Влияние назальной канюли с высоким потоком на уменьшение мертвого пространства и региональное распределение вентиляции (HFNC)

Предыстория и значение Исторически носовые кислородные канюли использовались у пациентов с гипоксемией в качестве терапии для повышения артериальной оксигенации. В неонатальном сообществе потоки кислорода > 2 л/мин и > 4 л/мин у детей редко используются из-за возможности чрезмерного высыхания слизистой оболочки носа и риска развития гипотермии. Было высказано предположение, что более крупные дети и взрослые пациенты могут лучше переносить скорость потока свыше 4 л/мин, потому что большая площадь поверхности слизистой оболочки носа может поддерживать гидратацию сухих медицинских газов. Назальная канюля с высоким потоком (HFNC) представляет собой форму респираторной поддержки, которая обеспечивает потоки, которые, как считается, превышают скорость спонтанного вдоха и выдоха пациента. В последнее десятилетие в клинической практике появилось множество носовых канюль с подогревом и увлажнением (HFNC). Эти устройства предназначены для обеспечения оптимального нагрева и увлажнения медицинских газов независимо от настройки расхода. В случае новорожденных, которые были преобладающей популяцией пациентов, получающих HFNC, явно нет единого мнения о том, какие потоки составляют «высокий» в этой популяции. Если под «высоким» понимается скорость потока, превышающая скорость спонтанного вдоха, то нет разумных клинических измерений для подтверждения этой зависимости. Таким образом, истинное определение HFNC остается неуловимым термином, и наш протокол надеется пролить свет на этот вопрос.

Наше проспективное рандомизированное исследование влияния 3 различных скоростей потока кислородной назальной канюли (низкой, средней и высокой) на частоту дыхания, SPO2, чрескожный CO2 и региональное распределение вентиляции, измеренное с помощью EIT, поможет клиницистам определить диапазон скоростей потока HFNC. в котором вымывание мертвого пространства происходит без положительного давления растяжения (низкий диапазон) и в котором вымывание мертвого пространства происходит с положительным давлением, что создает региональное распределение вентиляционных изменений.

C. Предварительные исследования Один неонатальный источник определяет HFNC как потоки > 1 л/мин, а другой определяет потоки >3 л/мин как HFNC. из традиционно используемых со стандартной назальной канюлей ~ 6 л/мин) и достигает 30-40 л/мин2. Клиницисты обнаружили, что благодаря технологической способности обеспечивать лучшее тепло и влажность HFNC может поддерживать большую часть пациентов, которым в противном случае потребовалось бы постоянное положительное давление в дыхательных путях (CPAP), неинвазивная вентиляция (NIV) или инвазивная механическая вентиляция. Существует несколько предложенных механизмов, с помощью которых HFNC может обеспечить большую помощь дыханию, чем стандартные устройства доставки кислорода.

Потоки, которые превышают скорость выдоха, могут создавать «противодавление» в носовом отверстии дыхательных путей во время выдоха, аналогичное назальному CPAP. Кроме того, газы могут обеспечить физиологическую очистку от углекислого газа из анатомического мертвого пространства через анатомическую утечку (носовые/ротовые дыхательные пути). Эти эффекты, вероятно, будут варьироваться в зависимости от потока, минутной вентиляции, размера пациента, утечки и соотношения между открытием носовых дыхательных путей и размером зубца. В настоящее время существует три одобренных FDA системы HFNC. Клиническое признание связано с тем, что HFNC дешевле, проще в эксплуатации и требует менее сложного интерфейса с дыхательными путями, чем стандартное устройство CPAP или NIV. Еще одно предлагаемое преимущество заключается в том, что зубцы HFNC, как правило, менее окклюзионны и могут вызывать меньше травм носовых дыхательных путей, чем зубцы CPAP или маска BiPAP. Широкое признание и использование этого подхода было реализовано с очень небольшим количеством экспериментальных данных, чтобы поддержать настройки потока HFNC как безопасный и эффективный вариант для всех пациентов с гипоксической дыхательной недостаточностью.

Электроимпедансная томография (EIT) Электроимпедансная томография использует изменения импеданса в пространствах, заполненных воздухом, по сравнению с пространствами, заполненными тканью, для характеристики и количественного определения регионального распределения объема легких у постели больного. Эта технология была проверена на животных3 и людях4, 5 исследованиях, проведенных за последнее десятилетие в Бостонской детской больнице. В технологии используется серия из 16 электродов, размещенных на груди пациента (рис. 1). Когда между электродами проходят небольшие токи, импеданс измеряется между сериями и между ними. Путем сложного опроса и манипулирования этими значениями импеданса формируется двухмерное изображение (рис. 2), которое, как было показано, коррелирует с клиническими и рентгенологическими изменениями у пациентов4. Возможность оценить объем легких и региональное распределение газа неинвазивно и в режиме реального времени может дать нам представление о том, какой режим вентиляции более эффективен.

Физиологические эффекты и безопасность HFNC Есть несколько предложенных физиологических механизмов, благодаря которым считается, что HFNC эффективен. К ним относятся: 1) промывание мертвого пространства верхних дыхательных путей от CO2, что позволяет улучшить альвеолярный газообмен; 2) обеспечение потока, достаточного для поддержки вдоха, что снижает инспираторную работу дыхания; 3) улучшение механики легких и дыхательных путей за счет устранения эффектов сушки/охлаждения; 4) снижение или устранение метаболических затрат на кондиционирование газа; и 5) обеспечение положительного давления растяжения на выдохе. Хотя эти переменные были измерены либо у животных, либо у людей, краткосрочные исследования включали только небольшое количество субъектов и не были специально разработаны для изучения безопасности HFNC.

Hasan et al наблюдали влияние давления, создаваемого в статической модели легкого новорожденного, с использованием двух имеющихся в продаже устройств HFNC с потоком от 0 до 12 л/мин и при различных настройках утечки.6 Они продемонстрировали на модели ноздрей, где утечка была минимизирована (рот был закрыт), что систематическое увеличение смоделированного давления в трахее было пропорционально увеличению потоков. Измеренное давление в дыхательных путях было сходно с таковым при назальном CPAP (~5-6 см H2O при потоке ~6-8 л/мин).

Frizzola и коллеги измерили трахеальное давление и газообмен у 13 новорожденных поросят с травмой легких, получавших N-CPAP и HFNC в условиях высокой и низкой утечки.7 Основным выводом этого исследования было то, что трахеальное давление при HFNC было сравнимо с давлением CPAP при том же диапазоне потока, а вымывание носоглоточного мертвого пространства связано с улучшением вентиляции и оксигенации независимо от давления в трахее только во время HFNC.

В ряде краткосрочных исследований оценивалась величина давления растяжения в легких у небольшой группы младенцев. Sreenan et al. обнаружили, что одинаковое плевральное давление в конце выдоха может поддерживаться при использовании стандартной назальной канюли для доставки кислорода (1–2,5 л/мин) и N-CPAP в группе из 40 недоношенных детей без различий в десатурации, брадикардии и апноэ. 8 Тем не менее, это давление, вероятно, сильно варьируется из-за утечки и соотношения размера дыхательных путей и канюли. Лампланд наблюдал сходные значения плеврального давления в конце выдоха при HFNC (2-6 л/мин) и N-CPAP 6 см вод. ст. у недоношенных новорожденных.9 В недавнем метаанализе Кокрейна оценивались проспективные рандомизированные контролируемые исследования, которые были ограничены популяцией недоношенных детей.1 Основной целью этого метаанализа было определение безопасности и эффективности HFNC. При использовании в качестве первичной респираторной поддержки после рождения в одном исследовании были обнаружены аналогичные показатели неэффективности лечения у младенцев, получавших HFNC (5-6 л/мин) и назальный CPAP.10 Одно исследование показало, что после экстубации у младенцев, получавших HFNC (1,8 л/мин), потребность в повторной интубации была значительно выше, чем у детей, получавших назальный CPAP.11 В другом испытании была обнаружена одинаковая частота повторной интубации для увлажненного и неувлажненного HFNC (~ 2-3 л/мин)12, а в четвертом испытании не было обнаружено различий между двумя разными моделями оборудования, используемого для введения увлажненного HFNC (6 л/мин)13. В этих исследованиях участвовало небольшое количество пациентов, а в двух исследованиях (Woodhead, Miller) использовались плохие методологические подходы. В одном исследовании регистрация была остановлена ​​из-за инфекций, связанных с использованием устройства HFNC.10 Основываясь на этих выводах, недостаточно доказательств, чтобы установить безопасность или эффективность HFNC в диапазоне обычно используемых потоков и в качестве формы респираторной поддержки у недоношенных детей. Кроме того, эти данные показывают, что при использовании после экстубации HFNC может быть связан с более высокой частотой повторных интубаций, чем назальный CPAP.14 Не проводилось исследований по оценке безопасности и эффективности у более крупных младенцев и других педиатрических пациентов. Несмотря на отсутствие подтверждающих данных, HFNC все еще применяется во многих детских отделениях интенсивной терапии (PICU) с использованием потоков ≥ 20 л/мин, и было проведено несколько исследований у взрослых с использованием этих высоких потоков во время HFNC. Таким образом, трудно экстраполировать эти результаты для продвижения использования подобных потоков у детей. Очевидно, что HFNC может обеспечить некоторые из тех же клинических преимуществ, что и CPAP или даже NIV, но с менее сложными носовыми дыхательными путями или назооральным интерфейсом. В то время как назальный СИПАП служит промежуточной формой поддержки между оксигенотерапией и инвазивной вентиляцией легких у новорожденных, для более крупных педиатров и взрослых чаще используется двухуровневая НИВЛ в качестве альтернативы инвазивной вентиляции. Имеются убедительные данные, подтверждающие использование НИВЛ у новорожденных для усиления вентиляционных эффектов назального СРАР. HFNC не только обеспечивает исходное давление, аналогичное CPAP, но также увеличивает альвеолярную вентиляцию до уровня, который может быть подобен NIV.

D. Дизайн и методы

1. Дизайн исследования

   а. В проспективном рандомизированном исследовании трех различных скоростей потока HFNC мы оценим результаты регионального распределения EIT, чрескожного CO2 и частоты дыхания.

2. Отбор пациентов и критерии включения/исключения

   а. Критерии включения i. Все пациенты, получающие HFNC по поводу гипоксии ii. Возраст: от 1 дня (> 38 недель ГВ у новорожденных и старше) до 17 лет. б. Критерии исключения i. Пациенты с врожденными пороками сердца. II. Пациенту, который, по мнению медицинской бригады, может потребоваться срочная эскалация неинвазивной терапии или неминуемая интубация.

   III. Пациенты с FIO2 > 0,6 при самом высоком уровне кровотока, предложенном в рамках исследования.

   IV. Пациенты с ослабленным иммунитетом и/или состоянием после трансплантации костного мозга v. Пациенты, получающие вазоактивную поддержку для поддержания артериального давления или частоты сердечных сокращений vi. Пациенты с известной аномалией дыхательных путей, т.е. Пьер-Робен, трахеомаляция. vii. Пациентки с гестационным возрастом менее 38 недель viii. Пациенты с массой тела менее 3 кг ix. Если браслет/электроды EIT не могут быть правильно расположены на грудной клетке из-за ограничений по размеру/весу x. Если медицинская бригада считает, что пациент не подходит для включения в исследование на основании медицинских, социальных или эмоциональных проблем.

3. Описание исследуемых методов лечения или воздействия/прогностических факторов. После получения информированного согласия пациенты, которым назначено лечение HFNC, будут рандомизированы для увеличения потока (от низкого к высокому) или деэскалации (от высокого к низкому) каждый час, а затем возвращены к ранее установленным параметрам потока. В зависимости от возраста их помещают на три различных режима потока на 1 час, как показано в таблице 1, с наружным диаметром назальной канюли, не превышающим 50% внутреннего диаметра ноздрей. Таблица 1 была составлена ​​на основе трех известных дыхательных объемов 4, 6 и 8 мл/кг при 33% времени вдоха и максимальной нормальной частоте дыхания. Измерения SPO2, EIT, TCM CO2 и частоты дыхания будут записываться каждые 15 минут. FIO2 будет скорректирован для поддержания SPO2 на уровне 90-95%.

   Чрескожный CO2 (TCM) (Sentec) будет введен за 30 минут до рандомизации, чтобы обеспечить уравновешивание с поверхностью кожи. Мы поместим ТКМ на левую верхнюю часть грудной клетки у пациентов с массой тела менее 15 кг и на мочку уха у пациентов с массой тела > 15 кг. Устройство одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и нагревает кожу, обеспечивая диффузию CO2 через кожную мембрану и датчик. Это устройство позволит нам разработать модифицированный вентиляционный индекс.

   Измерения EIT — измерения EIT будут проводиться до рандомизации и через 1 час после каждого из трех изменений диапазона потока. Это включает в себя размещение ленты из 16 электродов вокруг груди пациента, чуть ниже линии сосков.

   Пульсоксиметрия и кооксиметрия - SpO2, отношение S/F (отношение SpO2 к FIO2), SpHb (неинвазивный HGB) и SpOC (содержание кислорода) будут непрерывно контролироваться в течение 3-часового периода. Среднее значение SpO2, соотношение S/F и SpOC будут рассчитываться на основе потоковых данных, собранных Masimo RAD-7 через портативный компьютер. Десатурация определяется как SpO2 < 85% и сообщается. Для выполнения этих функций будет использоваться Excel. Одноразовый зонд SPO2, одобренный FDA, будет применяться к пальцу, большому или пальцу ноги пациента.

4. Определение первичных и вторичных результатов/конечных точек a. Первичный я. Оксигенация 1. Более высокое SPO2 при более низком FIO2 (соотношение S/F) 2. SpOC и частота десатурации ii. Вентиляция 1. Уменьшение частоты дыхания 2. Уменьшение TCM CO2 b. Вторичный я. Разница в региональном распределении, измеренная с помощью EIT. 1. Площадь и соотношение между верхним и нижним отделами будут первичными анализируемыми данными. 2. Будет сравнено региональное наполнение легкого.
5. Методы сбора данных, оценки, вмешательства и график (какие оценки проводились, как часто) Данные будут постоянно записываться на компьютер каждого устройства (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2). Данные будут загружены либо с USB-накопителя, либо с карты PCMC и объединены в одну таблицу Excel для анализа. Данные будут записываться вручную каждые 15 минут в течение всех 3 часов.
6. Хронология исследования а. См. рисунок три.

E. Критерии нежелательных явлений и процедуры отчетности В связи с тем, что это пилотное исследование, PI рассмотрит каждое серьезное нежелательное явление. Будут контролироваться следующие осложнения, но IRB будет сообщаться только о серьезных осложнениях. К малым явлениям относятся: брадикардия (на 10 % ниже исходного уровня), увеличение частоты дыхания > 20 %, увеличение TCpCO2 на 10 мм рт. ст., повышение FIO2 > 0,3, гиповентиляция (задержка дыхания более 15 секунд) и десатурация (

Основные события, которые остановят исследование и о которых будет немедленно сообщено в IRB:

• Десатурация < 80% (постоянно контролируется пульсоксиметрией) в течение более 1 минуты.
• Брадикардия < 60 ударов в минуту Все серьезные и незначительные события будут отслеживаться и сообщаться PI координатором клинических исследований.

F. Методы управления данными При входе каждому пациенту будет присвоен уникальный номер, не связанный с его медицинской картой, для целей отслеживания пациента. Этот номер будет введен в частный исследовательский диск BCH, защищенный паролем, доступный только исследовательскому персоналу BCH.

Электронная таблица будет храниться у постели больного в течение периода сбора данных (3 часа) для каждой точки данных, которая будет вводиться вручную.

G. Метод контроля качества Качество передачи данных будет обеспечиваться вторым следователем, который подтвердит ручные и электронные данные. Программное обеспечение SPSS будет использоваться для помощи в анализе данных и обеспечении целостности данных путем создания предупреждений для незаполненных полей, а также неожиданных или, возможно, неправильно введенных результатов.

H. План анализа данных Мы будем считать, что различия в частоте дыхания >10% между настройками потока считаются значительными. Мы будем считать, что разница > 20% в TCM CO2 и SPO2 считается значимой.

Данные EIT: Система визуализации легких — Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical, Любек, Германия). Шестнадцать копланарных электродов будут размещены на одинаковом расстоянии вокруг грудной клетки на уровне парастернального шестого межреберья. Референтный электрод будет размещен на правой стороне живота рядом с линией талии. Электроды №1 и №16 располагают симметрично слева и справа от грудины соответственно так, чтобы электроды №8 и №9 охватывали позвоночник. Эта конфигурация приводит к поперечным изображениям в рентгенологическом стандарте, от каудального до краниального, подобно сканированию кошки. Реконструкция изображения легких будет выполняться в соответствии с консенсусом Graz для электроимпедансной томографии (GREIT) (15) с использованием программного обеспечения для реконструкции электрического импеданса и диффузной оптики (16). Проще говоря, идея состоит в том, чтобы наблюдать любые сдвиги в центре вентиляции путем оценки соотношения изменений вентрального и дорсального импеданса ( ) во время каждой части исследования. Изменения импеданса показывают, насколько открыто или закрыто легкое. Этот подход был ранее подробно описан нашей исследовательской группой (17).

I. Статистическая мощность и анализ выборки Анализ мощности показывает на основе повторных измерений трех различных потоков на пациента, что для величины эффекта 0,2, альфа 0,05 и мощности 0,8 требуется 35 пациентов (7 на каждую возрастную категорию). Различия в средних значениях оксигенации (SPO2 и отношение S/F), вентиляции (TCM CO2) и EIT (отношение U/L) между каждой группой лечения будут сравниваться каждый час в течение трехчасового периода тестирования после рандомизации с использованием дисперсионного анализа с пост-анализом Тьюки. -хок тест.

J. Исследовательская организация Пилотное исследование в одном учреждении.