Neuronale Steuerung der druckunterstützten Beatmung verbessert die Patient-Respirator-Synchronie bei Patienten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems: eine prospektive Cross-Over-Studie
Die druckunterstützte Beatmung (PSV) ist einer der am häufigsten eingesetzten Modi der mechanischen Beatmung bei Patienten mit respiratorischer Insuffizienz. Sie zielt darauf ab, die Atemarbeit des Patienten durch partielle ventilatorische Unterstützung zu reduzieren. Konventionelle druckunterstützte Beatmung (PSP), die auf pneumatischen Signalen wie Fluss oder Druck zur Triggerung und Abschaltung des Respirators basiert, führt jedoch häufig zu Patient-Respirator-Asynchronien. Diese Asynchronien können den inspiratorischen Effort erhöhen, die Beatmungsdauer verlängern und die klinischen Outcomes verschlechtern. Um diese Limitationen zu adressieren, wurde die neuronal gesteuerte Druckunterstützung (PSN) als Alternative vorgeschlagen. PSN nutzt die elektrische Aktivität des Zwerchfells (EAdi) zur Triggerung und Abschaltung des Respirators, wodurch die Patient-Respirator-Synchronie theoretisch verbessert und der inspiratorische Effort reduziert werden soll.
Diese Studie verglich die Auswirkungen von PSN und PSP auf die Patient-Respirator-Synchronie, den inspiratorischen Effort und das Atemmuster bei Patienten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems. Drei Patientengruppen wurden eingeschlossen: postoperative Patienten ohne respiratorische Komorbiditäten, Patienten mit akutem respiratorischem Distress-Syndrom (ARDS) und restriktivem akutem Lungenversagen (ARF) sowie Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) und gemischt restriktiv-obstruktivem ARF. Primäres Ziel war die Bewertung des Ausmaßes der Asynchronie mittels des totalen Asynchronie-Index (AI) sowie der Einfluss von PSN und PSP auf den inspiratorischen Effort und das Atemmuster.
Es wurden 24 Patienten in drei Gruppen zu je acht Patienten eingeschlossen. Die postoperative Gruppe umfasste Patienten nach kürzlicher Operation ohne respiratorische Vorerkrankungen. Die ARDS-Gruppe bestand aus Patienten mit ARDS und restriktivem ARF (charakterisiert durch niedrige statische Compliance des respiratorischen Systems, CRS). Die COPD-Gruppe umfasste Patienten mit COPD und gemischt restriktiv-obstruktivem ARF (charakterisiert durch hohen Atemwegswiderstand, RRS). Ausschlusskriterien waren neuromuskuläre Erkrankungen, hämodynamische Instabilität oder Kontraindikationen für eine nasogastrale Sonde.
In der Cross-Over-Studie erhielt jeder Patient sowohl PSP als auch PSN bei zwei Unterstützungsniveaus: 100 % und 150 % des initialen Druckunterstützungslevels. Das initiale Level wurde zur Erzielung eines Tidalvolumens (VT) von 6 ml/kg des idealen Körpergewichts (PBW) eingestellt. Jede Bedingung wurde für 20 Minuten aufrechterhalten, die Reihenfolge der Modi war randomisiert.
PSP erfolgte mittels Flow-Trigger (1,4 l/min) und Abschaltkriterium bei 30 % des inspiratorischen Spitzenflusses. PSN wurde im NAVA-Modus (Neurally Adjusted Ventilatory Assist) durchgeführt, mit maximalem NAVA-Level (15 cmH₂O/mV) und angepassten Druckobergrenzen zur Zielerreichung. Die Triggerung basierte auf EAdi (0,5 mV), die Abschaltung bei 70 % des EAdi-Peaks.
Patient-Respirator-Interaktionen wurden anhand von Makro- und Mikroasynchronien analysiert. Makroasynchronien umfassten ineffektives Triggering, Auto-Triggering und Doppel-Triggering. Mikroasynchronien beinhalteten inspiratorische Triggerverzögerung, vorzeitige oder verzögerte Abschaltung. Der totale AI wurde als Summe aller Asynchronien dividiert durch die neurale Atemfrequenz berechnet. Der inspiratorische Effort wurde mittels prätiggerbezogener (PTPes-trig) und totaler (PTPes) Ösophagusdruck-Zeit-Produkte evaluiert.
Ergebnisse
PSN reduzierte den totalen AI im Vergleich zu PSP konsistent in allen Gruppen. In der COPD-Gruppe lag der AI unter PSN bei 100 % (3 % vs. 93 %, p = 0,012) und 150 % Unterstützung (8 % vs. 104 %, p = 0,012) signifikant niedriger. In der ARDS-Gruppe zeigte sich unter PSN bei 100 % (8 % vs. 29 %, p = 0,012) und 150 % (16 % vs. 41 %, p = 0,017) eine Reduktion. Postoperative Patienten wiesen unter PSN bei 100 % (21 % vs. 35 %, p = 0,012) und 150 % (15 % vs. 50 %, p = 0,017) ebenfalls niedrigere AI-Werte auf.
Die Reduktion des AI unter PSN resultierte primär aus verringerten Mikroasynchronien, insbesondere Triggerverzögerungen und Abschaltfehlern. Bei COPD-Patienten reduzierte PSN verzögerte Abschaltungen, die unter PSP prävalent waren. Bei ARDS- und postoperativen Patienten verbesserte PSN die Synchronisation zwischen ventilatorischer Unterstützung und neuralem Atemantrieb.
Die Triggerverzögerung verringerte sich unter PSN signifikant: Bei COPD-Patienten von 197 ms (PSP) auf 81 ms (PSN), bei ARDS-Patienten von 126 ms auf 81 ms und postoperativ von 144 ms auf 81 ms. Der inspiratorische Effort (PTPes-trig und PTPes) war unter PSN bei COPD- und ARDS-Patienten signifikant reduziert. Bei COPD sank PTPes-trig von 0,6 cmH₂O·s/min (PSP) auf 0,3 cmH₂O·s/min (PSN), bei ARDS von 0,4 auf 0,2 cmH₂O·s/min. Postoperativ war die Reduktion weniger ausgeprägt, aber bei 100 % Unterstützung signifikant.
Die Atemmuster (VT, Atemfrequenz, neurale inspiratorische Zeit) unterschieden sich nicht zwischen PSN und PSP. Eine Erhöhung des Unterstützungsniveaus auf 150 % führte bei allen Gruppen zu erhöhtem VT, reduzierter EAdi und erhöhtem Spitzendruck. Bei COPD-Patienten sank die Atemfrequenz unter PSP, nicht jedoch unter PSN.
Schlussfolgerung
PSN verbessert die Patient-Respirator-Synchronie unabhängig vom Unterstützungsniveau oder den mechanischen Eigenschaften des respiratorischen Systems. Es reduziert den Triggereffort und die inspiratorische Belastung bei COPD- und ARDS-Patienten, was es zu einer vielversprechenden Alternative zu PSP macht. Die Studie unterstreicht, dass höhere Unterstützungsniveaus unter PSP die Asynchronie verstärken, während PSN die Synchronie auch bei erhöhter Unterstützung aufrechterhält. Die neuronale Steuerung mittels EAdi ermöglicht eine präzisere Anpassung der Beatmung an den neuralen Atemantrieb, was Komfort und Outcomes verbessern könnte. PSN sollte insbesondere bei Patienten mit komplexer respiratorischer Mechanik erwogen werden.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001357