Effekt av icke-invasiv ventilation (NIV) på cerebral syresättning

BAKGRUND

Nära infraröd spektroskopi (NIRS) är en icke-invasiv metod för mätning av blodflödet i vävnader, som först användes för syresättning av hjärnvävnad 1977. 1 NIRS är en spektroskopisk teknik, som använder elektromagnetiska vågor (700-950nm), en sändare och en detektor. Under de senaste 20 åren har det skett en enorm utveckling i instrumenteringen och tillämpningen av NIRS. Denna teknik gör det nu möjligt att mäta syresättningen av hjärnvävnaden. 2-13 INVOS Brain Oxymeter (IBO) är en pålitlig trendövervakare för förändringar i regional cerebral syresättning (rSO2) och korrelerar med hemoglobinmättnaden i venöst, kapillärt och arteriellt blod, med hjälp av en algoritm baserad på Beer-Lambert-lagen. 4,14 IBO-systemet använder ljus, med våglängder mellan 730-810 nm, som penetrerar lager av människokroppen, bland dem huden, skallen och hjärnan. Det är antingen spritt i vävnaden eller absorberas av nuvarande kromoforer. I den ganska genomskinliga nära infraröda regionen finns det många absorberande ljuskromoforer, men endast tre är viktiga när det gäller syresättningen, nämligen hemoglobin (HbO2), deoxihemoglobin (Hb) och cytokromoxidas (CtOx). Syresatt och syrefattigt hemoglobin absorberar ljus vid olika våglängder, vilket möjliggör en differentiering av dessa två former av hemoglobin.15 Sensorerna, ("SomaSensors"), appliceras på patientens panna med ett integrerat lim av medicinsk kvalitet.16 Metoden tillämpas genom att använda två källa-detektoravstånd i sensorn: en "nära" (grunt), 3 cm från källan och en "lång" (djup), 4 cm från källan. Båda proverna penetrerar vävnaden under ljuskällan lika bra, med skillnaden att 4 cm källdetektorn mäter signaler djupare i hjärnan.8,17 Subtraktionen av det närliggande provet från det avlägsna bör lämna en signal som huvudsakligen kommer från hjärnbarken. 16 Korrekt hantering av hjärnsyresättning är en viktig komponent i alla anestesiologiska procedurer. Ändå förblir hjärnan ett av de minst övervakade organen under den perioperativa fasen och intensivvårdsterapin. Hittills har den anestesiologiska tillämpningen av NIRS som en metod för att mäta cerebral syresättning endast undersökts hos patienter som genomgår hjärtkirurgi eller cerebrovaskulär kirurgi, äldre patienter som genomgår större bukkirurgi och nyfödda spädbarn. 18-21 Dessa studier indikerar att den uppmätta cerebrala syresättningen påverkas av den relativa andelen blod i den arteriella eller venösa delen av kapillärbädden, hemoglobinkoncentrationen och den systemiska mättnaden utöver hjärtminutvolymen. De exakta konsekvenserna av förändringar i den systemiska mättnaden (SaO2) på den cerebrala syresättningen (rSO2) är fortfarande okända. Det är ett aktuellt antagande att rSO2 är direkt associerad med Sa02, så att en ökning av SaO2 också leder till en ökning av rSO2. Mängden syre i artärblodet beror på det inandade syret och lunggasutbytet. Dessa två parametrar påverkas i första hand av individens andningsventilation. Patienter med kronisk andningssvikt, eller bara en tillfällig (akut) andningsbrist (t.ex. efter allmän anestesi), behandlas rutinmässigt med kontinuerligt positivt luftvägstryck (CPAP). Det används också ofta vid behandling av sömnapné och hos nyfödda (särskilt för tidigt födda barn). Hos dessa patienter kan CPAP-ventilation förhindra behovet av trakeal (åter)intubation eller möjliggöra tidigare extubation.

CPAP-terapi utvecklades av Dr. George Gregory och kollegor på neonatal ICU vid University of California, San Francisco 1971 22 och modifierades sedan av professor Colin Sullivan vid Royal Prince Alfred Hospital i Sydney, Australien, 1981. 23 Initialt användes CPAP-terapin huvudsakligen för behandling av obstruktiv sömnapné i hemmet. Numera används det vanligtvis på intensivvårdsavdelningar som en form av icke-invasiv mekanisk ventilation. Där är det vanligtvis reserverat för undergrupper av patienter där syrgasbehandlingen via ansiktsmask är otillräcklig. Patienter som behandlas med CPAP övervakas noga i ICU-inställningen. Behandlingen stödjer patientens spontana andning genom att bygga upp ett positivt slutexpiratoriskt tryck (PEEP). Trycket som krävs av de flesta patienter varierar mellan 5 och 12 cmH2O. Patienten kan individuellt bestämma sin egen andningsfrekvens samt andningsdjupet.

Mål:

Det primära studiens mål är att undersöka effekten av CPAP-terapi på rSO2 i relation till de vitala parametrarna hemoglobin, SaO2 (analyserat av BGA) och SpO2. Dessa kombinerade mätningar kan användas för att ytterligare beskriva effekten av CPAP-terapi på rSO2. Hittills har denna typ av studier inte utförts på patienter på intensivvårdsavdelningen. Därför syftar detta projekt till att få nya insikter om hur CPAP-terapi påverkar den cerebrala mättnaden. Dessutom kommer skillnader i SaO2 och vitala parametrar att korreleras med rSO2. Även förekomsten av kräkningar och illamående, huvudvärk och agitation under CPAP-behandlingen kommer att registreras.

Följande parametrar kommer att mätas, beräknas och noteras i CRF (fallrapportformulär):

• Blodtryck (BP)
• Puls (HR) och rytm
• rSO2 (vänster och höger hjärnhalva)
• BGA: arteriellt partialtryck av syre (PaO2)
• BGA: pH, Elektrolyter (Na, K, Ca), Glukos, Laktat, SaO2
• BGA: Hb, Hk, MetHb, CoHb, SO2, pCO2, BE, SBC
• Ventilation: CPAP, MV, RR, TV, tryckstöd, Pmean
• ASA klassificering: 1-6
• Fysiska störningar enligt CPAP med ja eller nej, om ja specificerat:

ögon, öron, näsa, svalg andning kardiovaskulär muskuloskeletal genitourinary hud endokrin neurologisk psykiatrisk hypotes

Noll och alternativ hypotes:

H0: Det finns INGEN förändring av rSO2 under CPAP-behandling. H1: Det finns en förändring av rSO2 under CPAP-behandling. Typ-I och -II fel och effekt α = 0,05 Effekt = 0,9 Interimanalys

• Statistisk metod Randomiserad observationsexperimentell klinisk studie med ett centrum.
• Provstorleksberäkning:

Parat t-test, medelvärde av skillnad: 5%, SD av skillnad: 10%; Effektstorlek 0,5; en felsannolikhet dubbelsidig: 0,05; Effekt: 0,9; total provstorlek: 50 patienter. (5 % avhopp ingår).

METODER Denna randomiserade kliniska studie kommer att inkludera 50 försökspersoner från 18 år och framåt som genomgår behandling på en intensivvårdsavdelning vid Medical University of Vienna (13C1, 13C2, 13C3, 13B1, 13I1, 9D, E11 (neurokirurgisk ICU), som kräver intermittent CPAP-behandling. Varken sökanden eller den kliniska utredaren kommer att vara involverade i beslutet om indikationen för CPAP-behandling.

Studien kommer att genomföras i enlighet med Helsingforsdeklarationen (1964) och riktlinjer för god klinisk praxis (GCP) och rekommendationer från Equator-nätverkets webbplats inklusive aktuella revisioner. Studieprotokollet kommer att lämnas till Etikkommittén vid Medical University of Vienna för etiskt godkännande. Studien kommer att registreras hos clinicaltrials.gov. Deltagandet i den kliniska studien kommer att ske oberoende av den medicinska indikationen för patientens vistelse på ICU. Innan försökspersonen antas till studien måste försökspersonen ha samtyckt till att delta, efter att förfarandets art, omfattning och eventuella konsekvenser har förklarats i en för honom eller henne begriplig form. Patienten ska ge sitt samtycke muntligt och skriftligt. Individens samtycke kommer att bekräftas med utredarens underskrift. Alla ämnesnamn kommer att hållas hemliga i utredarnas akter. Försökspersoner kommer att identifieras genom dokumentation och utvärdering genom hela det antal som tilldelats dem under studien. Deltagarna kommer att informeras om att hela studiedata kommer att lagras och hanteras konfidentiellt. Ett dataprotokoll med hjälp av ett fallrapportformulär kommer att användas.

Längden på försöket är 30 min. Studien startar 15 minuter före CPAP och slutar när patientens rSO2 når ett steady state (ingen förändring i rSO2 ± 2 % under 3 minuter, maximalt 15 minuter) under CPAP-behandling. Deltagarna behöver inte delta i några uppföljningsbesök.

Denna studie kommer att genomföras på patienter med god tillgång till pannan. NIRS-mätningen (IBO) kommer att utföras på den främre cortex på båda sidor av huvudet. Emissions- och detektionssonder måste anslutas efter att ha torkat av patientens panna med en mjuk trasa eller bomullsrondell. Under hela undersökningen kommer SaO2, blodtrycket (kontinuerligt invasivt eller icke-invasivt i 3 minuters intervall) och EKG att registreras. Dessa vitala tecken är en del av den rutinmässiga ICU-övervakningen. Rättegången kommer att bestå av två delar, dvs med eller utan andningshjälp. Ordningen för att starta studien med eller utan CPAP-terapi kommer att randomiseras. Under varje del kommer mätningarna att utföras tills de når ett stabilt tillstånd (ingen förändring i rSO2 ± 2 % under 3 min) men med en maximal varaktighet på 15 min. Undersökningen är säker, icke-invasiv, smärtfri och kan utföras mycket flexibelt, snabbt och kostnadseffektivt med bärbar utrustning. Data samlas in från både höger och vänster hjärnhalva.

Enhetssystemet ska endast användas i enlighet med den godkända undersökningsplanen och CE-certifikatet, på försökspersoner som får CPAP-behandling och har undertecknat ett informerat samtycke. Användningen av enheten är begränsad till godkända studieutredare. Efter varje undersökningsintervall kommer en BGA att utföras.

Anledningen till att denna studie genomförs på intensivvårdspatienter är följande. Patienter som lider av andningsstörningar och är i behov av andningshjälp finns sällan på normala sjukhusavdelningar på grund av att installationen av en andningsmaskin med extra CPAP-läge måste utföras av specialiserad personal. Dessutom kräver dessa patienter noggrann övervakning, vilket kan garanteras i en intensivvårdsmiljö.

Gravida kvinnor, liksom individer med svåra klaff- eller neurologiska sjukdomar kommer inte att inkluderas i observationsstudien.

Efter att indikationen för CPAP-terapi har verifierats och in- och uteslutningskriterierna kontrollerats, kommer patienterna att rekryteras till studien.

Studien kommer att delas upp i två datainsamlingsdelar, båda tagna i en session.

1. 15 minuter före CPAP:

   • börjar samla in data om antingen kontinuerlig arteriell blodtrycksmätning (ABP)
   • eller icke-invasiv (NIBP) fram till slutet av studien
   • starta NIRS-mätning på båda hjärnhalvorna (INVOS 5100C) tills proceduren är klar
   • ta ett arteriellt vårt venöst (enligt tillgänglig tillgång) blodprov för en blodgasanalys (BGA)

2. 15 min med CPAP:

   • mätningar utförda i punkt 1. (ABP/NIBP, NIRS) kommer att fortsätta
   • ta av en annan arteriell vårt venösa (enligt tillgänglig linje) blodprov för ett BGA

Ordningen i punkt 1. och 2. (utan eller med CPAP) kommer att randomiseras till grupp 1 och grupp 2 hos samma patient.

OPERATIONELLA MÅL

1. årskurs: Utformning av studieförslag. Syfte: - Litteratursökning och recension

   • Utformning av utredningsförslaget
   • Detaljplanering av projektets förverkligande

   Kort beskrivning: Aktuell litteratur om CPAP-terapi, NIRS och rSO2 kommer att granskas. Den exakta planeringen av genomförandet av studien kommer att påbörjas efter att den positiva etikkommitténs omröstning har mottagits. Ett detaljerat studieprotokoll kommer att skrivas efter litteraturgenomgången och utförandet av preliminära mätningar.

2. andra året: Inledning av projektet

   Syfte: - Utföra preliminära mätningar och förfina studieprotokoll

   • Utförande av studien
   • Utvärdera resultaten

   Kort beskrivning: Preliminära mätningar med NIRS kommer att utföras, varefter studieprotokollet förfinas. Enligt det anpassade protokollet kommer studien att utföras på ICU:s MUW.

3. tredje året: Slutförande av projektet, statistisk utvärdering; Datatolkning och skrivande av examensarbetet.

Mål: - Utvärdering av data

• Statistisk analys
• Tolkning av resultaten
• Utarbetande av en preliminär version av avhandlingen
• Revidering av uppsatsen till handledarnas kommentarer
• Att skriva en forskningsrapport för att publicera studieresultaten

Kort beskrivning: Efter slutförandet av studien kommer all insamlad data att utvärderas och utsättas för statistisk analys. Framtida uppföljningsstudier baserade på dessa resultat kommer att utarbetas. Den sökande kommer att beviljas tid att arbeta med sitt forskningsprojekt inom forskargruppen "lunga".

Samarbetsarrangemang Projektet kommer att genomföras vid institutionen för anestesi, allmän intensivvård och smärtbehandling, MUW.

Outlook och ytterligare projekt

Flera projekt som fokuserar på effekter av rSO2-förändringar i andra inställningar är möjliga:

• intensivvårdsbehandling
• allmän anestesi

REFERENSER 1-23