Efeitos da cânula nasal de alto fluxo na redução do espaço morto e na distribuição regional da ventilação (HFNC)

Antecedentes e importância Historicamente, as cânulas nasais de oxigênio têm sido usadas em pacientes hipoxêmicos como uma terapia para aumentar a oxigenação arterial. Na comunidade neonatal, fluxos de oxigênio > 2 L/min e > 4 L/min no paciente pediátrico raramente têm sido usados ​​devido ao potencial de ressecamento excessivo da mucosa nasal e risco de desenvolvimento de hipotermia. Especula-se que pacientes pediátricos e adultos maiores sejam capazes de tolerar melhor taxas de fluxo superiores a 4 L/min porque a grande área de superfície da mucosa nasal pode suportar a hidratação de gases secos de grau médico. A terapia com cânula nasal de alto fluxo (CNAF) é uma forma de suporte respiratório que fornece fluxos que se acredita serem superiores às taxas de fluxo inspiratório e expiratório espontâneo do paciente. Na última década, uma proliferação de dispositivos de cânulas nasais de alto fluxo (HFNC) aquecidas e umidificadas foi introduzida no ambiente clínico. Esses dispositivos destinam-se a fornecer aquecimento e umidificação ideais de gases medicinais e independentemente da configuração de fluxo. No caso dos recém-nascidos, que tem sido a população predominante de pacientes recebendo CNAF, claramente não há consenso sobre quais fluxos constituem "altos" nessa população. Se "alto" significar uma taxa de fluxo que excede a taxa de fluxo inspiratório espontâneo, não há medição clínica razoável para determinar essa relação. Assim, a verdadeira definição de CNAF continua sendo um termo indefinido e nosso protocolo espera lançar alguma luz sobre esse assunto.

Nosso estudo prospectivo randomizado dos efeitos de 3 taxas de fluxo de cânulas nasais de oxigênio diferentes (baixa, média e alta) na frequência respiratória, SPO2, CO2 transcutâneo e distribuição regional de ventilação medida por EIT ajudará os médicos a definir uma variedade de taxas de fluxo de CNAF em que a eliminação do espaço morto ocorre sem pressão de distensão positiva (faixa baixa) e em que a eliminação do espaço morto ocorre com pressão positiva que cria uma distribuição regional de alterações na ventilação.

C. Estudos preliminares Uma fonte neonatal define CNAF como fluxos > 1 L/min e outra define fluxos > 3 L/min como CNAF.1 A classificação é ainda mais complicada em pacientes pediátricos e adultos maiores onde os fluxos durante CNAF foram relatados como excessivos daqueles tradicionalmente usados ​​com uma cânula nasal padrão ~ 6 L/min) e até 30-40 L/min.2 Com a capacidade tecnológica de fornecer melhor calor e umidade, os médicos descobriram que o CNAF pode suportar uma fração maior de pacientes que, de outra forma, exigiriam pressão positiva contínua nas vias aéreas (CPAP), ventilação não invasiva (VNI) ou ventilação mecânica invasiva. Existem vários mecanismos propostos pelos quais o CNAF pode fornecer maior assistência respiratória do que os dispositivos de fornecimento de oxigênio padrão.

Os fluxos que excedem a taxa de fluxo expiratório podem fornecer "contrapressão" na abertura da via aérea nasal durante a expiração, semelhante ao CPAP nasal. Além disso, os gases podem fornecer uma purga fisiológica de dióxido de carbono do espaço morto anatômico por meio de vazamento anatômico (via aérea nasal/oral). É provável que esses efeitos variem com base no fluxo, na ventilação por minuto, no tamanho do paciente, no vazamento e na relação entre a abertura da via aérea nasal e o tamanho da pronga. Atualmente, existem três sistemas HFNC aprovados pela FDA. A aceitação clínica está relacionada ao fato de que o CNAF é mais barato, mais simples de operar e requer uma interface de via aérea menos complicada do que um dispositivo CPAP ou VNI padrão. Outro benefício proposto é que as prongas CNAF são geralmente menos oclusivas e podem causar menos lesões nas vias aéreas nasais do que as prongas CPAP ou uma máscara BiPAP. A ampla aceitação e uso dessa abordagem foi implementada com muito poucos dados experimentais para apoiar as configurações de fluxo do CNAF como uma opção segura e eficaz em todos os pacientes com insuficiência respiratória hipóxica.

Tomografia por impedância elétrica (EIT) A tomografia por impedância elétrica capitaliza as mudanças na impedância em espaços preenchidos por ar versus espaços preenchidos por tecido para caracterizar e quantificar a distribuição regional do volume pulmonar à beira do leito. Essa tecnologia foi validada em animais3 e humanos4, 5 estudos realizados na última década no Boston Children's Hospital. A tecnologia utiliza uma série de 16 eletrodos colocados no peito do paciente (Figura 1). Como pequenas correntes são passadas entre os eletrodos, a impedância é medida entre as séries. Por meio de uma complexa interrogação e manipulação desses valores de impedância, uma imagem bidimensional é formada (Figura 2) e tem se mostrado correlacionada com alterações clínicas e radiográficas em pacientes4. 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 ideia de qual modo de ventilação é mais eficaz.

Efeitos fisiológicos e segurança do CNAF Existem vários mecanismos fisiológicos propostos pelos quais se acredita que o CNAF seja eficaz. Estes incluem: 1) liberar o espaço morto das vias aéreas superiores de CO2, permitindo uma melhor troca gasosa alveolar; 2) fornecer um fluxo adequado para suportar a inspiração, reduzindo assim o trabalho inspiratório da respiração; 3) melhorar a mecânica pulmonar e das vias aéreas, eliminando os efeitos da secagem/resfriamento; 4) redução ou eliminação do custo metabólico do condicionamento do gás; e 5) fornecer pressão de distensão expiratória positiva. Embora essas variáveis ​​tenham sido medidas em animais ou humanos, estudos de curto prazo envolveram apenas um pequeno número de indivíduos e não foram projetados especificamente para abordar a segurança do CNAF.

Hasan et al observaram os efeitos da pressão gerada em um modelo de pulmão neonatal estático usando dois dispositivos HFNC disponíveis comercialmente com fluxos entre 0-12 L/min e em diferentes configurações de vazamento.6 Eles demonstraram em um modelo de narinas onde o vazamento foi minimizado (boca fechada) que um aumento sistemático nas pressões traqueais simuladas era proporcional ao aumento dos fluxos. As pressões das vias aéreas medidas foram semelhantes àquelas relatadas com CPAP nasal (~5-6 cmH2O em fluxos de ~6-8 L/min).

Frizzola e colegas mediram as pressões traqueais e as trocas gasosas em 13 leitões recém-nascidos com lesão pulmonar, mantidos por N-CPAP e CNAF em condições de alto e baixo vazamento.7 A principal descoberta deste estudo foi que as pressões traqueais do CNAF foram comparáveis ​​às pressões do CPAP na mesma faixa de fluxo, e a eliminação do espaço morto nasofaríngeo está associada à melhora da ventilação e oxigenação independente da pressão traqueal isoladamente durante o CNAF.

Vários estudos de curto prazo avaliaram a magnitude da pressão de distensão no pulmão em um pequeno grupo de lactentes. Sreenan et al descobriram que pressões pleurais expiratórias finais semelhantes poderiam ser mantidas entre uma cânula nasal de fornecimento de oxigênio padrão (1-2,5 L/min) e N-CPAP em um grupo de 40 prematuros sem diferenças em dessaturações, bradicardia e apneia. 8 No entanto, é provável que essa pressão seja altamente variável devido ao vazamento e à relação via aérea/tamanho da cânula. Lampland observou pressões pleurais expiratórias finais semelhantes entre CNAF (2-6 L/min) e N-CPAP 6 cm H2O em recém-nascidos prematuros.9 Uma meta-análise recente da Cochrane avaliou estudos prospectivos, randomizados e controlados que se limitaram à população de bebês prematuros.1 O objetivo principal dessa meta-análise foi determinar a segurança e a eficácia da CNAF. Quando usado como suporte respiratório primário após o nascimento, um estudo encontrou taxas semelhantes de falha do tratamento em lactentes tratados com CNAF (5-6 L/min) e CPAP nasal.10 Após a extubação, um estudo constatou que bebês tratados com CNAF (1,8 L/min) tiveram uma necessidade significativamente maior de reintubação do que aqueles tratados com CPAP nasal.11 Outro ensaio encontrou taxas semelhantes de reintubação para CNAF umidificado e não umidificado (~ 2-3 L/min)12 e o quarto ensaio não encontrou diferença entre dois modelos diferentes de equipamentos usados ​​para fornecer CNAF umidificado (6 L/min).13 Havia poucos pacientes inscritos nesses estudos e em dois estudos (Woodhead, Miller) abordagens metodológicas pobres foram usadas. Em um estudo, a inscrição foi interrompida devido a infecções relacionadas ao dispositivo HFNC em uso.10 Com base nesses achados, não há evidências suficientes para estabelecer a segurança ou eficácia da CNAF dentro da faixa de fluxos comumente usados ​​e como forma de suporte respiratório em prematuros. Além disso, esses dados demonstram que, quando usado após a extubação, o CNAF pode estar associado a uma taxa mais alta de reintubação do que o CPAP nasal.14 Não houve estudos avaliando a segurança e a eficácia em lactentes maiores e outros pacientes pediátricos. Apesar da falta de evidências de suporte, a CNAF ainda está sendo implementada em muitas unidades de terapia intensiva pediátrica (UTIP) usando fluxos ≥ 20 L/min e poucos estudos em adultos foram conduzidos usando esses fluxos altos durante a CNAF. Assim, é difícil extrapolar esses achados para promover o uso de fluxos semelhantes em crianças. É evidente que o CNAF pode fornecer alguns dos mesmos benefícios clínicos do CPAP ou mesmo da VNI com uma via aérea nasal ou interface naso-oral menos complicada. Embora o CPAP nasal sirva como uma forma intermediária de suporte entre a oxigenoterapia e a ventilação invasiva em neonatos, é mais comum que pediatras maiores e adultos recebam suporte com VNI de dois níveis como alternativa à ventilação invasiva. Existem dados convincentes para também apoiar o uso de VNI na população neonatal para aumentar os efeitos da ventilação do CPAP nasal. O CNAF não apenas fornece uma pressão basal semelhante ao CPAP, mas também aumenta a ventilação alveolar a um nível que pode ser semelhante ao da VNI.

D. Projeto e Métodos

1. Design de estudo

   uma. Em um estudo prospectivo e randomizado de três taxas de fluxo diferentes de CNAF, avaliaremos o resultado da distribuição regional da TIE, CO2 transcutâneo e frequência respiratória.

2. Critérios de Seleção e Inclusão/Exclusão de Pacientes

   uma. Critérios de inclusão i. Todos os pacientes que estão recebendo CNAF para hipóxia ii. Idade: 1 dia (> 38 semanas IG neonato ou mais) a 17 anos. b. Critérios de Exclusão i. Pacientes com defeitos cardíacos congênitos. ii. Paciente que a equipe médica considera que pode exigir escalonamento urgente de terapia não invasiva ou intubação iminente.

   iii. Pacientes com FIO2 > 0,6 no nível mais alto de fluxo oferecido no estudo.

   4. Pacientes imunocomprometidos e/ou com status pós-transplante de medula óssea v. Pacientes que recebem suporte vasoativo para manter a pressão arterial ou a frequência cardíaca vi. Pacientes com uma anomalia conhecida das vias aéreas, por ex. Pierre-Robin, traqueomalácia. vii. Pacientes com menos de 38 semanas de idade gestacional viii. Pacientes com menos de 3 quilos ix. Se a banda/eletrodos de TIE não puderem ser posicionados corretamente no tórax devido a limitações de tamanho/peso x. Se a equipe médica achar que o paciente não é adequado para se inscrever no estudo com base em preocupações médicas, sociais ou emocionais

3. Descrição dos Tratamentos ou Exposições/Preditores do Estudo Após o consentimento informado, os pacientes que receberam a terapia CNAF serão randomizados para fluxos crescentes (baixo a alto) ou decrescentes (alto a baixo) a cada hora e, em seguida, retornados à configuração de fluxo de ordem anterior. De acordo com a idade, eles serão colocados em três configurações de fluxo diferentes por 1 hora, conforme mostrado na tabela 1, com uma cânula nasal com diâmetro externo não superior a 50% do diâmetro interno das narinas. A Tabela 1 foi desenvolvida com base em três volumes correntes conhecidos de 4, 6 e 8 mL/Kg com um tempo inspiratório de 33% e frequência respiratória normal mais alta. Medições de SPO2, EIT, TCM CO2 e frequência respiratória serão registradas a cada 15 minutos. FIO2 será ajustado para manter SPO2 90-95%.

   O CO2 transcutâneo (TCM) (Sentec) será colocado 30 minutos antes da randomização para permitir o equilíbrio com a superfície da pele. Colocaremos o TCM na parte superior esquerda do tórax em pacientes com menos de 15 kg e no lóbulo da orelha para aqueles com mais de 15 kg. O dispositivo é aprovado pela FDA e aquece a pele para permitir a difusão de CO2 através da membrana da pele e do sensor. Este dispositivo nos permitirá desenvolver um índice de ventilação modificado.

   Medições de EIT - as medições de EIT serão feitas antes da randomização e 1 hora após cada uma das três alterações na faixa de fluxo. Isso envolve a colocação de uma faixa de 16 eletrodos ao redor do tórax do paciente, logo abaixo da linha do mamilo.

   Oximetria e cooximetria de pulso - SpO2, relação S/F (relação SpO2 para FIO2), SpHb (HGB não invasiva) e SpOC (conteúdo de oxigênio) serão monitorados continuamente durante o período de 3 horas. A SpO2 média, relação S/F e SpOC serão calculadas a partir dos dados transmitidos coletados pelo Masimo RAD-7 por meio de um computador portátil. As dessaturações serão definidas como SpO2 < 85% e relatadas. O Excel será utilizado para executar essas funções. Uma sonda SPO2 descartável aprovada pela FDA será aplicada no dedo, polegar ou dedo do pé do paciente.

4. Definição de desfechos/pontos finais primários e secundários a. Primária i. Oxigenação 1. SPO2 mais alto em FIO2 mais baixo (relação S/F) 2. SpOC e frequência de dessaturações ii. Ventilação 1. Menor frequência respiratória 2. Menor TCM CO2 b. Secundário I. Diferença de distribuição regional medida por EIT 1. Área e razão superior para inferior serão os dados primários analisados ​​2. O enchimento regional do pulmão será comparado.
5. Métodos de coleta de dados, avaliações, intervenções e cronograma (quais avaliações realizadas, com que frequência) Os dados serão registrados continuamente no computador de cada um dos dispositivos (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2). Os dados serão baixados com uma unidade USB ou cartão PCMC e mesclados em uma planilha do Excel para análise. Os dados serão registrados manualmente a cada 15 minutos durante as 3 horas inteiras.
6. Linha do tempo do estudo a. Veja a figura três.

E. Critérios de eventos adversos e procedimentos de notificação Devido ao fato de que este é um estudo piloto, o PI revisará cada evento adverso importante. As seguintes complicações serão monitoradas, mas apenas as complicações maiores serão relatadas ao IRB. Eventos menores incluem: bradicardia (10% abaixo da linha de base), aumento da frequência respiratória > 20%, aumento do TCpCO2 em 10 mmHg, aumento da FIO2 > 0,3, hipoventilação (retenção da respiração por mais de 15 segundos) e dessaturação (

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 Todos os eventos maiores e menores serão monitorados e relatados ao PI pelo coordenador da pesquisa clínica.

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 uma unidade de pesquisa protegida por senha e de propriedade privada do BCH, acessível apenas pelo pessoal do estudo do BCH.

Uma planilha será mantida à beira do leito durante o período de coleta de dados (3 horas) para cada ponto de dados a ser digitado manualmente.

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. O software SPSS será usado para ajudar a analisar os dados e garantir a integridade dos dados, estabelecendo alertas para campos não preenchidos, bem como resultados inesperados ou possivelmente digitados incorretamente.

H. Plano de análise de dados Consideraremos que diferenças >10% na frequência respiratória entre configurações de fluxo são consideradas significativas. Consideraremos uma diferença > 20% em TCM CO2 e SPO2 como significativa.

Dados EIT: O sistema de imagem pulmonar é o Dräger EIT 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) (15) usando o software Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction (16). Em termos simples, a ideia é observar quaisquer mudanças no centro da ventilação, avaliando a proporção das mudanças de impedância ventral para dorsal ( ) durante cada parte do estudo. Mudanças de impedância indicam quão aberto ou fechado o pulmão está. Esta abordagem foi previamente descrita em detalhes por nosso grupo de pesquisa (17).

I. Poder estatístico e considerações sobre amostra A análise de poder revela com base em medidas repetidas de três fluxos diferentes por paciente que 35 pacientes (7 por categoria de idade) são necessários para um tamanho de efeito de 0,2, alfa de 0,05 e poder de 0,8. As diferenças nos valores médios de oxigenação (SPO2 e relação S/F), ventilação (TCM CO2) e EIT (relação U/L) entre cada grupo de tratamento serão comparadas a cada hora durante o período de teste de três horas após a randomização usando ANOVA com Tukey pós - teste hoc.

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