Rollen av kretsflöde under mekanisk ventilation av nyfödda (E-Flow)

- Bakgrund till projektet

Cirka 1,5 % av nyfödda behöver mekanisk ventilation. Även om mekanisk ventilation kan vara livräddande för nyfödda med andningssvikt, kan den orsaka lungskada på grund av för högt luftvägstryck (barotrauma), leverans av höga tidalvolymer (volutrauma) och upprepad stängning/återöppning av lungenheter (atelektotrauma)1 . Mycket prematura nyfödda är särskilt sårbara för ventilatorinducerad lungskada. Ventilatorassocierad lungskada är en av flera faktorer som bidrar till bördan av kronisk lungsjukdom i spädbarnsåldern, även kallad bronkopulmonell dysplasi (BPD).

Ventilatorer har flera olika lägen. Det mest använda läget är, tidscykliskt, tryckbegränsat, där läkaren ställer in den inspirerade syrenivån, toppuppblåsningstrycket (PIP), hastighet och uppblåsningstid för ventilatorn. I detta läge är uppblåsningarna vanligtvis synkroniserade med barnets andning. Detta är antingen Synchronized Intermittent Positive Pressure Ventilation (SIPPV), där ventilatorn synkroniserar uppblåsningar med barnets alla andetag, eller Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation (SIMV), där ventilatorn endast synkroniserar med ett visst antal andetag. Dessa kan levereras med eller utan inriktning av tidalvolymen som levereras till ett inställt värde genom att justera det maximala uppblåsningstrycket. Detta läge kallas volymgaranti (VG). Ett liknande ventilationsläge är flödescykel eller tryckstödsventilation (PSV) och kan kombineras med tidvattenvolymmål 2. I detta läge avbryts uppblåsningen så snart flödet sjunker till 15 % av det maximala flödet under uppblåsning.

Dessa lägen har ett kontinuerligt gasflöde genom ventilationskretsen. Uppblåsningen startar och trycket stiger när expirationsventilen stängs. Kretsflödeshastigheten ändrar ventilationsvågformerna. Med tidsstyrd ventilation ju högre kretsflödet är, desto snabbare stiger trycket, lungan är utbredd och potentiellt skadad, och ju tidigare den inställda PIP uppnås. Ett högt flöde, med en relativt lång uppblåsningstid kommer att resultera i en "tryckplatå", det vill säga att PIP upprätthålls efter att flödet, in i barnet, har stannat eftersom lungvolymen är maximal vid den PIP som används (Figur 1). I PSV upphör inflationen när flödet har minskat till ~15 % av toppflödet och så blir uppblåsningstiden kortare. Ökning av enhetens flöde förkortar uppblåsningstiden och minskar därmed medeltrycket i luftvägarna.

Trots effekterna på ventilationsmönster och hastigheten av lungutvidgning och skada har kretsflödet sällan beaktats. Enligt protokoll är den vanligtvis inställd på 7-10 L/min när ventilatorn är påslagen och den inte ändras.

Detta är relativt högt och ger vanligtvis en "fyrkantig" tryckvågform med en snabb utvidgning av lungorna och en ihållande tryckplatå. (se A i figur 1) Med PSV resulterar ett högt flöde i en relativt kort uppblåsningstid (~0,2 sek; det måste vara minst 0,3 sek för adekvat lungluftning). Det finns inga bevis för att dessa höga flöden är bäst för optimal ventilation och minimal lungskada. I en modell för prematura lamm fanns inga negativa effekter på gasutbyte eller kardiovaskulära parametrar förrän flödet reducerades till 3 l/min 3. I djurstudier resulterade ventilation med högt flöde i histologiska och molekylära förändringar av lungskada 4. Effekten av att sänka ventilatorkretsens flödeshastighet har aldrig undersökts i kliniska studier.

Dräger Babylog VN500-ventilatorn har ett alternativ till att ställa in ett gasflöde: användaren kan ställa in lutningstiden istället, det vill säga tiden som krävs för att nå det inställda trycket. I Cambridge är det undantagslöst inställt på 0,08 sek vilket resulterar i ett flöde ~7 l/min. Eftersom vi använder en uppblåsningstid mellan 0,33 - 0,45 sek, finns det en tryckplatå som varar i minst 0,25 sek och ihållande uppblåsning med lite eller inget flöde.

Utredarna är de första att utveckla ett unikt system för att ladda ner och analysera data från Dräger VN500 neonatal ventilator. Med hjälp av programvaran DataGrabber som erhållits från Dräger Medical kan utredarna hämta ventilatorparametrar med 100Hz frekvens under långa perioder (timmar och till och med dagar). För att analysera och visualisera de stora datamängderna utvecklade utredarna ett arbetsflöde för dataanalys med hjälp av programmeringsspråket Python och dess tilläggspaket (Figur 2). Med detta verktyg kan utredarna nu studera detaljer om varje uppblåsning och spontant andetag. Utredarna har registrerat detaljerade uppgifter från 30 spädbarn och visat att det är genomförbart, korrekt och att utredarna har expertis (Belteki et al, inlämnat).

I denna ansökan föreslår utredarna att undersöka effekten av olika lutningstider (och därför olika nivåer av kretsflöde) på ventilationsparametrar och gasutbyte hos för tidigt födda barn. Utredarna antar att en längre lutningstid (= lägre kretsflöde) kommer att tänja ut lungorna mer försiktigt men samtidigt bibehålla ventilation och gasutbyte.

• Intervention:

Studien är en inom patientövergångsdesign som jämför korta perioder av ventilation med olika lutningstider både i SIPPV-VG- och PSV-VG-lägen med följande interventioner:

Ett nedladdningsverktyg för ventilator och transkutana och utgångna CO2-monitorer är anslutna till ventilatorn och datanedladdningen påbörjas medan barnet ventileras med de parametrar som används av det kliniska teamet. En arteriell blodgas utförs. De ventilerade parametrarna ändras enligt nedan. Ordningen på dessa epoker är randomiserad. En annan arteriell blodgas utförs. Ventilatorn ändras tillbaka till de ursprungliga parametrarna (eller annorlunda beroende på vad som är lämpligt av blodgasen). Ventilatordata och CO2-registrering kommer att fortsätta i ytterligare 30 minuter.

Interventioner

Duration Ventilator Mer Slopetid Inspirationstid[max] 15 min SIPPV-VG 0.08 0.40 15 min PSV-VG 0.08 [0.60] 15 min PSV-VG 0.16 [0.60] 15 min SIPPV-VG 0.16 15 min SIPPV-0.402 0.402 min PSV-VG 0,24 [0,60] 15 min PSV-VG 0,32 [0,60] 15 min SIPPV-VG 0,32 0,40 15 min SIPPV-VG 0,40 0,40 115 min PSV-VG 0,40 [0,60]

Total studietid är 220 minuter. En forskare kommer att vara närvarande kontinuerligt. FiO2 kommer att justeras om det behövs för att bibehålla mättnad mellan 90-95 %. Om FiO2 stiger >15% eller sluttidal CO2 stiger >1,5kPa över förstudienivån, kommer den interventionen att överges.

Jämförelse:

Vid varje lutningstid kommer följande parametrar att bestämmas och jämföras med de som registrerats vid 0,08 sekunders lutningstid: (1) toppuppblåsningstryck, (2) uppblåsningsvaraktighet, (3) uppblåsningsplatåns varaktighet, (4) varaktighet utan gas flöde, (5) utandat tidal och minutvolymer (obligatorisk/spontan, inspiratorisk/expiratorisk, (6) ventilatorhastighet, (7) FiO2, (8) transkutan och/eller sluttidal CO2 och, (9) interaktion mellan ventilatoruppblåsningar och barnets andetag. Värden för SIPPV och PSV kommer också att jämföras.