Estudo de Coorte Observacional da Distribuição da Ventilação em Pediatria Requerendo Ventilação Mecânica por Tomografia de Impedância Elétrica (EIT)

A. Metas/Objetivos Específicos Meta Específica 1: Determinar a complacência regional e a distribuição da ventilação em uma coorte de crianças que necessitam de ventilação mecânica. Hipótese - A distribuição anormal da ventilação será descoberta em todos os pacientes.

Objetivo Específico 2: Determinar mudanças na distribuição regional da ventilação ao longo da terapia de ventilação mecânica. Hipótese - A distribuição da ventilação regional mudará significativamente à medida que a função pulmonar do paciente melhorar e progredir para a liberação da ventilação mecânica.

Objetivo Específico 3: Comparar os algoritmos de ventilação guiada por EIT desenvolvidos anteriormente pela equipe de pesquisa do BCH com as decisões da equipe médica em relação à ventilação mecânica. Hipótese - Os algoritmos de ventilação guiada por EIT identificarão mudanças para minimizar atelectasia e hiperdistensão mais cedo do que as decisões da equipe clínica.

B. Antecedentes e importância As decisões clínicas relativas ao ventilador mecânico dependem fortemente do julgamento clínico tipicamente baseado em avaliações intermitentes e subjetivas de parâmetros fisiológicos relevantes que refletem apenas a função pulmonar global e sem consideração pela distribuição regional da ventilação. Até recentemente, não havia uma maneira de determinar a distribuição regional da ventilação sem expor um paciente à radiação na forma de radiografia de tórax (CXR) ou tomografia computadorizada (TC). CT e CXR fornecem informações específicas regionalmente, mas apenas como um instantâneo no tempo. Determinar como diferentes regiões do pulmão respondem a intervenções terapêuticas ao longo do tempo é um desafio. No entanto, nossa equipe de pesquisa tem uma vasta experiência em pesquisa com uma tecnologia de imagem médica não invasiva e livre de radiação chamada tomografia de impedância elétrica (EIT). A EIT fornece informações regionais sobre mudanças na ventilação. Essa fonte adicional de informações pode ajudar a otimizar a ventilação mecânica, fornecendo aos médicos à beira do leito suporte contínuo à decisão, pois os dados da EIT podem ser utilizados para alertar quando o colapso regional ou a distensão excessiva forem detectados. No entanto, há poucos dados descrevendo mudanças na distribuição da ventilação ao longo do tempo ou conforme a condição do paciente muda.

Tomografia por impedância elétrica (EIT) Barber e Brown introduziram a tomografia por impedância elétrica na comunidade médica no início dos anos 80. A partir daí, foi explorado um amplo espectro de aplicações na medicina, desde esvaziamento gástrico, função cerebral, imagem da mama e função pulmonar. Acreditamos que o benefício mais valioso da TIE está no monitoramento da função pulmonar regional em pacientes gravemente enfermos. Os primeiros dispositivos EIT tornaram-se suscetíveis a baixa sensibilidade e interferência de sinal no ambiente clínico. Após anos e um interesse renovado de algumas empresas comerciais interessadas em tecnologia de ventilação, muitas dessas deficiências foram resolvidas. Como acontece com qualquer nova modalidade, a EIT e sua utilidade e aplicação clínica precisam ser metodicamente exploradas; portanto, propomos este protocolo IRB para nos levar um passo mais perto nesta jornada para desenvolver uma ferramenta clinicamente útil9.

A tomografia de impedância elétrica capitaliza as mudanças na impedância elétrica entre espaços cheios de ar versus tecidos ou cheios de líquido, a fim de caracterizar e quantificar a distribuição regional do volume pulmonar à beira do leito. Essa tecnologia foi validada em estudos com animais10 e humanos11,12. A tecnologia utiliza uma série de 16 eletrodos colocados no peito do paciente. Como pequenas correntes, que são indetectáveis ​​para o sujeito, passam entre os eletrodos, a impedância é medida entre as séries. Por meio de uma interrogação e manipulação complexas desses valores de impedância, uma imagem bidimensional é formada e demonstrou correlacionar-se com alterações clínicas e radiográficas em pacientes.11 A capacidade de estimar o volume pulmonar e a distribuição regional de gás de forma não invasiva e em tempo real pode nos dar uma visão sobre qual modo de ventilação ou configuração é mais eficaz para otimizar a ventilação com pressão positiva.

Optamos por fazer parceria com a Draeger Medical (Lubeck, Alemanha) por meio de um CTA para explorar o uso de seu produto disponível comercialmente na Europa (não aprovado pela FDA), por meio da Diretiva Européia 93/42/EEC (dispositivos médicos) e atende a EN ISO Requisitos 9001 e EN ISO 13485. O Boston Children's Hospital tem uma vasta experiência com seu protótipo de sistema que levou ao produto final denominado PulmoVista 500. O PulmoVista 500 usa 16 eletrodos para medir as voltagens utilizadas para a reconstrução da imagem. Simulações matemáticas baseadas neste arranjo de eletrodos demonstram uma resolução espacial de 15% do diâmetro torácico; no entanto, a resolução diminui para 20% em direção ao centro do corpo. Enquanto os tomógrafos normalmente fornecem imagens com 512 x 512 pixels ou mais, as imagens EIT do PulmoVista 500 consistem apenas em 32 x 32 pixels, que são 256 vezes menos pixels quando comparadas às imagens de TC9. No entanto, nossa equipe pretende usar a EIT à beira do leito e dentro do ambiente da UTI para orientar a terapia de ventilação no futuro, em vez de ser uma ferramenta de diagnóstico de alta resolução, como TC ou RM. Nossa intenção não é substituir a imagem de TC ou RM do pulmão, mas desenvolver uma ferramenta de cabeceira para orientar a ventilação no futuro que possa ser aplicada continuamente e com poucos riscos. A caracterização de uma coorte de crianças criticamente doentes ventiladas mecanicamente, conforme proposto neste protocolo, representa um passo importante para a utilidade clínica da TIE.

C. Estudos preliminares As estratégias atuais para fornecer ventilação protetora pulmonar dependem de evitar condições associadas a lesões pulmonares. Há um interesse crescente no desenvolvimento de planos de tratamento de ventilação mecânica individualizados. O uso de EIT demonstrou ser um método preciso de monitoramento de alterações de volume pulmonar regional em animais e humanos.10, 13, 14 Enquanto imagens radiológicas e EIT fornecem informações sobre a distribuição regional de ar nos pulmões, as características de imagem fornecidas por essas modalidades são bastante diferentes. As imagens radiológicas do pulmão fornecem informações sobre o conteúdo de ar e refletem, dependendo do momento em que as imagens foram obtidas, o estado inspiratório final, o estado expiratório final ou uma condição pulmonar intermediária. As imagens da EIT refletem a função pulmonar, não o próprio pulmão, o que significa que a EIT exibe regiões pulmonares ventiladas em vez de estruturas morfológicas ou anatômicas do pulmão.9 No entanto, as informações regionais contidas nas imagens de TIE e TC estão intimamente relacionadas entre si quando condições patológicas como derrame pleural ou atelectasia levam a regiões pulmonares não aeradas e não ventiladas. Enquanto as imagens de TC exibem regiões pulmonares com ar aprisionado (p. pneumotórax) em preto devido ao grande conteúdo de ar, o EIT também exibe essas regiões em preto porque não são ventiladas.15, 16 Por outro lado, uma imagem de TC pode indicar uma região de tecido pulmonar consolidado em uma cor branca devido ao alto conteúdo de fluido, enquanto essa região pode ser exibida na imagem da TIE em preto ou azul escuro, se essa região não for ou apenas parcialmente ventilada .17 Foi comprovado que EIT em modelos animais e relatos de casos humanos é um determinante preciso de pneumotórax.15, 18, 19 Mais recentemente, parâmetros derivados de EIT foram usados ​​para diferenciar pulmão atelectásico, superdistendido e adequadamente recrutado em diferentes regiões pulmonares por vários investigadores.10, 20-28 Apesar da capacidade do EIT de monitorar o comportamento pulmonar regional, o uso de índices derivados do EIT não demonstrou melhorar os resultados em animais ou humanos com lesão pulmonar aguda até o ano passado, quando os Drs. Wolf, Arnold e colegas desenvolveram uma estratégia de ventilação mecânica guiada por EIT que se mostrou promissora em um modelo animal.29 Por meio desse modelo translacional, eles conseguiram demonstrar que a ventilação guiada por EIT era superior a um protocolo nacional e padronizado de ventilação chamado Acute Respiratory Distress Syndrome Network ( ARDSNet) Protocolo do Ventilador.30-33 O objetivo deste estudo é fazer um levantamento da distribuição regional em pacientes pediátricos que necessitam de terapia de ventilação mecânica.

D. Projeto e métodos (1) Desenho do estudo Em um estudo observacional prospectivo, mediremos objetivamente a complacência regional e a distribuição da ventilação por EIT em pacientes que necessitam de ventilação mecânica.

(3) Descrição dos tratamentos ou exposições/preditores do estudo Após a aprovação e consentimento informado, os pacientes que atenderem aos critérios de inclusão e nenhum dos critérios de exclusão (1) farão a transição para exatamente a mesma configuração no ventilador Draeger V500 aprovado pela FDA. (2) Uma avaliação clínica pelo fisioterapeuta responsável e pela enfermeira será realizada para garantir que as configurações de transição sejam apropriadas e de acordo com o padrão da prática. (3) O dispositivo PulmoVista 500 EIT será configurado e a segurança verificada de acordo com o treinamento fornecido e o manual de operação. (4) O sistema de eletrodos fornecido será colocado ao redor do tórax do paciente conforme a figura 2. (5) O sistema EIT será conectado ao conjunto de eletrodos e ao ventilador V500. (6) Assim que a qualidade do sinal for determinada como apropriada, uma gravação será realizada e salva com segurança. (7) O cinto e o dispositivo EIT serão removidos e devolvidos ao armazenamento e o ventilador V500 permanecerá no paciente durante o curso do ventilador. O compromisso de tempo inicial de configuração e monitoramento é de aproximadamente 1 hora. (8) Os registros repetidos serão realizados todas as manhãs durante os primeiros 5 dias, depois em dias alternados se > 5 dias de ventilação mecânica forem necessários e dentro de 2 horas após intervenções importantes, como posição prona, aumento ou diminuição de PEEP ou MAP de 2 cmH2O ou mais, manobras de recrutamento, intubação (se estiver em ventilação não invasiva) e antes e depois da extubação. Os eventos de monitoramento de acompanhamento serão de aproximadamente 30 minutos. Nenhuma sessão de configuração ou monitoramento será feita sem a aprovação da enfermeira de cabeceira e do terapeuta respiratório.

Modificação das exposições de tratamento

A transição do paciente para o Ventilador Draeger V500 não ocorrerá nas seguintes situações:

1. Os pacientes considerados muito instáveis ​​pela pesquisa em colaboração com a equipe médica para fazer a transição para o V500, mas estáveis ​​o suficiente para aplicar o cinto EIT, serão estudados sem o ventilador Draeger V500. Em vez disso, será realizado o registro manual das configurações e medições do ventilador.
2. Pacientes inscritos que estão recebendo ventilação não invasiva. (5) Métodos de coleta de dados, avaliações, intervenções e cronograma (quais avaliações realizadas, com que frequência) Os dados serão coletados de várias fontes. A avaliação inicial será realizada dentro de 48 horas após o início da ventilação mecânica. Serão registrados sinais vitais, última gasometria, relatório de CXR, configurações do ventilador, mecânica pulmonar e imagens de EIT. Os sinais vitais serão coletados de T3. A gasometria será capturada do Powerchart. A mecânica pulmonar e as imagens da TIE serão obtidas do sistema PulmoVista 500. O PulmoVista obterá as configurações do ventilador e a mecânica pulmonar por meio de uma conexão com o ventilador Draeger V500. Um fluxograma manual (papel) das descobertas será registrado e comparado com os arquivos eletrônicos. Uma vez verificado, o fluxograma manual será devidamente descartado.

As tendências do sistema Pulmovista 500 não são apenas a distribuição regional da ventilação, mas informações clinicamente úteis e atualmente registradas, como complacência dinâmica, resistência e configurações do ventilador. Embora a equipe de pesquisa não oriente a ventilação neste momento a partir de imagens/dados de EIT, os dados de tendência resumidos diariamente podem ser úteis. Os pais não serão excluídos de ver as imagens se assim o desejarem. No entanto, nenhum dado será compartilhado, a menos que solicitado pela equipe. As imagens ou dados da TIE não serão usados ​​para cuidados ou intervenções clínicas de rotina, a menos que haja uma preocupação de segurança em que a equipe seja imediatamente notificada e solicitada a avaliar clinicamente. Consulte a seção Risco/Benefício do protocolo CHeRP online.

(6) Cronograma do estudo (conforme aplicável)

1. A configuração inicial e o registro serão realizados o mais rápido possível após o início da ventilação mecânica. Prevê-se que a configuração total e a gravação levem 1 hora.
2. Registros subseqüentes de rotina serão realizados todas as manhãs durante os primeiros 5 dias de ventilação mecânica; depois, dia sim, dia não, até a liberação.
3. Os registros de intervenção serão conduzidos dentro de 2 horas após alterações de 2 cmH2O ou mais em PEEP ou MAP, posição prona, intubação, extubação ou modos de ventilação (incluindo ECMO ou HFV).

E. Critérios de eventos adversos e procedimentos de notificação As complicações a seguir serão monitoradas durante o processo de geração de imagens, incluindo os cronogramas de estudo 1-3 acima, e as complicações graves serão imediatamente relatadas ao IRB. Eventos menores incluem: irritação da pele que continua por mais de 1 hora após a remoção do cinto, aumento da frequência respiratória em > 20%, hipoventilação temporal determinada por um aumento de ETCO2 em 10 mmHg, aumento temporal em FIO2 de > 0,3 e hipóxia determinada por uma dessaturação (<88%) por mais de 1 minuto. Eventos menores que ocorrerem mais de 3 vezes serão reportados ao IRB com um plano de ação de como evitar.

Os principais eventos que interromperão o estudo e serão imediatamente relatados ao IRB são:

• Dessaturação < 80% (monitorada continuamente por oximetria de pulso) por mais de 1 minuto.
• Bradicardia < 60 BPM
• A diminuição da complacência pulmonar está associada ao cinto. Todos os eventos adversos serão revisados ​​por toda a equipe de pesquisa semanalmente e um relatório de caso detalhado será desenvolvido. Se eventos maiores ou menores ocorrerem mais de 3 vezes, o estudo não continuará até que a equipe de pesquisa e o IRB sintam que é seguro continuar.

F. Métodos de gerenciamento de dados Após a entrada, cada paciente receberá um número exclusivo e desvinculado de seu prontuário médico para fins de rastreamento do paciente. Esse número será inserido em um banco de dados de pesquisa protegido por senha (RedCap) do BCH, acessível apenas pelo pessoal do estudo do BCH.

Uma planilha será mantida à beira do leito durante os períodos de coleta de dados para cada ponto de dados a serem inseridos manualmente. Esta planilha será destruída após a verificação dos dados elétricos e manuais.

G. Método de controle de qualidade A qualidade da transferência de dados será assegurada por um segundo investigador, que confirmará os dados manuais e eletrônicos. Os softwares RedCap e SPSS serão usados ​​para ajudar a analisar os dados e garantir a integridade dos dados, estabelecendo alertas para campos não preenchidos, bem como resultados inesperados ou possivelmente inseridos incorretamente.

H. Plano de análise de dados Dados EIT: O sistema de imagem pulmonar é o Dräger PulmoVista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Alemanha). Dezesseis eletrodos coplanares serão colocados equidistantes ao redor do tórax ao nível do sexto espaço intercostal paraesternal. O eletrodo de referência será colocado no lado direito do abdômen próximo à cintura. Os eletrodos nº 1 e nº 16 são colocados simetricamente à esquerda e à direita do esterno, respectivamente, de modo que os eletrodos nº 8 e nº 9 fiquem na coluna vertebral. Essa configuração leva a imagens transversais na convenção radiológica, caudal a cranial, semelhantes a uma tomografia computadorizada. A reconstrução da imagem pulmonar será feita de acordo com o consenso de Graz para tomografia por impedância elétrica (GREIT)34 usando o software Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction.35 Os dados de cada sujeito serão filtrados e as imagens serão reconstruídas usando a plataforma de software de código aberto mencionada anteriormente. Cada imagem pulmonar reconstruída será então segmentada em regiões de interesse e as mudanças na impedância para cada região serão transcritas. O procedimento será repetido para cada uma das gravações EIT individuais dos indivíduos. Além disso, empregaremos, apenas de maneira observacional, um algoritmo que foi desenvolvido pelo atual grupo de pesquisa para identificar quando é provável que alterações na mecânica pulmonar reflitam hiperdistensão ou colapso do pulmão.20 Esses pontos discretos e as configurações do ventilador mecânico sobre os quais foram coletados serão transcritos e comparados com o padrão de atendimento por prática da unidade. Mudanças de impedância indicam quão aberto ou fechado o pulmão está. Esta abordagem foi previamente descrita em detalhes por nosso grupo de pesquisa.20 I. Poder Estatístico e Considerações de Amostra Categorias de idade

1- < 6 meses 6 meses - < 1 ano 1-7 anos 8-14 anos > 14 anos Este é um estudo observacional piloto de crianças ventiladas mecanicamente em nossas UTIs pediátricas. Propusemos uma meta de 50 pacientes em dois anos. Prevemos uma taxa de abandono de 10%. Nosso objetivo seria obter de 5 a 7 pacientes para cada faixa etária abaixo. Como nossa experiência e os dados preliminares neste campo são de lesão pulmonar grave e o fato de desejarmos explorar pacientes heterogêneos em ventilação mecânica, não fomos capazes de determinar com precisão o tamanho da amostra e, portanto, determinamos que este seja um estudo piloto . Será dada preferência a pacientes com doença pulmonar de baixo volume, como, entre outros, ARDS, CDH, insuficiência respiratória hipóxica, pacientes transferidos para possível ECMO e asmáticos.

J. Organização do estudo Estudo piloto de uma única instituição.