Wpływ kaniuli nosowej o wysokim przepływie na redukcję martwej przestrzeni i regionalną dystrybucję wentylacji (HFNC)

Tło i znaczenie Historycznie kaniule donosowe z tlenem były stosowane u pacjentów z hipoksemią jako terapia zwiększająca utlenowanie krwi tętniczej. W społeczności noworodkowej przepływy tlenu >2 l/min i > 4 l/min u dzieci i młodzieży były rzadko stosowane ze względu na możliwość nadmiernego wysuszenia błony śluzowej nosa i ryzyko wystąpienia hipotermii. Spekulowano, że więksi pacjenci pediatryczni i dorośli są w stanie lepiej tolerować prędkości przepływu przekraczające 4 l/min, ponieważ duża powierzchnia błony śluzowej nosa może wspomagać nawodnienie suchych gazów medycznych. Terapia kaniulami nosowymi o wysokim przepływie (HFNC) jest formą wspomagania oddychania, która zapewnia przepływy, które uważa się za przekraczające spontaniczne prędkości wdechowe i wydechowe pacjenta. W ostatniej dekadzie do zastosowań klinicznych wprowadzono wiele urządzeń z podgrzewaną i nawilżaną kaniulą nosową o wysokim przepływie (HFNC). Urządzenia te mają zapewnić optymalne ogrzewanie i nawilżanie gazów medycznych niezależnie od ustawienia przepływu. W przypadku noworodków, które stanowią dominującą populację pacjentów otrzymujących HFNC, wyraźnie nie ma zgody co do tego, które przepływy są „wysokie” w tej populacji. Jeśli „duże” ma oznaczać natężenie przepływu, które przekracza spontaniczne natężenie przepływu wdechowego, to nie ma rozsądnego pomiaru klinicznego, który pozwoliłby ustalić tę zależność. Zatem prawdziwa definicja HFNC pozostaje nieuchwytnym terminem, a nasz protokół ma nadzieję rzucić nieco światła na ten temat.

Nasze prospektywne randomizowane badanie wpływu 3 różnych prędkości przepływu tlenu przez kaniulę do nosa (niskie, średnie i wysokie) na częstość oddechów, SPO2, przezskórną CO2 i regionalną dystrybucję wentylacji mierzoną za pomocą EIT pomoże klinicystom określić zakres prędkości przepływu HFNC w której wypłukiwanie przestrzeni martwej zachodzi bez dodatniego ciśnienia rozprężania (niski zakres) iw której wypłukiwanie przestrzeni martwej zachodzi przy dodatnim ciśnieniu, które tworzy regionalny rozkład zmian wentylacji.

C. Badania wstępne Jedno źródło dotyczące noworodków definiuje HFNC jako przepływy > 1 l/min, a inne określa przepływy > 3 l/min jako HFNC.1 Klasyfikacja jest dodatkowo skomplikowana u większych pacjentów pediatrycznych i dorosłych, u których przepływy podczas HFNC były przekraczane tych tradycyjnie stosowanych ze standardową kaniulą do nosa ~ 6 l/min) i nawet 30-40 l/min.2 Dzięki zdolności technologicznej do zapewnienia lepszego ciepła i wilgotności klinicyści odkryli, że HFNC może być w stanie zapewnić wsparcie większej części pacjentów, którzy w przeciwnym razie wymagaliby ciągłego dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych (CPAP), wentylacji nieinwazyjnej (NIV) lub inwazyjnej wentylacji mechanicznej. Istnieje kilka proponowanych mechanizmów, dzięki którym HFNC może zapewnić lepszą pomoc oddechową niż standardowe urządzenia dostarczające tlen.

Przepływy, które przekraczają natężenie przepływu wydechowego, mogą powodować „ciśnienie wsteczne” przy ujściu nosa do dróg oddechowych podczas wydechu, które jest podobne do nosowego CPAP. Dodatkowo, gazy mogą zapewniać fizjologiczne usuwanie dwutlenku węgla z anatomicznej martwej przestrzeni poprzez anatomiczny przeciek (drogi nosowe/ustne). Efekty te mogą się różnić w zależności od przepływu, wentylacji minutowej, wielkości pacjenta, nieszczelności i zależności ujścia dróg oddechowych od wielkości bolca. Obecnie istnieją trzy zatwierdzone przez FDA systemy HFNC. Akceptacja kliniczna wiąże się z faktem, że HFNC jest tańsza, prostsza w obsłudze i wymaga mniej skomplikowanego interfejsu dróg oddechowych niż standardowe urządzenie CPAP lub NIV. Inną proponowaną korzyścią jest to, że zęby HFNC są generalnie mniej okluzyjne i mogą powodować mniej uszkodzeń dróg oddechowych niż zęby CPAP lub maska ​​​​BiPAP. Powszechna akceptacja i stosowanie tego podejścia zostało wdrożone przy bardzo niewielkiej liczbie danych eksperymentalnych, aby wesprzeć ustawienia przepływu HFNC jako bezpieczną i skuteczną opcję u wszystkich pacjentów z hipoksyjną niewydolnością oddechową.

Elektryczna tomografia impedancyjna (EIT) Elektryczna tomografia impedancyjna wykorzystuje zmiany impedancji w przestrzeniach wypełnionych powietrzem w porównaniu z przestrzeniami wypełnionymi tkanką, aby scharakteryzować i określić ilościowo regionalny rozkład objętości płuc przy łóżku chorego. Ta technologia została potwierdzona w badaniach na zwierzętach3 i ludziach4, 5 przeprowadzonych w ciągu ostatniej dekady w Bostońskim Szpitalu Dziecięcym. Technologia wykorzystuje serię 16 elektrod umieszczonych w poprzek klatki piersiowej pacjenta (Rysunek 1). Ponieważ między elektrodami przepływają małe prądy, impedancja jest mierzona pomiędzy seriami. Dzięki złożonemu badaniu i manipulacji tymi wartościami impedancji powstaje dwuwymiarowy obraz (ryc. 2), który, jak wykazano, koreluje ze zmianami klinicznymi i radiograficznymi u pacjentów4. Możliwość nieinwazyjnego oszacowania objętości płuc i regionalnej dystrybucji gazów w czasie rzeczywistym może dać nam wgląd w to, który tryb wentylacji jest bardziej skuteczny.

Efekty fizjologiczne i bezpieczeństwo HFNC Istnieje kilka proponowanych mechanizmów fizjologicznych, dzięki którym uważa się, że HFNC jest skuteczny. Należą do nich: 1) wypłukiwanie CO2 z przestrzeni martwej górnych dróg oddechowych, co umożliwia lepszą wymianę gazową pęcherzyków płucnych; 2) zapewnienie przepływu odpowiedniego do wspomagania wdechu, zmniejszając tym samym wdechową pracę oddechową; 3) poprawa mechaniki płuc i dróg oddechowych poprzez eliminację skutków wysuszenia/wychłodzenia; 4) zmniejszenie lub wyeliminowanie kosztów metabolicznych kondycjonowania gazu; i 5) zapewnianie dodatniego wydechowego ciśnienia rozszerzającego. Chociaż zmienne te mierzono zarówno u zwierząt, jak iu ludzi, badania krótkoterminowe obejmowały tylko niewielką liczbę pacjentów i nie zostały specjalnie zaprojektowane pod kątem bezpieczeństwa HFNC.

Hasan i wsp. obserwowali wpływ ciśnienia generowanego w statycznym modelu płuca noworodka przy użyciu dwóch dostępnych na rynku urządzeń HFNC z przepływami w zakresie 0–12 l/min i przy różnych ustawieniach nieszczelności.6 W modelu nozdrzy, w którym wyciek był zminimalizowany (zamknięte usta), wykazali, że systematyczny wzrost symulowanych ciśnień w tchawicy był proporcjonalny do zwiększonych przepływów. Zmierzone ciśnienia w drogach oddechowych były podobne do tych zgłaszanych przy donosowym CPAP (~5-6 cmH2O przy przepływie ~6-8 l/min).

Frizzola i współpracownicy zmierzyli ciśnienie w tchawicy i wymianę gazową u 13 nowonarodzonych prosiąt z uszkodzeniem płuc, wspieranych przez N-CPAP i HFNC w warunkach wysokiego i niskiego przecieku.7 Głównym odkryciem tego badania było to, że ciśnienia w tchawicy HFNC były porównywalne z ciśnieniami CPAP w tym samym zakresie przepływu, a wypłukiwanie martwej przestrzeni nosowo-gardłowej wiąże się z poprawą wentylacji i natlenienia niezależnie od samego ciśnienia w tchawicy podczas HFNC.

Szereg krótkoterminowych badań oceniało wielkość rozdętego ciśnienia w płucach w małej grupie niemowląt. Sreenan i wsp. stwierdzili, że w grupie 40 wcześniaków można utrzymać podobne końcowo-wydechowe ciśnienie opłucnowe między standardową kaniulą donosową dostarczającą tlen (1-2,5 l/min) i N-CPAP bez różnic w desaturacji, bradykardii i bezdechach. 8 Jednak ciśnienie to będzie prawdopodobnie bardzo zmienne ze względu na nieszczelność i zależność wielkości dróg oddechowych/kaniuli. Lampland zaobserwował podobne końcowo-wydechowe ciśnienie opłucnowe między HFNC (2-6 l/min) a N-CPAP 6 cm H2O u wcześniaków.9 W niedawnej metaanalizie Cochrane oceniono prospektywne, randomizowane badania kontrolowane, które były ograniczone do populacji wcześniaków.1 Głównym celem tej metaanalizy było określenie bezpieczeństwa i skuteczności HFNC. Gdy stosowano jako podstawowe wspomaganie oddychania po urodzeniu, w jednym badaniu stwierdzono podobny odsetek niepowodzeń leczenia u niemowląt leczonych HFNC (5-6 l/min) i donosową CPAP.10 W jednym badaniu po ekstubacji stwierdzono, że niemowlęta leczone HFNC (1,8 l/min) miały znacznie większą potrzebę ponownej intubacji niż niemowlęta leczone nosową CPAP.11 W innym badaniu stwierdzono podobne wskaźniki reintubacji dla nawilżanej i nienawilżanej HFNC (~ 2-3 l/min)12, a w czwartej próbie nie stwierdzono różnic między dwoma różnymi modelami sprzętu używanego do dostarczania nawilżonej HFNC (6 l/min).13 Do tych badań włączono niewielu pacjentów, aw dwóch badaniach (Woodhead, Miller) zastosowano złe podejścia metodologiczne. W jednym badaniu przerwano rekrutację z powodu infekcji związanych z używanym urządzeniem HFNC.10 Na podstawie tych ustaleń nie ma wystarczających dowodów, aby ustalić bezpieczeństwo lub skuteczność HFNC w zakresie powszechnie stosowanych przepływów oraz jako forma wspomagania oddychania u wcześniaków. Dane te pokazują również, że HFNC stosowana po ekstubacji może wiązać się z wyższym odsetkiem retubacji niż CPAP przez nos.14 Nie przeprowadzono badań oceniających bezpieczeństwo i skuteczność u większych niemowląt i innych pacjentów pediatrycznych. Pomimo braku dowodów potwierdzających, HFNC jest nadal wdrażany na wielu pediatrycznych oddziałach intensywnej terapii (PICU) z przepływami ≥ 20 l/min i przeprowadzono niewiele badań z udziałem dorosłych z użyciem tych wysokich przepływów podczas HFNC. Dlatego trudno jest ekstrapolować te wyniki, aby promować stosowanie podobnych przepływów u dzieci. Oczywiste jest, że HFNC może zapewniać niektóre z tych samych korzyści klinicznych, co CPAP lub nawet NIV z mniej skomplikowanymi nosowymi drogami oddechowymi lub interfejsem nosowo-ustnym. Podczas gdy donosowy CPAP służy jako pośrednia forma wsparcia między terapią tlenową a wentylacją inwazyjną u noworodków, częściej w przypadku większych oddziałów pediatrycznych i dorosłych stosuje się dwupoziomową NIV jako alternatywę dla wentylacji inwazyjnej. Istnieją przekonujące dane potwierdzające również stosowanie NIV w populacji noworodków w celu zwiększenia efektów wentylacyjnych nosowego CPAP. HFNC nie tylko zapewnia podstawowe ciśnienie podobne do CPAP, ale także zwiększa wentylację pęcherzykową do poziomu, który może być podobny do NIV.

D. Projektowanie i metody

1. Projekt badania

   a. W prospektywnym, randomizowanym badaniu trzech różnych szybkości przepływu HFNC ocenimy wynik dystrybucji regionalnej EIT, przezskórnego CO2 i częstości oddechów.

2. Wybór pacjentów i kryteria włączenia/wyłączenia

   a. Kryteria włączenia Wszyscy pacjenci otrzymujący HFNC z powodu niedotlenienia ii. Wiek: 1 dzień (> 38 tygodni GA noworodek lub starszy) do 17 lat. b. Kryteria wykluczenia Pacjenci z wrodzonymi wadami serca. II. Pacjent, który w ocenie zespołu medycznego może wymagać pilnej eskalacji terapii nieinwazyjnej lub rychłej intubacji.

   iii. Pacjenci z FIO2 > 0,6 przy najwyższym poziomie przepływu oferowanym w ramach badania.

   iv. Pacjenci z obniżoną odpornością i/lub stan po przeszczepie szpiku kostnego v. Pacjenci otrzymujący wsparcie wazoaktywne w celu utrzymania ciśnienia krwi lub tętna vi. Pacjenci ze znaną wadą dróg oddechowych, np. Pierre-Robin, tracheomalacja. VII. Pacjenci w wieku ciążowym poniżej 38 tygodni viii. Pacjenci o masie ciała poniżej 3 kilogramów ix. Jeśli opaski/elektrod EIT nie można prawidłowo umieścić na klatce piersiowej ze względu na ograniczenia rozmiaru/wagi x. Jeśli zespół medyczny uzna, że ​​pacjent nie nadaje się do udziału w badaniu ze względów medycznych, społecznych lub emocjonalnych

3. Opis badanych terapii lub ekspozycji/predyktorów Po wyrażeniu świadomej zgody pacjenci, którym zalecono terapię HFNC, będą co godzinę losowo przydzielani do grup z przepływami rosnącymi (od niskiego do wysokiego) lub deeskalującymi (od wysokiego do niskiego), a następnie przywróceni do ustawienia przepływu z poprzedniego zamówienia. W zależności od wieku zostaną one umieszczone na trzech różnych ustawieniach przepływu na 1 godzinę, jak pokazano w tabeli 1, z zewnętrzną średnicą kaniuli nosowej nie większą niż 50% wewnętrznej średnicy narisa. Tabelę 1 opracowano na podstawie trzech znanych objętości oddechowych 4, 6 i 8 ml/kg przy 33% czasie wdechu i najwyższej normalnej częstości oddechów. Pomiary SPO2, EIT, TCM CO2 i częstości oddechów będą rejestrowane co 15 minut. FIO2 zostanie skorygowane, aby utrzymać SPO2 na poziomie 90-95%.

   Przezskórny CO2 (TCM) (Sentec) zostanie umieszczony 30 minut przed randomizacją, aby umożliwić wyrównanie z powierzchnią skóry. Umieścimy TCM na lewej górnej części klatki piersiowej u pacjentów ważących mniej niż 15 kg i na płatku ucha u pacjentów ważących > 15 kg. Urządzenie jest zatwierdzone przez FDA i ogrzewa skórę, aby umożliwić dyfuzję CO2 przez membranę skóry i czujnik. To urządzenie pozwoli nam opracować zmodyfikowany wskaźnik wentylacji.

   Pomiary EIT - Pomiary EIT zostaną wykonane przed randomizacją i 1 godzinę po każdej z trzech zmian zakresu przepływu. Wiąże się to z umieszczeniem opaski z 16 elektrodami wokół klatki piersiowej pacjenta, tuż poniżej linii sutków.

   Pulsoksymetria i kooksymetria - SpO2, stosunek S/F (stosunek SpO2 do FIO2), SpHb (nieinwazyjny HGB) i SpOC (zawartość tlenu) będą monitorowane w sposób ciągły przez okres 3 godzin. Średni SpO2, stosunek S/F i SpOC zostaną obliczone na podstawie przesyłanych strumieniowo danych zebranych przez Masimo RAD-7 za pośrednictwem komputera przenośnego. Desaturacja zostanie zdefiniowana jako SpO2 < 85% i zgłoszona. Do wykonywania tych funkcji zostanie wykorzystany program Excel. Zatwierdzona przez FDA jednorazowa sonda SPO2 zostanie umieszczona na palcu, kciuku lub stopie pacjenta.

4. Definicja pierwszorzędowych i drugorzędowych wyników/punktów końcowych podstawowe Natlenienie 1. Wyższe SPO2 przy niższym FIO2 (stosunek S/F) 2. SpOC i częstotliwość desaturacji ii. Wentylacja 1. Niższa częstość oddechów 2. Niższa TCM CO2 b. drugorzędne I. Regionalna różnica dystrybucji mierzona za pomocą EIT 1. Powierzchnia i stosunek górny do dolny będą głównymi analizowanymi danymi 2. Porównane zostanie regionalne wypełnienie płuc.
5. Metody zbierania danych, oceny, interwencje i harmonogram (jakie oceny przeprowadzono, jak często) Dane będą zapisywane w sposób ciągły na komputerze każdego z urządzeń (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2). Dane zostaną pobrane z dysku USB lub karty PCMC i połączone w jeden arkusz kalkulacyjny programu Excel do analizy. Dane będą rejestrowane ręcznie co 15 minut przez całe 3 godziny.
6. Harmonogram badań a. Zobacz rysunek trzeci.

E. Kryteria zdarzeń niepożądanych i procedury zgłaszania Ze względu na fakt, że jest to badanie pilotażowe, PI dokona przeglądu każdego poważnego zdarzenia niepożądanego. Następujące powikłania będą monitorowane, ale tylko poważne powikłania będą zgłaszane do IRB. Drobne zdarzenia to: bradykardia (10% poniżej wartości początkowej), zwiększenie częstości oddechów > 20%, wzrost TCpCO2 o 10 mmHg, wzrost FIO2 > 0,3, hipowentylacja (wstrzymanie oddechu na dłużej niż 15 sekund) i desaturacja (

Główne zdarzenia, które zatrzymają badanie i zostaną natychmiast zgłoszone do IRB, to:

• Desaturacja < 80% (ciągle monitorowana za pomocą pulsoksymetrii) przez ponad 1 minutę.
• Bradykardia < 60 uderzeń na minutę Wszystkie większe i mniejsze zdarzenia będą monitorowane i zgłaszane kierownikowi badań klinicznych przez koordynatora badań klinicznych.

F. Metody zarządzania danymi Po wejściu, każdemu pacjentowi zostanie przydzielony unikalny numer, niepowiązany z jego dokumentacją medyczną, w celu śledzenia pacjenta. Numer ten zostanie wpisany do prywatnego, chronionego hasłem dysku badawczego BCH, dostępnego tylko dla personelu badawczego BCH.

Arkusz kalkulacyjny będzie przechowywany przy łóżku chorego podczas okresu zbierania danych (3 godziny) dla każdego punktu danych, który należy wprowadzić ręcznie.

G. Metoda kontroli jakości Jakość transferu danych zostanie zapewniona przez drugiego badacza, który potwierdzi dane ręczne i elektroniczne. Oprogramowanie SPSS będzie używane do analizowania danych i zapewniania integralności danych poprzez tworzenie alertów dotyczących niewypełnionych pól oraz nieoczekiwanych lub prawdopodobnie błędnie wprowadzonych wyników.

H. Plan analizy danych Uznamy, że >10% różnice w częstości oddechów między ustawieniami przepływu są znaczące. Uznamy różnicę > 20% w TCM CO2 i SPO2 za znaczącą.

Dane EIT: System obrazowania płuc to Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical, Lubeka, Niemcy). Szesnaście współpłaszczyznowych elektrod zostanie umieszczonych w równej odległości wokół klatki piersiowej na poziomie przymostkowej szóstej przestrzeni międzyżebrowej. Elektroda odniesienia zostanie umieszczona po prawej stronie brzucha, w pobliżu linii talii. Elektrody nr 1 i nr 16 są rozmieszczone symetrycznie odpowiednio po lewej i prawej stronie mostka, tak aby elektrody nr 8 i nr 9 obejmowały kręgosłup. Ta konfiguracja prowadzi do obrazów poprzecznych w konwencji radiologicznej, od ogona do czaszki, podobnie jak tomografia kota. Rekonstrukcja obrazu płuc zostanie przeprowadzona zgodnie z konsensusem Graz dotyczącym elektrycznej tomografii impedancyjnej (GREIT) (15) przy użyciu oprogramowania Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software (16). Mówiąc prościej, chodzi o obserwację wszelkich przesunięć środka wentylacji poprzez ocenę stosunku zmian impedancji brzusznej do grzbietowej ( ) podczas każdej części badania. Zmiany impedancji wskazują, jak otwarte lub zamknięte jest płuco. Podejście to zostało wcześniej szczegółowo opisane przez naszą grupę badawczą (17).

I. Moc statystyczna i względy dotyczące próby Analiza mocy ujawnia na podstawie powtarzanych pomiarów trzech różnych przepływów na pacjenta, że ​​potrzeba 35 pacjentów (7 na kategorię wiekową) dla wielkości efektu 0,2, alfa 0,05 i mocy 0,8. Różnice w średnich wartościach utlenowania (stosunek SPO2 i S/F), wentylacji (TCM CO2) i EIT (stosunek U/L) między każdą leczoną grupą będą porównywane co godzinę w ciągu trzygodzinnego okresu testowania po randomizacji przy użyciu ANOVA z postem Tukeya -test hoc.

J. Organizacja badania Badanie pilotażowe jednej instytucji.