Applied forces during neonatal face mask ventilation: a randomized crossover manikin study ​

Background: Respiratory support is the cornerstone of neonatal resuscitation in the delivery room. Over 5% of newborns fail to initiate adequate spontaneous breathing at birth and consequently require positive pressure ventilation (PPV) via a face mask or, in some cases, more invasive interventions. Face mask ventilation, however, may elicit the trigeminocardiac reflex (TCR), a brainstem-mediated vagal reflex characterized by apnea and bradycardia. The activation of the TCR is influenced by the type and intensity of trigeminal stimulation, though the precise threshold for triggering the reflex remains unknown and likely varies among neonates. Therefore, minimizing the force applied to the infant’s face during resuscitation is desirable. Despite this, effective mask ventilation can be technically challenging due to the frequent occurrence of mask leak. Optimizing mask fit is essential not only for ensuring adequate ventilation by minimizing leak, but also for reducing the pressure applied to the neonate’s face, thereby lowering the risk of TCR activation and pressure-related injuries. Our hypothesis is that, in vivo, increased force applied to minimize air leak during mask ventilation may be associated with a higher incidence of TCR stimulation in neonates. Objectives: This trial compared the forces applied on key points of a newborn manikin’s face during positive pressure ventilation with different face masks. The study also examined the percentage of ventilation time with mask leak <25%, as well as participants’ opinion about perceived applied forces, difficulty in achieving effective ventilation, and difficulty in obtaining a good mask seal. Material and methods: We conducted a randomized, controlled, crossover trial of face mask ventilation on a modified preterm neonatal manikin model using three different face masks, one round and two anatomical. Thirty neonatal /anesthesiology consultants and residents trained in neonatal resuscitation participated in the study. The primary outcome measure was the forces applied to key regions of the manikin’s face. Secondary outcome measures included percentage of ventilation time with mask leak < 25% and participants' opinions on the three face masks. Results: The sensor under the head of the manikin recorded a higher top 10th percentile of applied forces when the participants used mask A and C compared to mask B. Similarly, the nose-area sensor and the chin-area sensors recorded a higher top 10th percentile of applied forces when the participants used mask A and C compared to mask B. Overall, mask B was associated with higher percentage of ventilation time with leak <25% around the mask compared to mask C (median difference 66%, 99% CI 7 to 95%), while masks A and C were not statistically different. Participants' opinions were not statistically different among the three masks. Conclusions: Using the Ambu anatomical face mask (mask A) and the Laerdal round face mask (mask C) was associate with higher applied forces compared to the Xiamen Compower anatomical face mask (mask B). Using the Xiamen Compower anatomical face mask was associate also with lower mask leak when compared with the two other masks. The participants however did not prefer one mask over the other. These findings hold potential benefits in the prevention of pressure injuries, although further research is needed to assess its implications on the likelihood of eliciting the trigeminal-cardiac reflex (TCR). Clinical implications require assessment in future studies.

Background: Il supporto respiratorio rappresenta il pilastro fondamentale della rianimazione neonatale in sala parto. Oltre il 5% dei neonati non inizia un’attività respiratoria spontanea adeguata alla nascita e necessita pertanto di ventilazione a pressione positiva (PPV) mediante maschera facciale o, in alcuni casi, di interventi più invasivi. Tuttavia, la ventilazione con maschera facciale può indurre il riflesso trigemino-cardiaco (TCR), un riflesso vagale mediato dal tronco encefalico caratterizzato da apnea e bradicardia. L’attivazione del TCR è influenzata dal tipo e dall’intensità della stimolazione trigeminale, sebbene la soglia precisa per il suo innesco rimanga sconosciuta e presumibilmente variabile tra i neonati. È quindi auspicabile applicare la minore forza possibile sul volto del neonato durante le manovre di rianimazione. Nonostante ciò, la ventilazione efficace con maschera può risultare tecnicamente complessa a causa della frequente comparsa di perdite d’aria. Un’adeguata aderenza della maschera è fondamentale non solo per garantire una ventilazione efficace riducendo le perdite, ma anche per minimizzare la pressione esercitata sul viso del neonato, riducendo così il rischio di attivazione del TCR e di lesioni da pressione. La nostra ipotesi è che, in vivo, una forza maggiore applicata per ridurre le perdite d’aria durante la ventilazione con maschera possa essere associata ad un’incidenza più elevata di stimolazione del TCR nei neonati. Scopo dello studio: Questo studio ha confrontato le forze applicate su punti chiave del volto di un manichino neonatale durante la PPV utilizzando diverse maschere facciali. Lo studio ha inoltre analizzato la percentuale del tempo di ventilazione con perdite dalla maschera < 25%, nonché l’opinione dei partecipanti riguardo alle forze applicate, alla difficoltà nel raggiungere una ventilazione efficace e nel garantire un’adeguata tenuta della maschera. Materiali e metodi: Abbiamo condotto uno studio randomizzato, controllato e crossover sulla ventilazione con maschera facciale utilizzando un modello modificato di manichino di neonato pretermine e tre diverse maschere, una rotonda e due anatomiche. Allo studio hanno partecipato 30 consulenti e specializzandi in neonatologia o anestesia, formati nella rianimazione neonatale. L'outcome primario era rappresentato dalle forze applicate su specifiche aree del volto del manichino. Gli outcome secondari includevano la percentuale del tempo di ventilazione con perdite dalla maschera <25% e le opinioni dei partecipanti sulle tre maschere utilizzate. Risultati: Il sensore posto sotto la testa del manichino ha registrato forze applicate maggiori (decimo percentile superiore) quando i partecipanti utilizzavano le maschere A e C rispetto alla maschera B. In modo analogo, i sensori posti nella zona del naso e del mento hanno registrato forze applicate maggiori (decimo percentile superiore) con l'uso delle maschere A e C rispetto alla B. Nel complesso, la maschera B è stata associata a una percentuale maggiore di tempo di ventilazione con perdita di aria dalla maschera < 25% rispetto alla maschera C (differenza mediana del 66%, IC al 99%: da 7 a 95%), mentre le maschere A e C non hanno mostrato differenze statisticamente significative tra loro. Le opinioni dei partecipanti non sono risultate significativamente differenti tra le tre maschere. Conclusioni: L'utilizzo della maschera facciale Ambu con cuscinetto d’aria anatomico (maschera A) e della maschera facciale Laerdal con cuscinetto d’aria rotondo (maschera C) è stato associato a forze applicate maggiori rispetto alla maschera facciale Xiamen Compower con cuscinetto ad aria anatomico (maschera B). L’impiego della maschera Xiamen Compower è stato inoltre associato a una minore perdita d’aria rispetto alle altre due maschere. Tuttavia, i partecipanti non hanno mostrato una preferenza significativa per una maschera rispetto alle altre.