The open lung concept (ventilation med öppen lunga) och nyttjandet av tryck-volymkurvan i optimering av spontanandning hos patienter med akut lungskada
The open lung concept (ventilation med öppen lunga) och nyttjandet av tryck-volymkurvan i optimering av spontanandning hos patienter med akut lungskada
Project number : 250031
Created by: Hannes Lantz, 2018-07-02
Last revised by: Hannes Lantz, 2018-07-06
Project created in: FoU i Västra Götalandsregionen

PublishedPublished

1. Översiktlig projektbeskrivning

Engelsk titel

The open lung concept and the use of the pressure volume curve in optimization of spontaneous breathing in patients with acute lung failure

Populärvetenskaplig sammanfattning av projektet

Akut lungskada (ALI) och acute respiratory distress syndrome (ARDS) är tillstånd som uppkommer i lungorna till följd av primär lungskada eller sekundär inflammatorisk reaktion i lungan, vid svår stress på kroppen. Tillståndet medför svårigheter för den gasutbytande funktion lungorna har, och kräver respiratorbehandling. Trots detta leder tillståndet i 30-40% av fallen till döden. En orsak till detta kan bero på en lungskadande mekanism som den nödvändiga respiratorbehandlingen i viss tillfällen kan medföra. Genom att optimera respiratorbehandlingen skulle en del i denna mekanism kunna minskas och därmed förbättra förutsättningarna för drabbade patienter. Genom att identifiera och studera hur dessa lungskadande mekanismer förekommer och förändras under olika respiratorinställningar, och genom att identifiera särskilt fördelaktiga parametrar på respiratorn, kan en strategi för mindre skadlig respiratorbehandling presenteras. Detta kommer genomföras genom experimentella studier på djur, där resultat senare kommer att överföras till mänskliga studier inom intensivvården.

Vetenskaplig sammanfattning av projektet

Bakgrund: ALI (acute lung injury) och ARDS (acute respiratory distress syndrome) är tillstånd i lungorna orsakade av inflammatorisk aktivitet, vilket inducerar luftvägskollaps och lungödem, som i sin tur orsakar hypoxi. Tillståndet utvecklas snabbt till följd av svår kroppslig stress, som exempelvis svår pneumoni, aspiration eller sepsis, och karakteriseras av bilaterala lunginfiltrat, som inte förklaras av atelektaser eller hjärtsvikt. Trots adekvat behandling är mortaliteten kring 30-40%. Den luftvägskollaps som förekommer leder till ett ökat andningsarbete, då lungområden måste återöppnas under varje inandning, vilket leder till stora energiförluster och risk för utmattning hos drabbade patienter. Behandlingen består i, utöver att identifiera och behandla den utlösande orsaken, att stödja andningen genom respiratorbehandling. På detta sätt kan gasutbytet ökas, energiförlusten minskas och prognosen förbättras. Traditionellt sett har tryckkontrollerad (PCV) eller volymskontrollerad andning (VCV) nyttjats, vilket innebär att muskelrelaxation används, varpå respiratorn levererar ett förinställt tryck eller volym i takt med en förinställd andningsfrekvens. Ett alternativ till detta är tryckunderstödd spontanandning, vilket innebär att respiratorn ger ett förinställt stöd till patientens egna andetag. En variant av denna strategi är så kallad Neurally Adjusted Ventilator Assist (NAVA), vilket bygger på att respiratorn levererar ett andningstryck proportionellt mot diafragmamuskelns EMG-signal, och därmed proportionellt mot patientens andningsförsök. Spontanandning har visat sig förbättra lungans luftfyllnadsgrad, blodet syresaturation och bevarandet av muskelstyrka i diafragman. Däremot har spontanandning även visat sig medföra nackdelar, då en del studier påvisat ökad förekomst av atelektaser samt en ökning av lungskadande rekrytering-derektrytering (R/D), en återkommande öppning och stängning av luftvägar under andningscykeln. R/D leder till slitkrafter i närliggande lungområden, vilket kan förvärra den ursprungliga lungskadan och leda till ventilator-inducerad lungskada (VILI). Ett svar på detta har varit utvecklingen av lungskyddande respiratorbehandling, som bygger på begränsning av patientens andetagsstorlek, så kallad tidalvolym. En annan viktig faktor för att undvika lungskador är det slutexspiratoriska trycket som förekommer i utandningens slutfas, så kallat positivt slutexspiratoriskt tryck (PEEP). PEEP kan förhindra kollaps av luftvägar och öka lungvolymer involverade i gasutbytet. Konsensus gällande optimal PEEP-nivå, särskilt vid nyttjandet av spontananding, har inte nåtts. Lungans reaktion på PEEP-nivå kan studeras genom så kallade tryck-volymkurvor (PV-kurvor), där den expiratoriska och inspiratoriska lungvolymen ställs i relation till applicerat luftvägstryck. PV-kurvan antar olika former beroende på luftvägskollaps eller överuppblåsning. Den exspiratoriska delen av PV-kurvan avslöjar luftvägskollaps genom en så kallad kollapspunkt, där lungvolymen faller snabbt i förhållande till luftvägstrycket. Den exspiratoriska och inspiratoriska delen av PV-kurvan skiljer sig, då det krävs högre luftvägstryck för inspiration än det krävs för exspiration vid samma lungvolym. Arean mellan dessa två kurvor utgör energi som förloras genom uppöppning av lungområden, då tryck x volym = energi. Vår hypotes är att positivt slutexspiratoriskt tryck minskar skadliga fenomen i lungan, under respiratorunderstödd spontanandning vid ARDS, genom att minska rekrytering-derekrytering. Detta kan titreras fram genom att studera tryck-volymkurvor, där man även kan utläsa energiförluster från andningsarbetet, vilket kan minimeras.

Syfte: Vårt mål är att testa denna hypotes fört i djurstudier och därefter testa överförbara resultat i mänskliga studier för att undersöka den optimala PEEP-nivån under spontandning, samt för att utveckla en bedsideteknik för att titrera fram denna optimala PEEP-nivå hos varje enskild patient. På detta sätt utvärderar vi konceptet "the open lung concept" under förhållanden involverande spontanandning.

Metod: Den första delstudien kommer att utföras genom en djurstudie på grisar med ARDS-liknande tillstånd. Försöksdjuren kommer att vara sövda med bevarad spontanandning och andas med hjälp av NAVA-understödd ventilation. Försöksdjuren kommer att placeras i en CT-maskin och under kontinuerlig bildtagning kommer ett PEEP-protokoll att följas, där olika PEEP-nivåer kommer att finnas avbildade på CT-bilderna. Därefter kommer bildanalys ske med avseende på lufthalt i lungans områden samt förekomst av R/D, i mål om att identifiera den mest fördelaktiga PEEP-nivån. En liknande ARDS-modell kommer att användas för mätning av energiförbrukning genom indirekt kalorimetri. Energiförbrukningen kommer att observeras för olika PEEP-nivåer och differensen mellan PEEP-nivåer beräknas, för att identifiera den nivå med lägst energiförlust, respresenterande PEEP-nivån med lägst onödigt andningsarbete. Under denna förändring av PEEP kommer även tryck-volymskurvorna observeras och ställas i korrelation till såväl förekomst av R/D som andningsarbete. Genom att identifiera den PEEP-nivå som medför lägst förekomst av R/D samt minst energiförlust kan karakteristika för PV-kurvan identifieras och därmed belysa ideala andningsförhållanden. Slutligen kommer denna PEEP-titreringsteknik att testa hos patienter med ARDS som vårdas inom intensivvården. Initialt kommer PV-kurvor erhållas och därefter kommer PEEP-nivån titreras fram antingen genom kliniskens standardförfarande eller genom studiens nyutvecklade teknik. Därefter kommer tolerabiliteten, blodets syresaturation samt ventilator- och vitalparametrar observeras. Energiförbrukning kommer att mätas under försöket. Slutligen kommer resultaten användas för att förkasta, bekräfta eller justera den utvecklade titreringsmetoden för att genom PV-kurvor välja den individuellt optimala PEEP-nivån. 

Typ av projekt

Forskningsprojekt

MeSH-termer för att beskriva typ av studier

checked Ingen av ovanstående


(Only selected options are displayed. Click here to display all options)

MeSH-termer för att beskriva ämnesområdet

information Added MeSH terms
Respiratory Distress Syndrome, Adult
A syndrome of life-threatening progressive pulmonary insufficiency in the absence of known pulmonary disease, usually following a systemic insult such as SURGERY or major TRAUMA.
Respiratory Insufficiency
Failure to adequately provide oxygen to cells of the body and to remove excess carbon dioxide from them. (Stedman, 25th ed)
Respiration, Artificial
Any method of artifical breathing that employs mechanical or non-mechanical means to force the air into and out of the lungs. Artificial respiration or ventilation is used in individuals who have stopped breathing or have RESPIRATORY INSUFFICIENCY to increase their intake of oxygen (O2 ) and excretion of carbon dioxide (CO2 ).
Positive-Pressure Respiration
A method of mechanical ventilation in which pressure is maintained to increase the volume of gas remaining in the lungs at the end of expiration, thus reducing the shunting of blood through the lungs and improving gas exchange.
Respiratory Therapy
Care of patients with deficiencies and abnormalities associated with the cardiopulmonary system. It includes the therapeutic use of medical gases and their administrative apparatus, environmental control systems, humidification, aerosols, ventilatory support, bronchopulmonary drainage and exercise, respiratory rehabilitation, assistance with cardiopulmonary resuscitation, and maintenance of natural, artificial, and mechanical airways.
Intensive Care
Advanced and highly specialized care provided to medical or surgical patients whose conditions are life-threatening and require comprehensive care and constant monitoring. It is usually administered in specially equipped units of a health care facility.
Critical Care
Health care provided to a critically ill patient during a medical emergency or crisis.

Projektets delaktighet i utbildning

checked Avhandling


(Only selected options are displayed. Click here to display all options)

2. Projektorganisation och finansiering

Arbetsplatser involverade i projektet

information Added workplaces
Landsting - Västra Götalandsregionen - Specialiserad vård - NU-sjukvården NÄL workplace verified by Västra Götalandsregionen on 2018-02-27
Statligt - Universitet - Uppsala Universitet - Medicinska fakulteten
Institutionen för kirurgiska vetenskaper. Hedenstiernalaboratoriet

Tutor

Gaetano Perchiazzi
Hedenstierna Laboratory - Surgical Sciences - Uppsala University

3. Processen och projektets redovisning

Hur långt har projektet framskridit?

Rekrytering/datainsamling pågår

Projektstart (när planeringen påbörjas och börjar dokumenteras skriftligt)

2017-10-20

The open lung concept (ventilation med öppen lunga) och nyttjandet av tryck-volymkurvan i optimering av spontanandning hos patienter med akut lungskada, from FoU i Västra Götalandsregionen
http://www.researchweb.org/is/en/vgr/project/250031