja między napełnieniami respiratora i oddechu dziecka. Porównane zostaną również wartości dla SIPPV i PSV.