无创通气 (NIV) 对脑氧合的影响

背景

近红外光谱 (NIRS) 是一种测量组织血流的非侵入性方法，于 1977 年首次用于脑组织氧合。1 NIRS 是一种光谱技术，它使用电磁波 (700-950nm)、发射器和一个探测器。 在过去的 20 年里，NIRS 的仪器和应用有了巨大的发展。 这种技术现在可以测量脑组织的氧合作用。 2-13 INVOS 脑血氧仪 (IBO) 是一种可靠的趋势监测器，用于监测局部脑氧合 (rSO2) 的变化，并使用基于 Beer-Lambert 定律的算法与静脉血、毛细血管血和动脉血中的血红蛋白饱和度相关联。 4,14 IBO 系统使用波长在 730-810 nm 之间的光，可穿透人体各层，其中包括皮肤、头骨和大脑。 它要么散布在组织内，要么被存在的生色团吸收。 在相当透明的近红外区域，有许多吸收光的发色团，但就氧合作用而言只有三种是重要的，即血红蛋白 (HbO2)、脱氧血红蛋白 (Hb) 和细胞色素氧化酶 (CtOx)。 含氧和脱氧血红蛋白吸收不同波长的光，从而区分这两种形式的血红蛋白。 15 传感器（“SomaSensors”）使用集成的医疗级粘合剂贴在患者的前额上。 16 该方法通过在传感器中使用两个源-检测器距离来应用：一个“近”距离（浅），距离源 3 厘米，一个“远”距离（深），距离源 4 厘米。 两个样本都同样能很好地穿透光源下方的组织，不同之处在于 4 厘米的源检测器测量大脑更深处的信号。 8,17 从远处样本中减去近处样本应该会留下主要来自大脑皮层的信号。 16 脑氧合的适当管理是所有麻醉程序的重要组成部分。 尽管如此，在围手术期和重症监护治疗期间，大脑仍然是监测最少的器官之一。 到目前为止，仅在接受心脏手术或脑血管手术的患者、接受重大腹部手术的老年患者和新生儿中研究了近红外光谱作为一种测量脑氧合方法的麻醉学应用。 18-21 这些研究表明，测量的脑氧合受毛细血管床动脉或静脉部分血液的相对比例、血红蛋白浓度和全身饱和度以及心输出量的影响。 全身饱和度 (SaO2) 改变对脑氧合 (rSO2) 的确切影响仍然未知。 目前假设 rSO2 与 SaO2 直接相关，因此 SaO2 的增加也会导致 rSO2 的增加。 动脉血中的氧气量取决于吸入氧气和肺部气体交换。 这两个参数主要受个人呼吸换气的影响。 患有慢性呼吸衰竭或只是暂时（急性）呼吸不足（例如在全身麻醉后）的患者通常接受持续气道正压通气 (CPAP) 治疗。 它还常用于治疗睡眠呼吸暂停和新生儿（尤其是早产儿）。 在这些患者中，CPAP 通气可以避免气管（重新）插管的需要，或能够提前拔管。

CPAP 疗法由旧金山加利福尼亚大学新生儿 ICU 的 George Gregory 博士及其同事于 1971 年开发[22]，然后于 1981 年由澳大利亚悉尼皇家阿尔弗雷德王子医院的 Colin Sullivan 教授改进。 23 最初，CPAP 疗法主要用于在家中治疗阻塞性睡眠呼吸暂停。 如今，它作为一种无创机械通气形式普遍应用于 ICU。 那里通常保留给通过面罩进行的氧气治疗不足的患者亚组。 接受 CPAP 治疗的患者在 ICU 环境中受到密切监测。 该治疗通过建立呼气末正压 (PEEP) 来支持患者的自主呼吸。 大多数患者所需的压力在 5 到 12 cmH2O 之间。 患者可以单独确定他或她自己的呼吸频率以及呼吸深度。

目标：

主要研究目标是研究 CPAP 治疗对与生命参数、血红蛋白、SaO2（通过 BGA 分析）和 SpO2 相关的 rSO2 的影响。 这些组合测量可用于进一步描述 CPAP 治疗对 rSO2 的影响。 到目前为止，这种研究还没有在重症监护病房的病人身上进行过。 因此，该项目旨在获得有关 CPAP 治疗对脑饱和度影响的新见解。 此外，SaO2 和重要参数的差异将与 rSO2 相关。 还将记录在 CPAP 治疗期间出现的呕吐和恶心、头痛和情绪激动。

以下参数将被测量、计算并记录在 CRF（病例报告表）中：

• 血压 (BP)
• 心率 (HR) 和节律
• rSO2（左右半球）
• BGA：动脉血氧分压（PaO2）
• BGA：pH、电解质（Na、K、Ca）、葡萄糖、乳酸、SaO2
• BGA：Hb、Hk、MetHb、CoHb、SO2、pCO2、BE、SBC
• 通气：CPAP、MV、RR、TV、压力支持、Pmean
• ASA分类：1-6
• CPAP 下的身体疾病，是或否，如果指定是：

眼睛、耳朵、鼻子、喉咙呼吸心血管肌肉骨骼泌尿生殖系统皮肤内分泌神经精神病学假说

原假设和备择假设：

H0：CPAP 治疗期间 rSO2 没有变化。 H1：CPAP 治疗期间 rSO2 有变化。 I 类和 II 类错误和功效 α = 0.05 功效 = 0.9 中期分析

• 统计方法随机观察实验单中心临床试验。
• 样本量计算：

配对 t 检验，差异均值：5%，差异 SD：10%；效应量为 0.5；双侧错误概率：0.05；功率：0.9；总样本量：50 名患者。 （包括 5% 的辍学率）。

方法 这项随机临床研究将包括 50 名 18 岁以上的受试者，他们在维也纳医科大学的 ICU（13C1、13C2、13C3、13B1、13I1、9D、E11（神经外科 ICU））接受治疗，需要间歇性 CPAP 治疗。 申请人和临床研究者都不会参与有关 CPAP 治疗适应症的决定。

该研究将根据赫尔辛基宣言（1964 年）、良好临床实践 (GCP) 指南以及 Equator 网络网站建议（包括当前修订版）进行。 研究方案将提交给维也纳医科大学伦理委员会进行伦理批准。 该研究将在 clinicaltrials.gov 注册。 参与临床研究将独立于患者入住 ICU 的医学指征。 在被允许参加研究之前，受试者必须在以他或她可以理解的形式解释该程序的性质、范围和可能的后果之后同意参与。 患者必须以口头和书面形式表示同意。 个人的同意将由调查员签字确认。 所有受试者姓名都将在调查人员的档案中保密。 受试者将通过记录和评估在研究期间分配给他们的整个数字中被识别。 参与者将被告知整个研究数据将被保密存储和处理。 将使用通过病例报告表的数据协议。

试验持续时间为 30 分钟。 该研究在 CPAP 治疗前 15 分钟开始，当患者的 rSO2 在 CPAP 治疗下达到稳定状态时结束（3 分钟内 rSO2 无变化 ± 2%，最长 15 分钟）。 参与者不需要参加任何后续访问。

这项研究将在前额接触良好的患者中进行。 NIRS 测量 (IBO) 将在头部两侧的额叶皮层上进行。 用软布或棉垫擦拭患者额头后，必须连接发射和检测探头。 在整个调查过程中，将记录 SaO2、血压（以 3 分钟为间隔连续侵入或非侵入）和 ECG。 这些生命体征是 ICU 常规监测的一部分。 试验将包括两部分，即有或没有通气辅助。 在有或没有 CPAP 治疗的情况下开始研究的顺序将是随机的。 在每个部分期间，将执行测量直到达到稳定状态（rSO2 没有变化 ± 2%，持续 3 分钟），但最长持续时间为 15 分钟。 检查安全、无创、无痛，并且可以通过便携式设备非常灵活、快速且经济高效地进行。 从右半球和左半球收集数据。

该设备系统只能根据批准的研究计划和 CE 证书，用于接受 CPAP 治疗并签署知情同意书的受试者。 该设备的使用仅限于经批准的研究调查人员。 在每个检查间隔之后，将执行 BGA。

之所以对 ICU 患者进行这项研究，原因如下。 由于必须由专业人员安装具有附加 CPAP 模式的呼吸机，因此患有呼吸系统疾病并需要通气辅助的患者很少位于普通医院病房。 此外，这些患者需要密切监测，这可以在 ICU 环境中得到保证。

孕妇以及患有严重瓣膜或神经系统疾病的个体将不包括在观察研究中。

在验证 CPAP 治疗的适应症并检查入组和排除标准后，将招募患者进行研究。

该研究将分为两个数据收集部分，都在一个会话中进行。

1. CPAP 前 15 分钟：

   • 开始收集连续动脉血压测量 (ABP) 的数据
   • 或非侵入性 (NIBP) 直到研究结束
   • 在两个大脑半球 (INVOS 5100C) 上开始 NIRS 测量，直到程序完成
   • 抽取动脉或静脉（根据可用途径）血样进行血气分析 (BGA)

2. 使用 CPAP 15 分钟：

   • 第 1 点中执行的测量（ABP/NIBP、NIRS）将继续
   • 取另一条动脉我们的静脉（根据可用线）血样用于 BGA

第 1 点和第 2 点的顺序（不使用或使用 CPAP）将随机分为同一患者的第 1 组和第 2 组。

经营目标

1. 第一年：起草研究提案。 目的： - 文献检索和审查

   • 草拟研究计划书
   • 项目实现的详细规划

   简短描述：将回顾当前关于 CPAP 治疗、NIRS 和 rSO2 的文献。 研究实施的确切计划将在收到伦理委员会的积极投票后开始。 详细的研究方案将在文献回顾和初步测量后编写。

2. 第二年：项目启动

   目的： - 进行初步测量和改进研究方案

   • 研究的执行
   • 评估结果

   简短描述：将使用 NIRS 进行初步测量，之后将改进研究方案。 根据修改后的协议，该研究将在 MUW 的 ICU 上进行。

3. rd年：立项，统计评估；数据解读和论文写作。

目的： - 数据评估

• 统计分析
• 结果解读
• 起草论文的初步版本
• 修改论文给导师的意见
• 撰写研究论文以发表研究结果

简短说明：研究完成后，将对所有收集的数据进行评估并进行统计分析。 将根据这些结果起草未来的后续研究。 作为“肺”研究小组的一部分，申请人将有时间从事他的研究项目。

合作安排 该项目将在 MUW 的麻醉、一般重症监护和疼痛管理部门进行。

展望和进一步的项目

几个关注 rSO2 在其他环境中变化的影响的项目是可能的：

• 重症监护病房治疗
• 全身麻醉

参考文献 1-23