de intensivist

Samenvatting

Reverse triggering is een vorm van patiënt-ventilatorinteractie, waarbij er als gevolg van een passieve ademteug tijdens gecontroleerde beademing, contractie van de ademspieren plaatsvindt. De consequenties hiervan voor de patiënt zijn afhankelijk van de fase in de ademcyclus waarin dit optreedt, de mate van krachtsinspanning en de frequentie. Reverse triggering komt frequent voor bij gesedeerde en gecontroleerd beademde patiënten, maar is vaak moeilijk te detecteren door observatie van alleen beademingscurves. Hierdoor is dit fenomeen nog maar recent ontdekt, en wordt het veelal niet herkend aan het bed. Er is dan ook nog onvoldoende klinisch bewijs over het aanpassen van de beademingsstrategie en de impact van reverse triggering op de longen, ademspieren en patiëntuitkomsten.

Definitie

Reverse triggering is een vorm van patiënt-ventilatorinteractie die nog maar recent als zodanig is ontdekt.^[1] Het treedt op bij gesedeerde en gecontroleerd beademde patiënten. Na de start van een mechanische insufflatie vindt er contractie van de ademspieren plaats. Dit heeft verschillende gevolgen, afhankelijk van de fase van de ademcyclus waarin de spiercontractie optreedt. Recent is een uitgebreide review verschenen over reverse triggering.^[2]

Pathofysiologische mechanismen

De pathofysiologie van reverse triggering is nog niet helemaal duidelijk. Vaak is er sprake van zogenaamde respiratoire ‘entrainment’, dat betekent dat er een vaste repetitieve temporele relatie bestaat tussen de neurale (i.e. van de patiënt) en mechanische ademcyclus door een externe of interne input.^[1] Een externe input is de mechanische insufflatie door de beademingsmachine, waardoor de patiënt onvrijwillig de ademfrequentie in een bepaald patroon aanpast. Dit kan verschillende oorzaken hebben, bijvoorbeeld 1) periodieke oscillaties in arterieel pCO₂,^[3] waardoor de neurale inspiratie na de mechanische insufflatie start; 2) mechanische insufflatie van de long tijdens de neurale expiratie, waardoor respiratoire entrainment door de Hering-Breuer-reflex kan optreden, met als gevolg een langere duur van de expiratie;^[4-6] 3) als door mechanische insufflatie de intercostaalspieren opgerekt worden, kan de phrenicus activiteit geremd worden,^[7] waardoor er verandering van de neurale respiratoire timing plaatsvindt.

De drie genoemde oorzaken worden beïnvloed door externe factoren, zoals de beademingsinstellingen: modus, teugvolume en ademfrequentie. Reverse triggering kan geïnduceerd worden door reductie van het teugvolume^[8] en het is dan ook onafhankelijk geassocieerd met lager ingestelde teugvolumes op de beademingsmachine.^[9] Indien er bij patiënten met acute respiratory distress syndrome (ARDS) sprake is van reverse triggering dan resulteert dit juist in grotere teugvolumes in vergelijking met passieve ademteugen,^[10] alsof de patiënt dus meer ondersteuning wil van de beademingsmachine dan het ingestelde teugvolume. Grotere teugvolumes kunnen mogelijk de Hering-Breuer-reflex activeren, wat de duur en timing van de neurale inspiratie en expiratie beïnvloedt, leidend tot veranderingen in arterieel pCO₂.^[4-6] Wanneer de ingestelde ademfrequentie op de beademingsmachine lager is dan de intrinsieke ademfrequentie van de patiënt, dan kan dat de mate van respiratoire entrainment beïnvloeden of zelfs teniet doen.^[6,9]

Intrinsieke factoren die respiratoire entrainment kunnen beïnvloeden, zijn de ademprikkel,^[11] mate van sedatie en slaap. Reverse triggering wordt vaak geobserveerd in de overgangsfase van diepe naar minder diepe sedatie waarbij een geassisteerde beademingsmodus toegepast wordt.^[12] Specifieke sedativa kunnen mogelijk de aanwezigheid van reverse triggering beïnvloeden, zoals bijvoorbeeld opioïden.^[9] Mogelijk is er een vergelijkbaar mechanisme voor slaap, waarbij er tijdens de diepe slaapfase een vermindering is van de modulatie van het brein op waargenomen respiratoire veranderingen.^[6]

Prevalentie

Reverse triggering komt vaak voor bij gesedeerde en gecontroleerd beademde patiënten: bij 30%-53% van de patiënten met ARDS of hypoxemisch respiratoir falen^[9,10,13,14], en bij 33% van de algemene intensive care (IC)-patiënten binnen 24 uur voor hervatting van elektrische activiteit van het diafragma (EAdi)^[15] of binnen 24 uur na start invasieve beademing (90%).^[12] Het vindt vaak plaats in de overgangsfase van diepe naar minder diepe sedatie en een geassisteerde beademingsmodus.^[12] Er bestaat een grote variatie in het voorkomen van reverse triggering indien eenmaal gedetecteerd in patiënten. De prevalentie (van zowel reverse triggering als ademteugen met reverse triggering) is afhankelijk van de duur van de geobserveerde periode, de detectiemethode en de IC-populatie.^[2]

Detectie

Reverse triggering kan gedetecteerd worden door observatie van beademingscurves,^[1,16] geavanceerde methodes zoals het meten van EAdi en oesofagusmanometrie (figuur 1),^[17,18] of door automatische detectiealgoritmes gebaseerd op beademingscurves en/of geavanceerde monitoring.^[9,12,14] De ademteug moet geïnitieerd worden door de beademingsmachine, er is dus geen daling in luchtwegdruk te zien voorafgaand aan een ademteug. Vervolgens zal er ergens gedurende de daaropvolgende ademcyclus contractie van de ademspieren plaatsvinden.^[1] Er zijn verschillende fenotypes beschreven in de literatuur,^[13] afhankelijk van de fase van de ademcyclus waarin de reverse getriggerde ademteug start en eindigt; 1) Vroege reverse triggering en vroege relaxatie: alles gebeurt tijdens inspiratie; 2) vroege reverse triggering en late relaxatie: start tijdens inspiratie, relaxatie en einde tijdens expiratie; 3) midcyclus reverse triggering: start tijdens inspiratie, maar maximale effort tijdens expiratie; 4) late reverse triggering: alles gebeurt tijdens expiratie; 5) breath stacking: reverse triggering leidend tot een tweede ademteug.

Detectie van reverse triggering door observatie van beademingscurves is vaak lastig, doordat de veranderingen in de curves subtiel kunnen zijn.^[1,16] Tijdens inspiratie bij druk-gecontroleerde beademing is dit te zien aan een daling in luchtwegdruk en toename in flow. Tijdens inspiratie bij volume-gecontroleerde beademing is dit te zien aan een verandering in de luchtwegdruk. Indien er een pauzetijd is ingesteld, zal er een daling in de plateaudruk te zien zijn. Als reverse triggering optreedt tijdens expiratie, dan is er een afname van de piek expiratoire flow en afwijking van de normale exponentiële afname in expiratoire flow. Ook is er een minimale daling in luchtwegdruk te zien.^{[1,2,9,12,14]}

Geavanceerde methoden vergemakkelijken de detectie van reverse triggering. Als gevolg van reverse triggering, zal het EAdi-signaal pas toenemen na de start van de mechanische insufflatie. De prevalentie van reverse triggering is afhankelijk van de gekozen drempelwaarde: des te lager de drempelwaarde, des te hoger de prevalentie.^[12] Indien de oesofagusdruk wordt gemeten, zal als gevolg van de beademingsgeïnitieerde ademteug de druk ten opzichte van baseline eerst stijgen en vervolgens dalen als gevolg van reverse triggering.^[9,14]

De huidige automatische detectiealgoritmes tonen een goede accuratesse, sensitiviteit en specificiteit voor detectie van reverse triggering. Mogelijk kunnen deze in de toekomst in een beademingsmachine geïmplementeerd worden, zodat de detectie van reverse triggering verbetert.^[14]

Klinische implicaties en behandelstrategie

De klinische implicaties en behandelstrategie hangen af van de frequentie, het fenotype en de mate van krachtsinspanning.^{[13, 19]} Wanneer reverse triggering optreedt tijdens inspiratie, dan is het potentieel gunstig voor het diafragma omdat het atrofie door passiviteit van het diafragma vermindert. Echter, voor de longen heeft het mogelijk schadelijke effecten. Tijdens druk-gecontroleerde beademing kan het leiden tot grotere teugvolumes en dus hogere transpulmonale druk (i.e. druk over de longen).^[10] De transpulmonale druk kan bepaald worden door de oesofagusdruk te meten.^[17] Tijdens volume-gecontroleerde beademing kan reverse triggering leiden tot pendelluft, waarbij er een verplaatsing van lucht plaatsvindt tussen verschillende longdelen, meestal van de bovenliggende (i.e. ‘non-depending’) naar de onderliggende (i.e. ‘depending’) longdelen. Pendelluft kan vastgesteld worden door de distributie van ventilatie over de verschillende longdelen te monitoren met behulp van elektrische impedantie tomografie.^[20] Lokaal kan pendelluft resulteren in hoge transpulmonale drukken en overdistentie.^[21] Wanneer reverse triggering optreedt tijdens de late inspiratie dan wel expiratie, dan is het mogelijk schadelijk voor het diafragma omdat het leidt tot een excentrische contractie (i.e. contractie van een spier tijdens een fase waarin deze juist langer wordt door relaxatie).^[22] De krachtgeneratie van de ademspieren kan eveneens bepaald worden door de oesofagusdruk te meten.^[18] De ademspierkracht van reverse getriggerde ademteugen in patiënten kan erg variëren: van zeer laag (1,3 cmH₂O) tot zeer hoog (36,8 cmH₂O).^[14] De ademspierkracht van reverse getriggerde ademteugen zonder breath stacking is vergelijkbaar met normale ademteugen onder een geassisteerde beademingsmodus, maar de ademspierkracht van ademteugen met breath stacking is veel groter en dus mogelijk schadelijk voor het diafragma.^[14] Uit dieronderzoek blijkt dat reverse triggering met lage ademspierkracht mogelijk zorgt voor behoud van diafragma kracht,^[8] terwijl reverse triggering met hoge ademspierkracht mogelijk juist schadelijk is.^{[8, 23]} Reverse triggering tijdens late inspiratie dan wel expiratie kan zowel gunstige als ongunstige effecten hebben voor de longen. Het leidt tot een afname van de collaps en verbetert de oxygenatie.^[12] Echter, wanneer de krachtsinspanning zo groot is dat dit leidt tot een tweede ademteug (i.e. breath stacking), dan resulteert dit in hogere piekdrukken, maar veel belangrijker, een verdubbeling van de transpulmonale druk. Indien breath stacking heel frequent optreedt, leidt dit waarschijnlijk tot een verergering van de longschade.^{[10,13,19,23,24]}

Zoals uit bovenstaande al duidelijk is geworden, is de enige manier om de effecten op longen en diafragma te kunnen kwantificeren door oesofagusmanometrie.^{[1,2,8,13,17-19,21]} Wanneer reverse triggering optreedt met een gunstig fenotype, matige krachtsinspanning en niet al te hoge frequentie, dan is dit dus mogelijk gunstig voor zowel de longen als het diafragma en hoeft er niets veranderd te worden aan de beademingsinstellingen.^[8,13,14,19] Wanneer reverse triggering leidt tot hoge transpulmonale drukken, grote teugvolumes en grote krachtsinspanning, dan dient overwogen te worden om de inspiratie tijd te verlengen, teugvolume (volume-gecontroleerde beademing) of ingestelde druk (druk-gecontroleerde beademing) te vergroten, zodat de krachtsinspanning korter duurt of kleiner wordt.^{[8,10,13,14,19,21,24]} Als aanpassen van de beademingsinstellingen onvoldoende effect heeft, kan eventueel meer sedatie of spierverslapping gegeven worden. Beide hebben echter negatieve gevolgen, zoals ademspierdysfunctie, langere IC-opname en mogelijk hogere mortaliteit.^[2] Het kan ook zijn dat reverse triggering een uiting is dat de patiënt klaar is voor een geassisteerde beademingsmodus.^[12] In dat geval dienen sedatie en ademfrequentie afgebouwd te worden, om te observeren of de patiënt zelf triggert en dit reverse triggering teniet doet.

Conclusie

Reverse triggering is een recent ontdekte vorm van patiënt-ventilatorinteractie, die frequent voorkomt bij gesedeerde en gecontroleerd beademde patiënten. Goede observatie van beademingscurves is belangrijk, maar kan lastig zijn. Automatische detectiealgoritmes kunnen de detectie vergemakkelijken, waardoor clinici in de toekomst meer te weten kunnen komen over de impact en behandeling van reverse triggering. De impact op longen en diafragma kan zowel gunstig als ongunstig zijn, afhankelijk van het fenotype, de mate van krachtsinspanning en frequentie waarmee reverse triggering optreedt. Er is meer onderzoek nodig om uitspraken te kunnen doen over de impact op patiëntuitkomsten.

Figuur 1 Overzicht van de luchtwegdruk-, oesofagusdruk- en transpulmonale drukcurves

In de figuur zien we een normale ademteug, een ademteug met reverse triggering en breath stacking van een patiënt die volume-gecontroleerd beademd wordt. Bij geen van de ademteugen is een daling in luchtwegdruk te zien, dat betekent dat alle ademteugen geïnitieerd worden door de beademingsmachine. Er is een pauzetijd ingesteld, dus wanneer de gehele ademteug gegeven en de flow 0 is, zijn de kleppen voor expiratie nog dicht en ontstaat er een plateau in de luchtwegdruk (aangegeven met een zwarte pijl). De oesofagusdruk stijgt ten gevolge van de positieve druk die gegeven wordt door de beademingsmachine. De tweede ademteug ziet er anders uit dan de eerste: het plateau in de luchtwegdruk loopt schuin af (aangegeven met de groene pijl) en tijdens expiratie is er een minimale daling in de luchtwegdruk te zien (aangegeven met de groene asterisk): beide observaties suggereren een krachtsinspanning van de patiënt. Dat wordt bevestigd door de oesofagusdruk: na de initiële stijging ten gevolge van positieve druk door de beademingsmachine, is er een daling in oesofagusdruk te zien ten opzichte van de baseline druk (aangegeven met de groene pijl), ten gevolge van contractie van de ademspieren. De transpulmonale druk is lager van de ademteug met reverse triggering in vergelijking met de normale ademteug (aangegeven met de zwarte en groene stippellijntjes): kennelijk vindt reverse triggering hier op een gunstig moment in de ademcyclus (start eind inspiratie en eindigt begin expiratie) en met matige krachtsinspanning plaats, waardoor het waarschijnlijk gunstig is voor de longen en het diafragma. In de derde ademteug is te zien dat het plateau in de luchtwegdruk nog wat steiler afloopt in vergelijking met de tweede ademteug en in de oesofagusdruk is een grotere daling ten opzichte van de baseline druk te zien (beide aangegeven met rode pijlen). Doordat er een grotere contractie van de ademspieren plaatsvindt in vergelijking met de tweede ademteug, leidt dit tot nog een ademteug, dit wordt breath stacking genoemd. Deze tweede ademteug heeft een hogere piek- en plateaudruk ten opzichte van de eerdere ademteug (zie luchtwegdrukcurve), maar veel belangrijker: het leidt tot een verdubbeling van de transpulmonale druk (aangegeven met de rode pijl). Dit is mogelijk schadelijk voor de longen en daarom ongewenst, zeker wanneer dit heel frequent optreedt.