Impact of Positive End-Expiratory Pressure on Partitioned Mechanical Power in Neonates: Predominance of Elastic over Resistive Work

Binnen de neonatale intensive care afdeling hebben minuscule longen vaak de gestage, ritmische ondersteuning van een ventilator nodig om te kunnen ademen. Hoewel deze machines levensreddend zijn, dragen ze een verborgen risico met zich mee: de energie die wordt gebruikt om de longen op te blazen, kan de longen ook beschadigen, een fenomeen dat bekend staat als ventilator-geïnduceerde longbeschadiging. Artsen weten al lang dat de hoeveelheid lucht die in de longen wordt gepompt en de druk die wordt gebruikt om ze open te houden, kritieke factoren zijn, maar de totale energie die gedurende een bepaalde tijd wordt afgegeven, is wat er werkelijk toe doet. Deze totale energie, ook wel mechanisch vermogen genoemd, combineert het volume lucht, de toegepaste druk, de snelheid van het ademhalen en de weerstand die de lucht ondervindt terwijl deze door de slangen beweegt. Net zoals een automotor warmte en slijtage genereert op basis van hoe hard en hoe snel hij draait, ervaren de longen van een baby stress op basis van de cumulatieve energie van elke ademhaling. Het vinden van de juiste balans is een delicate taak; te weinig druk laat de longen inklappen, terwijl te veel druk de delicate weefsels kan overstrekken en beschadigen.

Een team onderzoekers aan de Kyoto Prefectural University of Medicine zette zich onlangs schare om precies te begrijpen hoe één specifieke instelling, bekend als positieve eind-expiratoire druk, of PEEP, dit energielast beïnvloedt bij pasgeborenen. PEEP is de kleine hoeveelheid druk die in de longen achterblijft aan het einde van een ademhaling om te voorkomen dat ze inklappen, vergelijkbaar met het achterlaten van een beetje lucht in een ballon zodat deze niet volledig plat wordt. Hoewel artsen weten dat hogere niveaus van PEEP kunnen helpen de longen open te houden, was de specifieke manier waarop deze extra druk de verschillende soorten stress op het longweefsel verandert, nog niet volledig begrepen. De onderzoekers wilden zien of het verhogen van deze druk simpelweg zorgde dat de lucht harder door de slangen bewoog, of dat het primair het longweefsel zelf uitrekte, en of dit effect verschilde tussen vroeggeboren baby's en baby's die op volle termijn waren geboren.

Om dit te onderzoeken, bestudeerde het team 49 zuigelingen die al invasieve mechanische ventilatie in het ziekenhuis ontvingen. De groep bestond uit 21 baby's die prematuur waren geboren en 28 die op volle termijn waren geboren. Alle zuigelingen waren klinisch stabiel en de onderzoekers controleerden de ademhalingsinstellingen zorgvuldig, waarbij ze ervoor zorgden dat de hoeveelheid lucht die met elke ademhaling werd geleverd en de snelheid van het ademhalen constant bleven gedurende het experiment. Het team paste de PEEP-niveaus systematisch aan, beginnend bij een milde instelling van 5 centimeter waterdruk, verhoogend naar een gemiddeld niveau van 7, en vervolgens naar een hoog niveau van 10, of totdat de piekdruk een veiligheidslimiet van 25 bereikte. Nadat het hoogste niveau was bereikt, verlaagden ze de druk langzaam terug naar het startpunt. In elke fase registreerden zij gedetailleerde gegevens over luchtwegdruk en volume om exact te berekenen hoeveel energie er aan de longen werd afgegeven en hoe die energie werd gebruikt.

De resultaten toonden een duidelijk onderscheid aan in hoe de longen van prematuur en vol termijn geboren baby's reageerden op de veranderende druk. Op het beginniveau, bij de milde druk, was de totale energie die aan de longen werd afgegeven vergelijkbaar voor beide groepen. Echter, omdat premature baby's van nature sneller ademen om voldoende zuurstof te krijgen, was de totale hoeveelheid energie die zij gedurende een minuut ontvingen, aanzienlijk hoger dan die van de baby's die op volle termijn waren geboren. Terwijl de onderzoekers de PEEP verhoogden, ontdekten zij dat de energie geassocieerd met de druk zelf in beide groepen gestaag steeg, wat een verwacht wiskundig resultaat is van de hogere druk. Belangrijker nog, zij ontdekten dat de energie die werd gebruikt om het longweefsel uit te rekken, bekend als elastische arbeid, significant toenam naarmate de druk steeg. In contrast hiermee bleef de energie die nodig was om lucht door de luchtwegen te duwen, bekend als resistieve arbeid, onveranderd, ongeacht het drukniveau. Deze bevinding geeft aan dat de extra stress door hogere druk voortkomt uit het uitrekken van het longweefsel, en niet uit het moeizaam bewegen van de lucht door de slangen.

De studie benadrukte een cruciaal verschil in kwetsbaarheid tussen de twee groepen. Terwijl de zuigelingen die op volle termijn waren geboren pas een significante toename in de rekenergie lieten zien toen de druk het hoogste niveau bereikte, vertoonden de premature zuigelingen zelfs bij het gemiddelde drukniveau al een opvallende stijging in deze stress. Dit suggereert dat de longen van vroeggeboren baby's structureel stijver zijn en minder goed in staat zijn om de extra rek te verdragen, waardoor ze gevoeliger zijn voor letsel bij lagere drukinstellingen dan voorheen gedacht. Interessant genoeg, wanneer de druk werd verlaagd vanaf het hoge niveau, daalde de rekenergie in de premature baby's terug naar de basisniveaus, wat suggereert dat de longen hun vermogen om uit te zetten tijdelijk hadden verbeterd na de korte blootstelling aan de hogere druk. De onderzoekers concludeerden dat hoge niveaus van positieve eind-expiratoire druk de totale energielast op de longen van een pasgeborene aanzienlijk verhogen, gedreven bijna uitsluitend door het uitrekken van het longweefsel in plaats van door de luchtwegweerstand. Zij stellen voor dat het monitoren van dit specifieke type rekenergie aan het ziekbed artsen kan helpen om de perfecte drukinstelling voor elke baby te vinden, waarbij de bescherming van de longen wordt gemaximaliseerd terwijl het risico op letsel wordt geminimaliseerd.