Integrerad förutsägelse av extubationsresultat av spontanandningsförsöket hos nyfödda spädbarn

Långvarig endotrakeal mekanisk ventilation har betydande negativa effekter hos nyfödda spädbarn inklusive subglottisk stenos, bakteriell kolonisering och bronkopulmonell dysplasi. Neonatal hälso- och sjukvårdspersonal strävar efter att begränsa perioden för mekanisk ventilation till minsta möjliga varaktighet. Beslutet att extubera är vanligtvis ett kliniskt beslut, baserat på nuvarande ventilatorinställningar, analys av blodgaser och barnets övergripande kliniska tillstånd. Å andra sidan misslyckas nyfödda spädbarn extuberingen och kräver återtubation, vilket är en traumatisk invasiv procedur som ytterligare kan förlänga den totala varaktigheten av invasiv mekanisk ventilation. Således kommer noggrann förutsägelse av beredskap för extubationsresultat troligen att medföra en anmärkningsvärd minskning av respiratorisk sjuklighet.

Ett antal studier har utvärderat metoder för att förutsäga extubationsresultat. Av dem har den spontana andningsförsöket (SBT) visat sig hålla det högsta prediktiva värdet: det innebär att ett spädbarn placeras från invasivt mekaniskt tryck med begränsad tidscyklad ventilation till endotrakealt kontinuerligt positivt slutexpiratoriskt tryck (ET-CPAP) under en period 5 minuter under vilken mättnad och hjärtfrekvens övervakas noggrant. Spädbarnet skulle klara testet om det inte finns någon hypoxi eller bradykardi under testet. En framgångsrik SBT har ett positivt prediktivt värde på 93 %, sensitivitet på 97 % och specificitet på 73 %. Kombinationen av en framgångsrik SBT med ökad variabilitet i andningsparametrar under SBT har rapporterats ytterligare öka känsligheten i försöket; tyvärr förblir specificiteten under 75%.

Det bör noteras att på King's College Hospital utgör SBT en del av rutinmässig klinisk vård enligt kliniska riktlinjer och det är upp till den behandlande läkarens gottfinnande att genomföra prövningen före extubering.

Andningsarbetet utförs av andningsmusklerna. Nedsatt andningsmuskelfunktion är förknippad med en högre risk för andningsmuskeltrötthet och andningssvikt och behov av mekanisk ventilation. Andningsmuskelfunktion har identifierats som en oberoende prediktor för extubationsresultat hos mekaniskt ventilerade spädbarn. Ett enkelt sätt att kvantifiera andningsmuskelfunktionen är hastigheten för avslappning av de inandningsmuskler som kan avbildas av hastigheten för minskningen av luftvägstrycksignalen efter ett spontant andetag. I konceptet manifesteras ineffektiv muskelfunktion av ett mer gradvis fall till baslinjen av luftvägstrycket över tiden. Principen som metoden bygger på är att när skelettmuskler drar ihop sig mot ökade yttre belastningar så saktar deras avslappning av till följd av långsammare kalciumupptag av skelettmuskelfibrer. När det gäller fysiska egenskaper tar utmattade muskelfibrer längre tid att slappna av efter kontraktion och denna minskning av avslappningshastigheten kan kvantifieras genom en ökning av tidskonstanten för avslappning och en minskning av den maximala avslappningshastigheten.

Graden av avslappning av de inandningsmusklerna har visat sig exakt beskriva andningsmuskelfunktionen i icke-neonatala populationer. Informationen om avslappningshastigheten för inandningsmuskeln är lätt tillgänglig i ventilatorgrafiken som, som en del av rutinmässig klinisk vård, använder en tryckport och en flödessensor för att registrera luftvägsflöde, levererad volym och tryck över tid. Såvitt utredaren vet har det potentiella värdet av denna information för att förutsäga extubationsresultat hos nyfödda spädbarn hittills inte undersökts.

Vanligtvis skulle andningsmuskeldysfunktion uppstå hos för tidigt födda barn på grund av omognad, minskad muskelmassa och prematuritetsassocierade komorbiditeter. Dessutom har spädbarn med medfödd diafragmabråck (CDH) och främre väggdefekter (AWD) såsom gastroschisis och exomphalos också rapporterats ha nedsatt andningsmuskelfunktion, vilket troligen skulle kunna förhindra framgångsrik extubation i tid. King's College Hospital ger vård för ett stort antal spädbarn med CDH och AWD samtidigt som det har en lång tradition av bedömning av andningsmuskelfunktion hos spädbarn, vilket gör det till den idealiska platsen för att rekrytera spädbarn med CDH och AWD.

Hypotesen från utredaren är att bedömning av andningsmuskelfunktion med användning av hastigheten för avslappning av de inandningsmusklerna under SBT kan förutsäga extubationsresultatet exakt. Denna förutsägelse kan stå oberoende av graden av avslappning eller i samband med SBT-härledda andningsfunktionsparametrar såsom resultatet av SBT och variabiliteten av andningsparametrar under SBT. En integrerad algoritm som innehåller data om luftvägsmuskelfunktioner skulle således kunna produceras. Detta skulle valideras i en stor kohort och skulle kunna öka prediktionsnoggrannheten för extubationsresultat och därmed minska re-intubationsassocierad respiratorisk sjuklighet.

Detta kommer att vara en prospektiv, observerande kohortstudie. Syftet med studien är att mäta graden av avslappning, luftvägsflöde, luftvägstryck, tidalvolym och transkutan syremättnad i alla planerade extubationer under de kommande 12 månaderna på neonatalavdelningen vid King's College Hospital. Data som ska registreras inkluderar grundläggande epidemiologiska parametrar som dräktighet vid födseln, födelsevikt, korrigerad graviditetsålder vid mätning, levnadsdag, vikt vid mätning, blodgasparametrar inom 6 timmar efter SBT och associerade komorbiditeter som kan påverka framgång för SBT såsom öppen ductus arteriosus och aktuella bevis på infektion. Spädbarn med kända genetiska eller kromosomala avvikelser, spädbarn med andra medfödda anomalier än CDH eller AWD och spädbarn med fokal akut lungpatologi som atelektas eller pneumothorax kommer att exkluderas från studien.

Baserat på enhetens verksamhet under de senaste två kronologiska åren, räknar utredarna med att med en framgångsrik samtycke på 80 % kommer det att vara möjligt att mäta 100 spädbarn totalt: 40 för tidigt födda spädbarn, 40 fullgångna spädbarn och 20 spädbarn med CDH och AWD. Eftersom detta är ett nytt index kan direkt effektberäkning inte göras innan studien påbörjas. En interimistisk effektberäkning baserad på pilotdata kommer att genomföras halvvägs genom projektet vid sex månader, för att fastställa den erforderliga urvalsstorleken. Utredarna tror dock att med tanke på att tidigare studier med liknande resultatmått inkluderade betydligt mindre antal deltagare, kommer den uppnådda urvalsstorleken att vara tillräcklig för att målen för studien ska uppnås.

Informerat skriftligt samtycke kommer att begäras från spädbarnens föräldrar eller vårdnadshavare och den behandlande neonatalkonsulten kommer att uppmanas att ge sitt samtycke till studien.

När det kliniska teamet beslutar att ett spädbarn är redo för extubation, kommer utredaren att byta ventilatorn till ET-CPAP vid samma tryck som det positiva exspirationstrycket under mekanisk ventilation. Luftflöde, integrerad tidalvolym och luftvägstryck kommer att registreras med NM3 respirationsfunktionsmonitor (Philips Respironics, Connecticut, USA). Skärmen kommer att anslutas till en bärbar dator (Dell Latitude, Dell, Bracknell, Storbritannien) med anpassad Spectra-programvara (3.0.1.4) (Grove Medical, London, Storbritannien). NM3 andningsprofilmonitorn har en kombinerad tryck-, flödes- och koldioxidsensor och denna kommer att placeras i linje mellan respiratorkretsen och endotrakealtuben. NM3-monitorn är automatiskt kalibrerad för flöde och tryck. Flödet kommer att mätas med hjälp av en pneumotakograf med fast öppning. Ett av rören från pneumotakografen kommer att anslutas till en andra tryckgivare för att mäta luftvägstrycket. Syremättnad och pulsmätning kommer också att utföras.

En misslyckad SBT kommer att registreras om barnet har antingen bradykardi i mer än 15 sekunder och/eller ett fall i SpO2 under 85 % trots en 15 % ökning av FIO2. Vid denna tidpunkt kommer studien att stoppas och ventilationen kommer att startas om.

Spädbarn kommer att extuberas till antingen nasal CPAP eller högflödes nasal kanylsyre efter läkarens bedömning.

Det primära studieresultatet kommer att vara reintubation inom 72 timmar efter extubering. Indikationerna för återtubation kommer att vara: (a) mer än sex episoder av apné som kräver stimulering på sex timmar, eller mer än en signifikant episod av apné som kräver pås- och maskventilation; (b) respiratorisk acidos: PaCO2 >8,5 kPa och pH,7,25; (c)FIO2>0,60 för att upprätthålla SpO2 i intervallet 90-95%.

Om spädbarnet har antingen bradykardi i mer än 15 sekunder och/eller ett fall i SpO2 under 85 % trots en 15 % ökning av FIO2, kommer studien att stoppas och ventilationen startas om. Strikta infektionskontrollpolicyer kommer att följas enligt enhetens riktlinjer.

Data kommer att lagras tills barnet är 25 år. Kontinuerliga resultat kommer att jämföras mellan för tidigt födda och fullgångna spädbarn och mellan fullgångna spädbarn och spädbarn med CDH/AWD. Students t-test kommer att användas när data är normalfördelad och Mann-Whitney U-test när det är skevt. Kategoriska data kommer att bedömas med Fishers tvåsvansade exakta test. P<0,05 kommer att anses signifikant. Förmågan hos andningsvariabler att exakt skilja mellan framgångsrik och misslyckad extubering kommer att bedömas med hjälp av kurvor för mottagarens funktion. Ett värde på arean under kurvan på 0,5 kommer att indikera inget diskriminerande värde, och ett värde >0,8 kommer att föreslå ett högt prediktivt värde. Standardformler kommer att användas för att beräkna sensitivitet, specificitet och positiva och negativa prediktiva värden och sannolikhetsförhållanden. Statistiska analyser kommer att utföras med SPSS-mjukvara (SPSS Inc, Chicago, Illinois, USA).

Utredarna förutser att genom att införliva information om andningsmuskelfunktionen under SBT, kommer det att vara möjligt att skapa en algoritm som exakt kommer att förutsäga extubationsresultat hos mekaniskt ventilerade spädbarn. Utredarna vill också visa att graden av avslappning av andningsmuskeln kan vara olika hos prematura spädbarn, hos fullgångna spädbarn och hos spädbarn med kirurgiskt korrigerade anomalier som CDH och AWD. Dessa resultat kommer att införlivas i lokal klinisk praxis och utgöra en riktlinje om "när man säkert ska extubera" spädbarn på mekanisk ventilation. Detta kommer att minska andningssjukligheten i samband med både långvarig ventilation och misslyckad extubation och återintubation.