Satellietsymposium

Slaap en ademhaling

Artikel

Blijf op de hoogte

Niet-invasieve COPD-screening van expiratoire-flowbeperking bij thuisbehandeling

Symposium gesponsord door Philips Respironics

ERCA-JIVD 3rd Joint International Meeting, Lyon, Frankrijk, maart 2018

Bij COPD-patiënten kan bij inspanning een ‘tidal’ expiratoire flowbeperking (EFL) optreden, en in ernstiger gevallen ook zonder inspanning - in beide gevallen leidt dit tot wat soms een ‘ernstige mechanische beperking’ wordt genoemd.¹

Onlangs werd door dr. Peter Calverley en professor Raffaele Dellacà een symposium geleid over expiratoire-flowbeperking tijdens normale ademhaling (‘tidal’ EFL) en de effecten daarvan, hoe dit op niet-invasieve wijze en effectief te meten, en hoe het gebruik van beademingsapparatuur om deze ‘tidal’ EFL te minimaliseren, fysiologische verbeteringen kan opleveren. Daarnaast benadrukten ze het belang van inzicht in de respiratoire fysiologie en de respiratoire mechanica.

Inleiding en de fysiologie achter expiratoire-flowbeperking

Dr. Peter Calverley legt uit waarom inzicht in de ademhalingsfysiologie van essentieel belang is om COPD te kunnen begrijpen en patiënten op de beste manier te kunnen behandelen. De respiratoire fysiologie maakt gasuitwisseling mogelijk - O₂ uit de lucht naar de bloedsomloop en vervolgens de afvoer van CO₂ uit de bloedsomloop. Wanneer patiënten de overeenkomstige hoeveelheid CO₂ niet kunnen uitstoten, leidt dit tot een ophoping van CO₂ in het lichaam.

Calverley bespreekt het fenomeen expiratoire flowbeperking bij normale ademhaling (‘tidal’ EFL) bij patiënten. Dit gebeurt wanneer een verhoogde ademfrequentie niet leidt tot een verhoging van de flow van het expiratoir volume. Dit is te zien wanneer een patiënt volgens dezelfde curve van het flow-volume uitademt tijdens de ademademhaling in rust, als tijdens een geforceerde expiratoire inspanning. Met andere woorden: de patiënt werkt harder om te ademen, maar de luchtstroom neemt niet proportioneel toe. EFL resulteert in wat een ‘waterval’ wordt genoemd, waarbij een vernauwing op een kritiek punt van het luchtwegsysteem betekent dat gassen het systeem niet meer met dezelfde snelheid kunnen verlaten.

Gezonde mensen hebben een ‘expiratoire flowreserve’. Ongezonde mensen met emfyseem, aandoeningen van de kleine luchtwegen, COPD, hebben last van deze expiratoire flowbeperking tijdens normale ademhaling (‘tidal’ EFL), waarbij de adem zich ophoopt in de longen, ook wel hyperinflatie genoemd.

Hoe wordt ‘tidal’ EFL tegenwoordig gedetecteerd en gemeten? De intra-esofageale ballontechniek is invasief en het kan lastig zijn om de ballon te plaatsen. Het toepassen van abdominale druk tijdens uitademing kan werken, hoewel timing een probleem is.

Professor Raffaele Dellacà legt de werking uit van een nieuwe techniek die kan worden gebruikt voor het detecteren van EFL.

Respiratoire mechanica en de techniek van geforceerde oscillatie

Dellacà definieert ademhalingsmechanica als het verband tussen atmosferische druk (krachten) en flow (verplaatsingen) van het ademhalingsstelsel. ‘Tidal’ EFT kan worden gedetecteerd door te meten hoe de ademhalingsmechanica wisselt tussen inademing en uitademing tijdens een rustige ademhaling. Het meten van de atmosferische druk wordt bemoeilijkt door het effect van de ademhalingsspieren; deze spieren worden gebruikt om in en uit te ademen en hun effect moet worden uitgesloten.

Met de geforceerde oscillatietechniek (FOT), waarbij druk wordt uitgeoefend vanaf de buitenkant van de longen, kunnen structurele en mechanische eigenschappen van het ademhalingsstelsel worden onderzocht op grond van de mechanische respons op kleine, in de tijd variërende krachten. De oscillatiefrequenties die bij deze techniek worden toegepast worden met luidsprekers tot stand gebracht.

In de resulterende spectra is de hoogfrequente oscillatie duidelijk te identificeren aan de hand van de normale ademhaling van de patiënt via een digitaal filter. FOT meet de impedantie en reactantie van het ademhalingssysteem. Impedantie is de waarde die de geforceerde oscillatie produceert. Reactantie is de meting van de compliantie van het ademhalingsstelsel, dat wil zeggen de stijfheid ervan.

Wanneer FOT wordt toegepast tijdens EFL, kan de geforceerde oscillatie niet voorbij de ‘choke’-punten in het ademhalingssysteem komen, voornamelijk in de centrale luchtwegen. Oscillatie kan de alveoli niet bereiken, dus alleen de mechanische druk van de centrale luchtweg wordt gemeten. De reactantie wordt negatiever omdat het systeem veel stijver is.

De groep van Dellacà heeft vastgesteld dat het gebruik tijdens FOT van één continue frequentie in plaats van meerdere frequenties, en het zeer snel uitvoeren van de analyse, betekent dat weerstand en reactantie tegelijkertijd, binnen een enkele ademhaling, kunnen worden gemeten.

Hoe vaak is er sprake van ‘tidal’ EFL?

Calverley bespreekt het optreden van ‘tital’ EFL in populaties met COPD en constateert dat mensen in drie categorieën uiteenvallen: onder de kritieke drempel, boven de kritieke drempel en met variabele kritieke drempel. Voor sommige mensen waren veel ademhalingen beperkt; in andere gevallen waren slechts enkele ademhalingen beperkt. Met andere woorden, er is een verschil tussen een rustige ademhaling met een beperkte flow en een patiënt met een beperkte flow bij rustige ademhaling (Hierbij moet worden opgemerkt dat dit werd onderzocht in een oudere populatie omdat de kans groter is dat de elastische terugslag in de longen bij hen is verdwenen; met andere woorden, hun luchtwegsysteem is stijver geworden.)

Bovendien bleven de omstandigheden en capaciteit van de patiënt niet statisch - deze varieerden van dag tot dag, zodat de clinicus hiermee rekening moet houden bij het overwegen van de behandelopties.

Wat zijn de klinische gevolgen voor COPD-patiënten met en zonder EFL? Patiënten met een beperkte flow hadden een lagere inspiratoire capaciteit dan patiënten zonder flowbeperking. Ze hadden ook een slechtere sportcomponent en een hogere mate van benauwdheid. In een 6-minutenlooptest gingen patiënten met een beperkte flow in de loop van de tijd naar beneden; dat wil zeggen: hun vermogen om te lopen nam in de loop van de tijd af.

Met betrekking tot een mogelijke behandeling is het bekend dat longrevalidatie geen effect heeft op de longmechanica. Met bronchusverwijdende middelen is dit wel te veranderen. Mechanische ondersteuning, met andere woorden ademhalingsondersteuning, kan een optie zijn.

Maar hoe zit het met de patiënt die ademhalingsondersteuning nodig heeft?

Raffaele Dellacà beschrijft een methode waarbij zowel de geforceerde oscillatietechniek als zelfregulerende kunstmatige beademing zijn opgenomen in een CPAP-therapiesysteem (Continuous Positive Airway Pressure) voor COPD-patiënten.

In één onderzoek werd, om dit idee te testen, geforceerde oscillatie (FOT) toegepast via de neus, een route met veel meer weerstand, terwijl de patiënt CPAP-therapie ontving. Flow en druk werden op de gebruikelijke manier gemeten.

De flow van de patiënt werd zittend en in rugligging gemeten. Bij een zittende houding kon een CPAP met slechts 4 cm water de EFL effectief laten verdwijnen. Toen dezelfde patiënt in rugligging werd geplaatst, veranderde de situatie enorm. Door de rol van de borstwand en de inhoud van de buik die het diafragma omhoog duwt, was een druk van 4 cm niet voldoende; de patiënt had een veel hogere druk nodig om de EFL op te heffen.

Dellacà en zijn groep zijn samen met Philips Respironics begonnen aan een prototype van een automatische systeemlus waarmee de kunstmatige beademing kan worden aangepast aan de behoefte van de patiënt met COPD.

Onder de verschillende onderzoeken die hij heeft besproken, beschrijft Dellacà een nachtelijk onderzoek bij patiënten met matige tot zeer ernstige COPD die in rugligging de classificatie EFL kregen. Het doel was om bij deze patiënten voorgeschreven EPAP (expiratoire positieve luchtwegdruk) te vergelijken met automatisch aangepaste EPAP, en om te karakteriseren wat het effect is van een zich continu aanpassende EPAP die gedurende een lange periode wordt toegepast, op fysiologische variabelen. Hij merkt op dat de druk die nodig is om de EFL op te heffen een onafhankelijk kenmerk van COPD is.

Dit onderzoek, een gerandomiseerd cross-overonderzoek, duurde twee overnachtingen per patiënt. Gedurende nacht 1

werd het beademingsapparaat ingesteld met vaste parameters zoals voorgeschreven door de arts van de patiënt (IPAP en EPAP). In nacht 2 werd de beademing ingesteld op de FOT auto-EPAP-modus, dat wil zeggen, IPAP en EPAP pasten zichzelf aan op geleide van de EFL.

De resultaten toonden aan dat gedurende nacht 1, met vaste parameters, de CO₂-niveaus bij de patiënt constant bleven. In nacht 2, met de auto-EPAP-parameters, was er een enorme variatie in de druk en dus een aanzienlijke verbetering van de CO₂- niveaus bij dezelfde patiënt. Zoals eerder opgemerkt, had een verandering van houding grote invloed op de benodigde druk; de beademingsmachine maakt hierop voortdurend aanpassingen. Met de auto-EPAP-methode werden ineffectieve respiratoire inspanningen verminderd met ~ 25% (slaapwerkzaamheid werd niet beïnvloed)

Dr. Calverley concludeert:

Expiratoire flowbeperking bij geforceerde uitademing is normaal. EFL bij rustige ademhaling (‘tidal’ EFL) is dat niet.
‘Tidal’ EFL bevordert dynamische hyperinflatie, wat leidt tot meer ademhalingsinspanning, beperking van lichaamsbeweging, dyspneu, meer exacerbaties en, voor sommigen, een verhoogd risico op overlijden.
‘Tidal’ EFL kan betrouwbaar worden gedetecteerd op een niet-invasieve, geautomatiseerde manier met behulp van geforceerde oscillatietechniek. Het komt vaker voor in rugligging dan bij zittende COPD-patiënten. Dit is zeer relevant voor diegenen die te maken hebben met COPD-patiënten in liggende of halfliggende positie.

Het aanpassen van beademingsmachines om 'tidal’ EFL te minimaliseren, kan fysiologische verbeteringen opleveren.
Nieuwe metingen kunnen ons beleid bij COPD veranderen

Wetenschappelijke leiding symposium

Peter Calverley, Professor of Respiratory Medicine en Honorary Consultant Respiratory Physician bij Aintree Hospitals, Liverpool, Groot-Brittannië
Raffaele L Dellacà, Associate Professor, Politecnico di Milano University, Milaan, Italië
David White, Chief Scientific Officer, Philips Sleep & Respiratory Care, Denver, CO, Verenigde Staten

Robert Romano, Biomedical Engineer bij Philips Medical Systems, Philips Home Healthcare Solutions, Pittsburgh, PA, Verenigde Staten

¹Expiratory_Flow_Limitation_Definition_Mechanisms_Methods_and_Significance. Geraadpleegd op 15 mei 2018.