Expiratoriskt flödesbegränsning och mekanisk ventilation under hjärt-lungbypass vid hjärtkirurgi

Inledning Under allmän anestesi observerades en minskning av den funktionella restkapaciteten (FRC). Minskningen av FRC kan innebära att andningssystemets stängningskapacitet (CC) överstiger FRC och leder till ett fenomen som kallas expiratory flow limitation (EFL). Flera faktorer bidrar till EFL-fenomenet under allmän anestesi, inklusive anestesiinduktion i sig själv. Höga syrekoncentrationer, muskelförlamning, ryggläge, ökat extravaskulärt vatten på grund av perioperativ vätskebehandling och inflammatorisk respons spelar också en roll i denna bild.

Dessutom var kardiopulmonell bypass (CPB) med korsklämning av aorta, vilket är nödvändigt för de flesta procedurer inom hjärtkirurgi, associerat med direkt lungskada. Pulmonell atelektas, apné och ischemi under CPB och aktivering av proteolytiska enzymer i lungcirkulationen påverkar förekomsten av postoperativ lungdysfunktion efter hjärtkirurgi.

Positivt End-Expiratory Pressure (PEEP) test är en validerad metod för att utvärdera förekomsten av EFL under anestesi. PEEP-test är ett genomförbart och helt säkert mått på minskningen av FRC hos mekaniskt ventilerade patienter.

Syftet med studien kommer att vara att bedöma om mekanisk ventilation under CPB vid hjärtkirurgi kan minska förekomsten av EFL i post-CPB-perioden.

Primär endpoint Den primära endpointen kommer att vara en sammansatt slutpunkt för förekomsten av expiratoriskt flödesbegränsning efter avvänjningen från CPB och postoperativa lungkomplikationer.

Sekundära slutpunkter

Sekundära slutpunkter kommer att inkludera:

• Återinläggning på ICU;
• Behov av återintubation;
• Behov av icke-invasiv ventilation;
• Varaktighet av mekanisk ventilation;
• Postoperativa infektioner;
• Större ogynnsamma hjärthändelser;
• Längden på ICU och sjukhusvistelse;
• 30 dagar och 1 års dödlighet.

Material och metoder Detta kommer att vara en enkel-center enkelblind parallell grupp randomiserad kontrollerad studie. Patienterna kommer att slumpmässigt tilldelas fyra parallella armar med ett allokeringsförhållande 1:1:1:1, för att få en av fyra mekaniska ventilationsstrategier under CPB. Patienter som matchar följande kriterier vid den preoperativa utvärderingen kommer att rekryteras.

Randomisering och maskering Patienten kommer att randomiseras enligt en datorgenererad lista med tillfälliga nummer. Information om patientfördelning kommer att förvaras i slutna ogenomskinliga kuvert och ingen kommer att veta patientfördelningen före randomisering. Patienterna kommer att vara blinda för allokering.

Ventilationsprotokoll

Varje patient kommer att randomiseras både om ventilationshanteringen före och efter CPB och om hanteringen under CPB: en 2 x 2 studiedesign. Patienterna kommer tillfälligt att delas in i fyra grupper:

Grupp A: patienter kommer att ventileras med Positivt End-Expiratory Pressure (PEEP) före och efter kadiopulmonell bypass (CPB); under CPB kommer Continuous Positive Airway Pressure (CPAP) att användas.

Grupp B: patienter kommer att ventileras utan PEEP (ZEEP) före och efter CPB; under CPB kommer CPAP att antas.

Grupp C: patienter kommer att ventileras med PEEP före och efter CPB; under CPB kommer ingen Mekanisk Ventilation (Ingen MV) att antas.

Grupp D: patienter kommer att ventileras utan PEEP (ZEEP) före och efter CPB; under CPB kommer ingen MV att antas.

Patienterna kommer att randomiseras, omedelbart före operationen, för att antingen få en PEEP lika med bästa PEEP, bedömd med ett PEEP-test, omedelbart efter induktion av anestesi eller lika med noll. Alla patienter kommer dessutom att randomiseras för att antingen få en CPAP lika med bästa PEEP eller en noll PEEP-strategi (med bortkoppling från anestesikretsen) under CPB. De två randomiseringarna kommer att vara oberoende av varandra.

Under CPB kommer vårt mål att vara att bibehålla PaO2 mellan 200 och 250 mmHg för att undvika hyperoxi-inducerad lungskada; dessutom kommer hematokriten att bibehållas över 24%.

Under avvänjning från CPB kommer vi att utföra en enda alveolär RM. Denna RM kommer att utföras manuellt av narkosläkaren med en gasblandning av syre och luft (med en inandad syrefraktion lägre än 80%) i slutet av proceduren. Efter CPB kommer denna rekryteringsmanöver att utföras manuellt, i enlighet med den kirurgiska avluftningsproceduren. Luftvägstrycket kommer att hållas vid 40 cmH2O i minst 10 sekunder.

Lungmekanisk bestämning

Andningssystemets kvasi-statiska överensstämmelse (Cqst,rs) kommer att beräknas som:

Tidalvolym / (slut inandningsplatåtryck - PEEPtot (ml/cmH2O) där PEEPtot är slutexpiratoriskt tryck vid period utan flöde. Mätningen kommer att utföras med en inandningspaus på 60 %.

Luftvägsmotstånd (Rmin,rs) kommer att beräknas som:

(Ppeak - P1) / V' där Ppeak är det maximala inandningstrycket, P1 är luftvägstrycket vid nollflödespunkten och V' är inandningsflödet. Mätningen kommer att utföras med en inandningspaus på 60 %.

Lungmekaniken kommer att fastställas omedelbart efter varje PEEP-testkörning.

Beräkning av dödutrymme

Beräkning av dödutrymmesfraktion kommer att utföras med Enghoff-modifikationen av Bohr-ekvationen:

Vd/Vt = (PaCO2-PECO2)/PaCO2

Var:

• Vd är det döda utrymmet
• Vt tidalvolym
• PECO2 är trycket för medeluttaget CO2

Beräkning av shuntfraktion

Shuntfraktion kommer att bestämmas före operation och efter operation i operationssalen under generell anestesi, innan patienten lämnar operationssalen. Shuntfraktion kommer att bedömas enligt följande hos alla patienter:

Qs/Qt = (PAO2 - PaO2)*0,0031 / C(a-v blandat)O2 + [(PAO2 - PaO2)*0,0031]

Var:

• PAO2 är syrealveolär koncentration;
• PaO2 är syreartärkoncentration;
• C(a-v blandad)O2 är arterevenös skillnad i syrekoncentration;
• 0,0031 är en omräkningsfaktor till volymprocent för O2.

Mätningen kommer att utföras medan du andas 100 % syre i 20 minuter, för att uppnå en fullständig hemoglobinmättnad.

Om en lungartärkateter (PAC) kommer att placeras, enligt kliniska indikationer, kommer shuntfraktionen att beräknas från följande formel:

Qs/Qt = CcO2-CaO2 / CcO2-Cv(blandat)O2 * 100

Var:

• CcO2 är O2-halten i lungkapillärblodet, uppskattad med följande ekvation: CcO2 = (Hb * 1,34) + (0,0031 * PAO2);

• CaO2 är arteriell syrehalt;
• Cv(mixed)O2 är syrehalten i blodprover som erhållits från lungartären;
• PAO2 är alveolärt syrepartialtryck. Blodprover kommer att tas från artärkateter och lungartärkateter, under en FiO2 på 100 % i samma ögonblick.

Dessutom kommer blodgasanalyser (BGA) att utföras på arteriellt blod:

• efter induktion av anestesi;
• efter sternotomi, tillsammans med heparinisering;
• före sternosyntes, tillsammans med protaminadministrering;
• före utskrivning från operationssalen.

Provstorleksberäkning Provstorleksberäkning baserades på ett 2-sidigt α-fel på 0,05 och en 80 % effekt (β). Baserat på vår erfarenhet räknar vi med att 50 % av patienterna med ventilation slutar under CPB och ingen PEEP före och efter CPB kommer att nå den sammansatta slutpunkten för EFL efter CPB och andningskomplikationer efter 5 dagar, medan endast 30 % av patienterna som behandlas med en optimal. En provstorlek på 93 patienter per grupp, totalt 186 kommer att behövas för att slutföra studien. Inklusive en bortfallsandel på 10 % kommer vi att rekrytera 51 patienter per grupp, totalt 204.

Datainsamling och analys Data kommer att samlas in på lämpligt fallrapportformulär (CRF). I synnerhet kommer anamnestisk information att samlas in, data om kirurgi och postoperativa kliniska data, särskilt andningsparametrar. Data kommer att analyseras med en professionell statistisk programvara. Dikotoma variabler kommer att jämföras med det tvåsidiga Chi-kvadrattestet, med hjälp av Yates-korrigeringen när så är lämpligt. Kontinuerliga variabler kommer att jämföras genom variansanalys eller det icke-parametriska Kruskal-Wallis-testet, när så är lämpligt.

Informerat samtycke och provledning Varje patient kommer att ge informerat samtycke. Alla delar av denna studie kommer att genomföras i enlighet med Good Clinical Practice (GCP) uttalandet samt italiensk och internationell lag om klinisk forskning.