Effetti fisiologici dell'ossigenoterapia ad alto flusso tramite cannule nasali asimmetriche e simmetriche in pazienti con insufficienza respiratoria acuta ipossiemica post estubazione: optimarf study

Background: Acute hypoxemic respiratory failure (AHRF) is commonly encountered in the intensive care unit setting (ICU). The treatment involves an invasive mechanical ventilatory support, the weaning of which requires extubation, that can take place upon fulfilment of predetermined criteria. However, reintubation is necessary in about 15% of cases and is associated with a high risk of morbidity and mortality. In the case of post-extubation AHRF, to reduce the risk of reintubation, the main treatment is oxygen therapy. The latest guidelines of the ERS 2022 recommend the use of High Flow Nasal Oxygen (HFNO) therapy, compared to conventional oxygen therapy (COT), in patients at risk or who developed post-extubation AHRF. HFNO delivers a high flow of heated and humidified gas of up to 60 L/min, with a set inspired oxygen fraction (FiO2) titrated up to 100%. The high flow determines an increase on dead space wash-out and CO2 clearance, generates a positive end-expiratory pressure (PEEP) of 2-5cmH2O that increases alveolar recruitment. In addition, heating and humidification promote expectoration and increase comfort. Recently, an asymmetrical HFNC (OptiflowTM+Duet) has been developed, whose preliminary data suggest that the flow delivered through the smaller size-prong would lead to a greater CO2 clearance and dead space wash-out, whereas, using the larger size-prong, a greater PEEP effect could be developed, and therefore increase the end-expiratory lung volume (EELV). Aims: The purpose of this physiological study is to assess whether, in patients with post-extubation AHRF, the use of OptiflowTM+Duet, compared to conventional HFNC and Venturi mask, is associated with an increase in EELV, estimated by delta end-expiratory lung impedance (delta EELI) obtained from electrical impedance tomography (EIT); and a decrease in respiratory work, estimated by diaphragmatic ultrasound (DUS). Secondary outcomes are gas exchanges, current volume, heterogeneity of ventilation, vital signs, dyspnea and discomfort. Methods: In this intervention randomized controlled trial (cross-over type and single-centre) 20 adult patients were included. The inclusion criteria were the occurrence of AHRF (defined by PaO2/FiO2 ratio < 300 mmHg in Venturi mask) within 120 minutes from the extubation and duration exceeding 24 hours of invasive mechanical ventilation. All enrolled patients, after a 'baseline' phase with Venturi mask as respiratory support, followed two consecutive 60-minutes ventilation phases according to the randomized sequence OptiflowTM+Duet and conventional HFNO. In the last 10 minutes of each phase, the data was collected. Results: HFNC symmetrical, compared to the Venturi mask, present an increased in the end-expiratory lung volume (EELV), estimated by the increase in the global ∆EELI equal to 29 [IQR 5.5- 46]% and reduce work of breathing (WOB), showing a favorable trend on decrease in the DE (p = 0.08) and a significant decrease in the MVcorr, dead space’s surrogate (equal to -9.9 [-21, 2.7]% for symmetrical HFNCs and -11.4 [-19.3, -0.1]% for asymmetric HFNCs), besides that in the MV (equal to -13.3 [-25.8, 1.3]% for symmetrical HFNCs) and in the respiratory rate (RR, equal to 22%). In addition, there is an improvement in the PaO2/FiO2 ratio and arterial oxygen saturation (SatO2). Surprisingly, no differences were found in both primary and secondary outcomes between HFNC asymmetrical and HFNC symmetrical. Conclusions: HFNO, compared to conventional oxygen therapy, confers additional physiological benefits by decreasing work of breathing, respiratory rate and increasing dead space wash-out and CO2 clearance. This ensures greater ventilation efficiency in patients with AHRF.

Presupposti: L’insufficienza respiratoria acuta ipossiemica (AHRF) è di comune riscontro nelle unità di terapia intensiva. Il trattamento prevede un supporto ventilatorio meccanico invasivo, il cui svezzamento richiede l’estubazione che può avvenire a seguito del soddisfacimento di criteri prestabiliti. Tuttavia, la reintubazione è necessaria in circa il 15% dei casi e si associa a un elevato rischio di morbilità e mortalità. In caso di AHRF post-estubazione, il principale trattamento, per ridurre il rischio di reintubazione, è l’ossigenoterapia. Le ultime linee guida della ERS del 2022 raccomandano l’uso dell’ossigenoterapia ad alto flusso nasale (HFNO), rispetto l’ossigenoterapia convenzionale, nei pazienti a rischio o che sviluppano un’AHRF post-estubazione. HFNO prevede l’erogazione di un flusso di gas riscaldato e umidificato fino a 60 L/min, con una frazione inspiratoria di O2 (FiO2) titolata fino al 100%. L’alto flusso determina un aumento del wash-out dello spazio morto e clearance della CO2, genera una pressione positiva di fine espirazione (PEEP) di 2-5cmH2O che aumenta il reclutamento alveolare. Inoltre, il riscaldamento e l’umidificazione favoriscono l’espettorazione e aumentano il comfort. Recentemente è stato sviluppato un tipo di HFNC a rebbi asimmetrici (OptiflowTM+Duet), i cui dati preliminari suggeriscono che il flusso erogato dal rebbo a diametro inferiore favorirebbe una maggior clearance della CO2 e wash-out dello spazio morto, mentre, dal rebbo a diametro superiore, si svilupperebbe un maggior effetto PEEP, e quindi consentirebbe di aumentare il volume polmonare di fine espirio (EELV). Scopo: Valutare se, l’uso di OptiflowTM+Duet, rispetto HFNC convenzionali e maschera Venturi, sia associato a un aumento dell’EELV, stimato dal delta end-expiratory lung impedance (∆EELI) ottenuto tramite tomografia a impedenza elettrica (EIT); e a una diminuzione del lavoro respiratorio, stimato mediante ecografia diaframmatica (DUS). Gli outcome secondari sono scambi gassosi, volume corrente (VT), eterogeneità della ventilazione, parametri vitali, dispnea e discomfort. Materiali e metodi: In questo studio, interventistico monocentrico randomizzato controllato di tipo cross-over, sono stati inclusi 20 pazienti adulti che entro 120 minuti dall’estubazione hanno sviluppato una AHRF (definita come rapporto PaO2/FiO2 < 300 mmHg in maschera Venturi) e sono stati sottoposti ad almeno 24 ore di ventilazione meccanica invasiva. Tutti i pazienti, dopo una fase ‘baseline’ in maschera Venturi, sono stati sottoposti a due fasi consecutive di ventilazione secondo sequenza randomizzata OptiflowTM+Duet e HFNO convenzionale della durata di 60 minuti. Negli ultimi 10 minuti di ciascuna fase sono stati raccolti i dati. Risultati: Le HFNC simmetriche, rispetto la maschera Venturi, incrementano il volume polmonare di fine espirio (EELV), stimato dall’aumento del ∆EELI globale pari al 29 [IQR 5.5- 46]% e riducono il lavoro respiratorio (WOB), mostrando un trend a favore di una diminuzione della DE (p =0.08) e un significativo calo dell’MVcorr, indice surrogato dello spazio morto (pari al -11.4 [-19.3, -0.1]% per le HFNC asimmetriche e al -9.9 [-21, 2.7]% per le HFNC simmetriche), oltre che del MV (pari al -13.3 [-25.8, 1.3]% per le HFNC simmetriche) e della frequenza respiratoria (RR, pari al 22%). Inoltre, si ha un miglioramento, del PaO2/FiO2 e della saturazione arteriosa di O2 (SatO2). Sorprendentemente non si rilevano differenze sia fra gli outcome primari che secondari fra HFNC asimmetriche e simmetriche. Conclusioni: L’HFNO, rispetto l’ossigenoterapia convenzionale, conferendo effetti fisiologici addizionali di riduzione del lavoro respiratorio, mediante riduzione della RR e maggior wash-out dello spazio morto e clearance della CO2, assicura una maggior efficienza della ventilazione in pazienti con AHRF.