Beademen na een hartoperatie is een uitdaging. Zorgvuldige bewaking en medisch toezicht zijn belangrijk vanwege de risico’s op complicaties, maar verhogen de werkdruk van zorgverleners. Closed-loop geautomatiseerde beademing kan in dit opzicht een oplossing zijn.
Mechanische beademing
Mechanische beademing is een medische procedure waarbij een beademingsmachine wordt gebruikt om op kunstmatige wijze lucht in en uit iemands longen te bewegen. Deze ondersteunt patiënten die niet voldoende zelfstandig kunnen ademen. De beademingsmachine creëert positieve druk in de longen om in te ademen en vermindert deze druk om uit te ademen. De machine wordt gebruikt bij verschillende aandoeningen, zoals longinfecties, acuut longletsel, verlamming van de ademhalingsspieren, coma of ruggenmergletsel, en ook bij patiënten na en grote operatie. Het adequaat instellen van parameters – zoals druk, volume, zuurstofniveau, en ademfrequentie – is cruciaal. Deze instellingen moeten daarnaast worden aangepast aan de behoeften van de patiënt om dit proces veilig te laten verlopen.
Closed-loop geautomatiseerde beademing
Bij closed-loop geautomatiseerde mechanische beademing worden de instellingen van de beademingsmachine automatisch aangepast aan de patiënt. Daarbij worden gegevens zoals luchtwegdruk, volume, en koolzuur- en zuurstofniveau gemeten met behulp van verschillende sensoren, waarna geavanceerde algoritmen de verschillende beademingsinstellingen automatisch optimaliseren. Het doel is effectieve beademing, maar vooral ademhalingsondersteuning met minder risico op complicaties. Gespecialiseerde apparatuur en training zijn hierbij vereist, en zorgvuldig monitoren blijft belangrijk.
Hoe ‘goed’ is closed-loop geautomatiseerde beademing?
Meerdere onderzoeken bij ernstig zieke patiënten laten zien dat closed-loop geautomatiseerde beademing veilig is, maar vooral ook in staat om ademhalingsondersteuning te bieden op zo’n manier dat de risico’s op complicaties laag blijven. We weten echter nog niet goed welke sensoren het beste kunnen worden gebruikt voor closed-loop geautomatiseerde beademing, bijvoorbeeld voor het meten van het koolzuurniveau.
Capnografie
Capnografie is een medische techniek die het koolzuurniveau meet in de uitademingslucht van een patiënt. Het biedt feedback over de ademhalingsstatus van een patiënt en de effectiviteit van beademing. Sidestream- en mainstream-capnografie zijn twee verschillende methoden voor het meten van het koolzuurniveau.
Wat is het verschil tussen sidestream- en mainstream-capnografie?
Bij sidestream-capnografie wordt een speciale meetsonde gebruikt die op het beademingscircuit is aangesloten (Figuur 1). Een klein monster van de uitgeademde lucht wordt door een buisje naar de meetsonde geleid, waar het koolzuurniveau wordt gemeten. Het voordeel van sidestream capnografie is dat het flexibiliteit biedt in de plaatsing van de meetsonde, omdat deze kan worden aangesloten op verschillende ademhalingsbronnen. Het nadeel is dat het monster van de uitgeademde lucht enige tijd nodig heeft om de meetsonde te bereiken, wat kan leiden tot een kleine vertraging in de metingen.
Mainstream-capnografie daarentegen plaatst de koolzuursensor direct in het ademhalingscircuit dicht bij de patiënt, tussen beademingsbuis en de beademingsmachine. De koolzuursensor meet direct het koolzuurniveau van de uitgeademde lucht terwijl deze de luchtwegen verlaat. Het voordeel van mainstream-capnografie is dat het onmiddellijke, realtime metingen biedt zonder vertraging. Het nadeel is dat de koolzuursensor fysiek in het ademhalingscircuit moet worden geplaatst, wat extra weerstand en gewicht op het circuit kan veroorzaken.
De POSITiVE- en de INTELLiSTREAM-studie
In een singlecenter onderzoek genaamd ‘Postoperative INTELLiVENT-ASV Ventilation’ (POSITiVE) werden INTELLiVENT-Adaptive Support Ventilation (ASV), een closed-loop geautomatiseerde beademingsvorm die automatisch de volumes en drukken, en het zuurstofniveau aanpast, vergeleken met standaard, niet-geautomatiseerde beademing bij patiënten die postoperatieve beademing ondergingen na een geplande hartoperatie (De Bie et al., 2020). Het eindpunt van deze in Eindhoven uitgevoerde randomized clinical trial was de kwaliteit van ademhaling, gemeten via de gebruikte volumes en drukken, en de adequaatheid van de gasuitwisseling. Elke ademteug werd aan de hand van deze drie criteria beoordeeld als ‘optimaal’, ‘acceptabel’, of ‘kritisch’.
‘POSITiVE’ liet zien dat met INTELLiVENT-ASV de kwaliteit van ademhaling beter was dan met de standaard, niet-geautomatiseerde beademing wat betreft het aantal ademhalingen in de vooraf bepaalde ‘optimale’ beademingszone (Figuur 2).
In een singlecenter onderzoek genaamd ‘INTELLiVENT-ASV using mainstream versus sidestream capnography in cardiac surgery patients (INTELLiSTREAM)’ werden sidestream- en mainstream-capnografie met elkaar vergeleken bij patiënten die postoperatieve beademing met INTELLiVENT-ASV ondergingen na een geplande hartoperatie (Nijbroek et al., 2023). Het eindpunt van deze in Amsterdam uitgevoerde randomized clinical trial was opnieuw de kwaliteit van ademhaling.
‘INTELLiSTREAM’ liet zien dat INTELLiVENT-ASV met sidestream-capnografie niet gelijkwaardig was aan INTELLiVENT-ASV met mainstream-capnografie wat betreft het aantal ademhalingen in de vooraf bepaalde ‘optimale’ beademingszone. De bevindingen van deze studie ondersteunen het gebruik van sidestream-capnografie dus niet tijdens beademing met INTELLiVENT-ASV in situaties waar mainstream-capnografie beschikbaar is (Figuur 2). Echter, wanneer de gegevens van de beide studies naast elkaar worden gelegd, mag wel geconcludeerd worden dat de kwaliteit van ademhaling met INTELLiVENT-ASV met sidestream-capnografie beter was dan bij niet-geautomatiseerde beademing.
Nog lopende en aankomende studies
De bevindingen van de singlecenter ‘POSITiVE’ moeten nog bevestigd worden in een internationale multicenter studie. Een onderzoek genaamd ‘POStoperative INTELLiVENT–adaptive support VEntilation in cardiac surgery patients II’ (POSITiVE II) is een nieuwe studie die in Wenen (Oostenrijk), Zagreb (Kroatië), Zurich (Zwitserland), Varese (Italië) en Amsterdam en Eindhoven zal gaan plaatsvinden. Deze nieuwe randomized clinical trial vergelijkt de bovengenoemde closed-loop geautomatiseerde beademingsvorm met standaard beademing bij patiënten die postoperatieve beademing ondergingen na een geplande hartoperatie.
Momenteel wordt de meerwaarde van closed-loop geautomatiseerde beademing getest in een groep intensive care unit-patiënten met verschillende aandoeningen, zoals longinfecties, acuut longletsel, in een gerandomiseerde studie genaamd ‘Effect of Automated Closed-loop Ventilation versus ConvenTional VEntilation on Duration and Quality of Ventilation in Critically Ill Patients’ (ACTiVE) (Botta et al., 2022). Ook is al een nieuwe studie gepland bij kritiek zieke patiënten met hersentrauma in Genua (Italië). Bij kritiek zieke patiënten met hersentrauma is het nog belangrijker is om zoveel mogelijk ademhalingen in de ‘optimale’ ventilatiezone te hebben. Gezien de bevindingen van ‘INTELLiSTREAM’ wordt in deze studies alleen gebruik gemaakt van mainstream-capnografie.
Over de auteurs
- Sunny Nijbroek, ANIOS cardiologie, Rijnstate Ziekenhuis; Sunny Nijbroek is onlangs gepromoveerd aan de Universiteit van Amsterdam (thesis: ‘Lung-protective ventilation in the intensive care unit and operating room’ (https://readmythesis.nl/sunny-nijbroek/);
Linkedin - Jan-Paul Roozeman, AIOS anaesthesiologie, Amsterdam UMC; Jan-Paul Roozeman zal binnenkort promoveren aan de Universiteit van Amsterdam (thesis: Risk Stratification and Closed–loop Ventilation in Critically Ill Patients);
Linkedin - Marcus Schultz, Professor Experimentele Intensive Care, Amsterdam UMC; Marcus Schultz is de leider van een onderzoeksgroep, met ervaring in onderzoek op het gebied van beademing;
Linkedin
De Bie, A., Serpa Neto, A., Van Meenen, D. M. P., Bouwman, R. A., Roos, A., Lameijer, J., Korsten, E., Schultz, M. J., & Bindels, A. J. G. H. (2020). Fully automated postoperative ventilation in cardiac surgery patients: a randomised clinical trial. BJA: British Journal of Anaesthesia, 125(5), 739–749. https://doi.org/10.1016/j.bja.2020.06.037.
Nijbroek, S. G., Roozeman, J–P., Ettayeby, S., Rosenberg, N. M., van Meenen, D. M., Cherpanath, T. G., Lagrand, W. K. Tepaske, R., Klautz, R. J., Serpa Neto, A., & Schultz, M.J. (2023). Closed–loop Ventilation Using Sidestream versus Mainstream Capnography for Automated Adjustments of Minute Ventilation––a randomized clinical trial in cardiac surgery patients. PLoS One, in press.
Botta, M., Tsonas, A. M., Sinnige, J. S., De Bie, A., Bindels, A. J. G. H., Ball, L., Battaglini, D., Brunetti, I., Buiteman-Kruizinga, L. A., Van Der Heiden, P. L., De Jonge, E., Mojoli, F., Taccone, F. S., Schoe, A., Paulus, F., Pelosi, P., Serpa Neto, A., Horn, J., & Schultz, M. J. (2022). Effect of Automated Closed-loop Ventilation versus ConvenTional VEntilation on Duration and Quality of Ventilation in Critically Ill Patients (ACTIVE) – study protocol of a randomized clinical trial. Trials, 23(1). https://doi.org/10.1186/s13063-022-06286-w
