Zuurstof is een belangrijk middel in de langdurige behandeling van vroeggeboren baby’s. In de laatste jaren zijn er verschillende algoritmen op de markt verschenen die het regelen van de juiste hoeveelheid toegediende zuurstof overnemen van de verpleegkundigen. Hoe deze algoritmen ten opzichte van elkaar presteren, en of de klinische uitkomsten van de baby’s ook verbeteren, was tot nu toe onbekend. Hylke Salverda deed promotieonderzoek waarbij hij onder andere twee algoritmen die in het Leids Universitair Medisch Centrum werden gebruikt met elkaar vergeleek. Hij promoveerde op 3 november 2022 aan de Universiteit Leiden.
Zuurstof is essentieel voor productie van energie in het lichaam. Opname van zuurstof via de longen voor transport naar de weefsels is meestal een vanzelfsprekend proces, maar dit is niet het geval in te vroeggeboren baby’s. De onrijpe organen van deze prematuren kunnen leiden tot plotse adempauzes en snelle veranderingen in zuurstofsaturatie. Prematuren krijgen daarom langdurig ademhalingsondersteuning, vaak verrijkt met extra zuurstof. “Maar het is wel noodzakelijk om deze zuurstof zorgvuldig te titreren omdat zowel een te lage zuurstofsaturatie (hypoxie) als een te hoge zuurstofsaturatie (hyperoxie) schadelijk is en nadelige uitkomsten kan geven op korte en lange termijn” aldus Salverda.
“Voor verpleegkundigen is het best moeilijk om de patiëntjes binnen de grenzen te houden omdat ze de tijd niet hebben om de toegediende zuurstof continue bij te stellen. Algoritmen kunnen dat wel”. Vandaar dat er vanuit verschillende onderzoeksgroepen algoritmen zijn ontwikkeld. Deze algoritmen zijn vaak ingebouwd in een beademingsmachine en passen de concentratie toegediende zuurstof aan op basis van de gemeten zuurstofsaturatie. De algoritmen zijn veelal gebaseerd op een klassieke PID-controller. Daar bovenop wordt in sommige algoritmen het gedrag van de controller tijdens gebruik aangepast aan de hand van de gemiddelde concentratie toegediende zuurstof, als maat voor hoe ziek de longen zijn. “Dus hoe hoger het gemiddelde zuurstofgebruik, hoe sterker het algoritme zal bijsturen als de saturatie te laag is”. Alle commercieel verkrijgbare algoritmes zijn in klinisch onderzoek vergeleken met handmatige afstelling door verpleegkundigen. “Stuk voor stuk laten ze een verbetering laten zien in de proportie van de tijd dat de zuurstofsaturatie binnen het ingestelde doelgebied is. De vraag is alleen welke beter is” aldus Salverda.
Vergelijking van twee algoritmen
De Neonatale Intensive Care Unit (NICU) van het Leids Universitair Medisch Centrum is een van de eerste centra in de wereld waarbij automatische zuurstoftitratie ingezet is als standaard zorg. Van 2015 tot eind 2018 werd gebruik gemaakt van de CLiO2 controller (adaptieve rule-based PD), die geïntegreerd zat in de AVEA beademingsmachine. Daarna is de NICU overgestapt op de SLE6000 beademingsmachine met de OxyGenie controller (adaptieve PID), die tot op heden gebruikt wordt. “Die wissel gaf ons de mogelijkheid om vergelijkend onderzoek te doen. Een unieke kans omdat het niet vaak voorkomt dat zowel het zorgpersoneel als de technici bekwaam zijn in het gebruik en onderhoud van meerdere machines” vertelt Salverda. Hij voerde tijdens zijn promotie een gerandomiseerde cross-over studie uit, waarbij de patiënten 24 uur met de ene beademingsmachine werden behandeld en 24 uur met de ander, en een cohort studie, waarbij patiënten die met een van beide beademingsmachines behandeld waren over de gehele opname met elkaar vergeleek.
Effecten op oxygenatie
Uit het onderzoek van Salverda blijkt dat het OxyGenie algoritme 12% (gerandomiseerde cross-over studie) tot 20% (cohortstudie) beter was in het bewaken van de zuurstofsaturatie binnen de gestelde grenzen in vergelijking met het CLiO2 algoritme. Het CLiO2 algoritme bleek bij de gerandomiseerde cross-over studie iets minder vaak milde hypoxie te geven, maar leidde wel tot flink meer hyperoxie. De gemiddelde zuurstofsaturatie lag dit onderzoek ook hoger tijdens de CLiO2 periode, ondanks dat bij beide algoritmen het doelgebied gelijk werd ingesteld. In de cohortstudie bleek het OxyGenie algoritme in alle onderzochte aspecten beter.
Effecten op gezondheidsuitkomsten
“Hoewel automatische zuurstoftitratie aantrekkelijk is – het leidt in ieder geval tot minder hypoxie, hyperoxie en werkdruk – is het natuurlijk vooral interessant om te weten of het ook echt betere gezondheidsuitkomsten geeft op de langere termijn”. Hoewel dit effect volgens Salverda nog steeds aangetoond dient te worden in een gerandomiseerde interventiestudie, laten de cohortstudies in zijn proefschrift veelbelovende resultaten zien. Automatische zuurstoftitratie met de CLiO2 leidde tot een kortere beademingsperiode, maar gaf geen verschil in uitkomsten op 2-jarige leeftijd. De OxyGenie zorgde voor nog minder invasieve respiratoire ondersteuning, en er trad minder prematurenretinopathie op, een aandoening aan het netvlies die mede veroorzaakt wordt door zuurstof toediening. “De 2-jaars uitkomsten van OxyGenie zijn nog niet beschikbaar, maar onze resultaten laten wel zien dat het een goede overstap is geweest”.
Op dit moment werkt Salverda met een team van ingenieurs en neonatologen aan de Universiteit van Tasmanië aan een simulatiepatiënt waarmee alle algoritmen getest kunnen worden in een in-vitro setting. “We hebben verschillende open-loop testen ontworpen die lijken op alledaagse situaties op de neonatale intensive care, zoals losraken van het ademhalingscircuit of van de saturatiesensor.” Naast de open-loop testen zijn ook closed-loop testen ontworpen met een simulatie van het respiratoire systeem van een prematuur. Door de toegediende concentratie zuurstof te meten en te combineren met data van ‘typische’ prematuren kan gesimuleerd worden wat er met de zuurstofsaturatie van een echte prematuur zou gebeuren. “Deze simulaties zullen we gebruiken om alle beschikbare algoritmen onder dezelfde omstandigheden te vergelijken. Dat is een stuk makkelijker dan het uitvoeren van vergelijkende klinische onderzoeken.” Met deze informatie kunnen de onderzoekers zorgverleners informeren wat te verwachten van de algoritmes die commercieel verkrijgbaar zijn en ze te helpen de beste keus te kunnen maken voor de patiëntjes.
Dit is een herplaatsing van een artikel dat op 26 oktober2022 op MTIntegraal verscheen.
Het volledige proefschrift van Hylke Salverda is te raadplegen via deze link.
