Inspirerande muskelträning hos patienter som är svåra att avvänja

1. Introduktion.

Avvänjning omfattar hela processen att befria patienten från stöd för mekanisk ventilation (MV) och endotrakealtuben eller trakeostomi. För majoriteten av mekaniskt ventilerade patienter kan spontan andning (avvänjning) framgångsrikt åstadkommas snabbt och enkelt, men detta är inte fallet för 15-30 % av ventilerade patienter. De vanligaste faktorerna som leder till avvänjningssvikt är i) andningsmuskeltrötthet ii) hyperkapni iii) dyspné och iv) ångest. I enlighet med dessa linjer föreslog en mekanism som kan bidra till avvänjningsmisslyckande, nämligen teorin om ''stöldeffekt''. Mer specifikt antar teorin om "stöldeffekt" att under avvänjningsprocessen kan energibehovet i andningsmusklerna öka i en sådan utsträckning att andningsmusklerna kan beröva syre och blod från andra vävnader som hjärnan. I själva verket, åtminstone för hjärnan, kan minskningen av blod- och syretillförseln teoretiskt predisponera detta organ för dysfunktion. Restriktion i syretillförseln till hjärnan kan ha en negativ inverkan på andningsmusklernas funktion i sig genom att försämra andningscentrumets effekt och den neuromuskulära kompetensen hos ventilatorpumpen, vilket gör andningspumpen oförmögen att blåsa upp lungorna och därmed överdriva andningsorganen. muskeltrötthet och leder till avvänjningsfel. Inspiratorisk muskelträning (ΙΜΤ) är en icke-farmakologisk och kostnadseffektiv behandling som har visat sig förbättra den funktionella kapaciteten hos inspiratoriska muskler hos patienter med andningsmuskelsvaghet samtidigt som den nyligen har föreslagits som en möjlig ytterligare komponent i avvänjningsstrategier. Implementering av ett IMT-program kan minska energibehovet för inandningsmusklerna genom att förbättra andningseffektiviteten i andningsmusklerna å ena sidan och genom att optimera syreanvändningen i andningsmusklerna å andra sidan. Förbättring av muskelstyrka och kontraktil funktion, såväl som oxidativ kapacitet som svar på IMT som har dokumenterats hos patienter med kroniska lungsjukdomar som svar på IMT, kan öka syreanvändningen av de inandningsmusklerna och därmed minska behovet av blodflöde och syre till förmån för hjärnbarken.

Målet med projektet är:

1. Att undersöka om inandningsmusklerna stjäl blod och syre från hjärnbarken (''stjäleffekt'').
2. Att undersöka effekten av teorin om "stöldeffekt" på avvänjningsresultat.
3. Att utvärdera effekterna av IMT med hjälp av en nyligen utvecklad TFRL-enhet på avvänjningsresultat och på ''stjäleffekten'' hos svåravvänjda patienter på intensivvårdsavdelningen jämfört med en skenbar lågintensiv uthållighetsträningsgrupp.

2. Primära metoder

Patienter med svåra avvänjningar kommer att inkluderas enligt inklusionskriterier. Dessutom kommer en grupp av "enkla avvänjningar" definierade som patienter som lyckas i det första avvänjningsförsöket att användas som kontrollgrupp för att ta itu med det första och andra målet med studien. Enkla avvänjningspatienter, svåravvänjda och långvariga avvänjningspatienter kommer att klassificeras enligt kriterier som har föreslagits i den senaste WIND-studien. Specifikt kommer patienter att klassificeras i grupp 1 (d.v.s. enkel avvänjning av patienter - avvänjning som framgångsrikt uppnåtts vid första avvänjningsförsök vilket resulterar i framgångsrik extubering inom 1 dag. Patienter kommer att inkluderas om de klassificeras i grupp 2 (d.v.s. svåra att avvänja - avvänjning framgångsrikt uppnådd efter mer än 1 dag men inom mindre än 1 vecka efter det första separationsförsöket (framgångsrik separation eller död) eller grupp 3 (d.v.s. förlängd avvänjning - avvänjningen har fortfarande inte avslutats 7 dagar efter det första separationsförsöket genom framgång eller död). Efter att ha informerats om studien kommer skriftligt informerat samtycke att erhållas från alla patienter om de är vakna och adekvata eller från en familjemedlem om de är medvetslösa. För att möta det tredje målet med studien kommer patienterna att randomiseras i en av de två grupperna: IMT-grupp eller uthållighetsträningsgrupp (SHAM). Blockrandomisering kommer att utföras genom att stratifiera två faktorer: poäng på APACHE II och närvaron av KOL. Kuvert kommer att förberedas och förseglas (80 för behandlingsgruppen och 80 för uthållighetsträningsgruppen). Högar med kuvert kommer att separeras i APACHE<18, APACHE>18, icke-KOL eller KOL och dess kombinationer (20 för varje tillstånd) med tanke på 10 IMT-kuvert och 10 uthållighetsträningskuvert för varje hög.

2.1. Regionalt blodflöde, syretillförsel och syretillgänglighetsmätningar av NIRS-ICG härledd BFI.

Inspiratoriskt och cerebralt cortex blodflödesindex (BFI) kommer samtidigt att mätas med nära-infraröd spektroskopi (NIRS) i kombination med injektioner av spårämnet indocyanin green dye (ICG). ICG som används i stor utsträckning som hemodynamisk spårämne framkallar en absorptionstopp vid 805 nm och är, efter intravenös infusion, begränsad till det intravaskulära utrymmet genom >95 % bindning till plasmaproteiner. NIRS-ICG-härledd BFI som relativ mätning av lokal perfusion i andnings- och perifera muskler och hjärnbarken kommer att beräknas genom att dividera muskel-ICG-toppkoncentrationen (bedömd av NIRS-ICG-kurvan) med stigtiden från 10 till 90 % av toppen. För att mäta inspiratoriska muskler och hjärnbarkens ICG-koncentrationer kommer fyra uppsättningar NIRS-optoder att placeras transkutant enligt följande: för hjärnan över det prefrontala cortexområdet (på tillräckligt avstånd för att undvika störningar med sinus mittlinjen), på skalanmusklerna och på övre rectus abdominis. En ytterligare sond (4:e) kommer att placeras på en icke-arbetande muskelgrupp (d.v.s. därefter eminens) som kommer att användas som en kontrollmätpunkt. Syretillförseln i skelettmuskulaturen och hjärnvävnaden kommer att beräknas genom att multiplicera BFI med arteriell syrehalt; det senare kommer att beräknas genom arteriella och venösa blodgasprover. Syremättnad av Inspiratorisk och barmuskel och hjärnbark (Stio2,%) -ett icke-invasivt index för lokal vävnadssyretillgänglighet som återspeglar balansen mellan syretillförsel och användning - kommer att registreras kontinuerligt av NIRS.

2.2 Hemodynamisk status

Hjärtmängden kommer att utvärderas kontinuerligt genom pulskonturanalyser med hjälp av en sensor (Pulsioflex Monitor, Pulsion Medical Systems SE) kopplad till en befintlig artärkateter32 (se onlinebilaga). Beräkningen av hjärtminutvolymen utförs slag för slag genom att helt enkelt multiplicera slagvolymen som beräknas genom analys av arteriell tryckvågform med den registrerade hjärtfrekvensen. Pulskonturanalysmetoden har validerats mot hjärtminutvolymberäkningar med hjälp av guldstandardmetoder. Resultaten visar att denna metod kan ge en kliniskt acceptabel bedömning av hjärtminutvolymtrend hos hemodynamiskt stabila intensivvårdspatienter. Hjärtminutvolym och pulsdata beräknas i genomsnitt under 60 sekunder under varje BFI-bestämning.

2.3. Inspirerande muskelträningsprogram

Båda grupperna (dvs IMT-grupp eller uthållighetsträningsgrupp (SHAM)) kommer att delta i vanliga vårdträningsinterventioner som syftar till att förbättra andningsmuskelns uthållighet, såsom spontana andningsförsök (SBT) utförda med tryckstödsventilation (PSV), kontinuerligt positivt luftvägstryck ( CPAP), T-rör samt tidig mobilisering. Efter inkludering och randomisering kommer patienter i båda grupperna att påbörja träningen med TFRL-enheten (POWERBREATHE KH2, HaB International Ltd, Storbritannien). Före och efter varje pass kommer andningsfrekvens, hjärtfrekvens, syrgashemoglobinmättnad och blodtryck att registreras. Sessionerna kommer att bestå av 4 set med minst 6 och max 10 andetag per set med viloperioder på minst 2 minuter där patienten placeras i sittande läge (45 grader), aspireras vid behov och manschetten kommer att blåsas upp för att förhindra luftläckage. Patienterna kommer att instrueras att uppnå full inspiration och utandning vid varje andetag och att utföra en snabb och kraftfull inspiration. Instruktioner och uppmuntran under sessionerna är standardiserade. En återkopplingsskärm på datorn kommer att finnas tillgänglig för patienter i IMT-gruppen för att visa patienters prestation under träningen (BreatheLink Software, HaB International Ltd, Storbritannien). Träningspasset kommer att avbrytas om patienten rapporterar symtom på dyspné, ångest eller hosta, obehag eller när den transkutana syremättnaden faller under 85 %. Träningsbelastningen i styrketräningsgruppen kommer att anpassas för att bibehålla högsta tolererbara intensitet under hela studiens gång fram till avvänjning av MV. Patienter i uthållighetsträningsgruppen kommer att utföra samma träningsprogram utan justeringar av träningsmotståndet (<10 %MIP). Efter sessionerna kommer Borg-skalapoäng på upplevd andningsansträngning och dyspné att registreras. Erfarna sjukgymnaster kommer att utföra sessionerna i alla grupper. Träningen kommer att pågå i 28 dagar eller tills patienten framgångsrikt avvänjts från MV. Patienter som fortfarande är i MV efter 28 dagars IMT kommer att betraktas som misslyckande att avvänja. MIP och VC kommer att mätas varje vecka för att följa lungfunktionsutvecklingen och adekvat träningsmotstånd.

3. Plan för statistisk analys

3.1. Statistisk analysplan för studiens 1:a och 2:a mål

För beräkningen av provstorleken för denna studie använde vi förändringen i hjärnbarkens BFI från MV till SBT mellan SBT-framgång och SBT-misslyckande patienter. En förväntad effektstorlek [Cohens d] på 0,467 beräknades från medelskillnaden mellan hjärnbarkens BFI (dvs. 6,70 nM/s) och motsvarande poolade standardavvikelse (dvs. 14,0 nM/s), från en tidigare studie som undersökte interhemisfärisk skillnader i cerebral cortex BFI hos kritiskt sjuka patienter. Följaktligen, med användning av denna effektstorlek, beräknas den kritiska urvalsstorleken till 20 patienter med SBT-svikt på basis av användning av en ANOVA som statistisk analysmetod. Om man förutser att endast 1 av 5 patienter (frekvens på 20 %)1 förväntas misslyckas med SBT, anses ett uppskattat antal (d.v.s. 20*5=100) patienter totalt vara inkluderade för att identifiera de 20 avvänjningarna misslyckande patienter. Kontinuerliga variabler kommer att presenteras som medelvärden med standardavvikelser om normalfördelade eller som median med ett interkvartilt intervall om inte. Kategoriska värden kommer att presenteras som siffror och proportioner. För jämförelser mellan SBT framgång eller misslyckande grupp, kommer kontinuerliga variabler att jämföras med Student t-test eller Mann Whitney U test baserat på fördelningen av variablerna. Kategoriska värden kommer att jämföras med Chi-square eller Fishers exakta test, beroende på vad som är lämpligt. Tvåvägsvariansanalys (ANOVA) kommer att tillämpas för att undersöka interaktionen mellan respiratoriska, hemodynamiska, blodgaser och perifer cirkulation och syresättningssvar och olika tidpunkter (d.v.s. T1-T4, se tabell 1) mellan SBT-framgång och SBT-misslyckande grupp. Envägs ANOVA med upprepade mätningar kommer att användas för jämförelse av de olika tidsmätningarna (dvs T1-T4, se tabell 1) för varje grupp. Oberoende samband mellan förändringar i hjärnbarkens BFI från MV till olika tidsmätningar under SBT- och SBT-utfall (misslyckande, framgång) kommer att utforskas genom logistisk regressionsanalys. Ytterligare utforskning av oberoende samband mellan SBT-resultat (misslyckande, framgång) och alla respiratoriska, hemodynamiska, blodgaser och perifera cirkulations- och syresättningsvariabler kommer också att utforskas genom logistisk regressionsanalys. Slutligen kommer multipel logistisk regressionsanalys inklusive alla signifikanta oberoende prediktorer (efter att ha kontrollerat dem för kollinearitet) att utföras för att identifiera determinanter för SBT-resultat. Data kommer att analyseras med hjälp av SPSS Software (Chicago, IL, USA). Statistisk signifikans kommer att definieras som p<0,05. Dessutom kommer analoga analyser att utföras för avvänjningsresultat (misslyckande, framgång).

3.2. Statistisk analysplan för studiens 3:e mål

Beräkningen av provstorleken för effektiviteten av IMT (IMT-grupp kontra uthållighetsträningsgrupp) på avvänjningsresultat baseras på en tidigare litteraturgenomgång som utvärderade effekterna av IMT hos svåravvänjda patienter. Enligt proportionerna av avvänjningsframgång som observerades i denna metaanalys, 78 % i IMT-gruppen och 50 % i kontrollgruppen, och om man antar [a]- och [β]-risker på 5 % och 20 %, visar ett urval av 45 patienter bör inkluderas i IMT-gruppen och 45 i uthållighetsträningsgruppen. För dataanalys, när det gäller det första målet med denna studie - jämförelse mellan IMT-grupp x uthållighetsträningsgrupp - kommer chi-square-test att användas för att jämföra avvänjningsframgång mellan grupper och oberoende prov t-test (eller motsvarande icke-parametriska test) kommer att användas används för att jämföra avvänjningslängden mellan grupper. Andra kontinuerliga variabler kommer också att utvärderas genom samma test. Jämförelser av andningsmönsteregenskaper inom patienten kommer att utvärderas med t-test för parade mätningar eller Wilcoxon signed-rank test kommer att utföras enligt normaliteten i provfördelningen. Statistisk signifikans kommer att sättas till p<0,05.