Respiratorische Ereigniserkennung unter nichtinvasiver Beatmung (NIV) in Abhängigkeit von der genutzten Flowmessung

Die Polysomnografie (PSG) ermöglicht eine integrative Analyse von Schlaf, Atmung und Gasaustausch. Jedoch ist die Bedeutung dieser Methode für die Einstellung auf eine NIV nicht ausreichend durch Studien belegt. Insbesondere die Messung des Atemflusses gestaltet sich unter einer NIV schwierig, da eine gewünschte Leckage (Maskenport) zwangsläufig auftritt und die Druckschwankungen zwischen In- und Exspiration berücksichtigt werden müssen. Wegen fehlender Normierungen der Schnittstellen der Ventilatoren werden oftmals Druck‑/Flow-Monitore für die Messung des Atemflusses genutzt, ohne dass diese Methoden gut validiert sind.

Die nächtliche nichtinvasive Beatmungstherapie (NIV) hat sich als wesentliche Innovation in der Behandlung von Patienten mit einem chronischen hyperkapnischen Atemversagen etabliert [2, 4, 22]. Neuromuskuläre Erkrankungen, komplette Zwerchfellparesen, eine Skoliose oder schwere Thoraxwanderkrankungen können der Störung zugrunde liegen, aber auch ein Obesitas-Hypoventilationssyndrom oder eine chronische obstruktive Lungenerkrankung (COPD) sind als mögliche Ursachen der Hyperkapnie zu nennen [27]. Allen genannten Störungen gemeinsam ist, dass Schlaf insbesondere REM-Schlaf [7, 8] die vulnerable Phase für den Beginn und im Verlauf für die Ausprägung der alveolären Hypoventilation darstellt. Im Verlauf der Erkrankungen generalisiert die Hypoventilation infolge von Anpassungsvorgängen der Atmungssteuerung zunehmend vom Schlaf in den Wachzustand [19]. Dem Phänomen Hyperkapnie können in jedem individuellen Einzelfall Kombinationen von verschiedenen Störungen zugrunde liegen. Neben den Veränderungen der Compliance von Lunge und Thoraxwand spielen zunehmende Ventilations‑/Perfusionsverteilungsstörungen insbesondere bei COPD-Patienten eine wichtige Rolle. Im Schlaf treten darüber hinaus noch repetitive Kollapszustände der oberen Atemwege auf. Die Summe bzw. die Kombination der Störungen bedingt die Ausprägung der Hypoventilation. Daher bedarf jeder Patient einer individuellen exakten Diagnostik.

Die Auswirkungen der verschiedenen Beatmungstechniken auf den Gasaustausch sind bisher wenig untersucht. Typischerweise wird die nichtinvasive Beatmung über eine dicht schließende Maske appliziert. Während für die Einleitung einer vergleichsweise einfachen Positivdrucktherapie bei der obstruktiven Schlafapnoe (OSA) klare Vorgaben verschiedener internationaler Fachgesellschaften vorliegen, finden sich für die Einstellung einer NIV weniger Empfehlungen. Insbesondere fehlen bisher systematische Erfassungen verschiedener Auswirkungen der NIV auf die Schlafqualität oder Vorgaben für eine Optimierung der Beatmungseinstellung. Die meisten Studien zur nichtinvasiven Beatmung einer chronischen respiratorischen Insuffizienz formulierten Endpunkte wie Kohlendioxidwerte, Lebensqualität oder Mortalität. Der Effekt der nichtinvasiven Beatmung auf die Schlafqualität wurde viel seltener wissenschaftlich untersucht [11]. Es wurde bereits in mehreren Studien über verschiedene schlafbezogene respiratorische Ereignisse unter Bi-Level-Therapie, wie obstruktive oder zentrale Apnoe/Hypopnoe (AH), Leckage und Patient-Ventilator-Asynchronität berichtet [3, 5, 10, 16, 23]. Da solche residualen Ereignisse unter Bi-Level-Therapie einen negativen Effekt auf die Schlafqualität, den alveolären Gasaustausch, das Überleben und die Akzeptanz der NIV haben können [9, 13, 14, 25], wäre eine Methode zur Erfassung dieser Ereignisse wünschenswert. In vielen Zentren werden bei der Einstellung bzw. Optimierung der Beatmungsparameter einer Bi-Level-Therapie lediglich die Grunderkrankung, die Akzeptanz des Patienten sowie eine Absenkung der Hyperkapnie berücksichtigt. Schlafbezogene Atmungsstörungen erfahren dabei keine Beachtung. Die S2-Leitlinie der deutschen Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin (DGP) zur Beatmungstherapie der chronischen ventilatorischen Insuffizienz empfiehlt sowohl für die Diagnosestellung als auch für die Kontrolle der Beatmungseinstellung die Polygrafie (PG) oder die Polysomnografie (PSG) [27]. Die manuelle Bewertung der respiratorischen Ereignisse der Signale aus der PSG/PG bei Patienten unter NIV benötigt viel Zeit und Erfahrung und gehört zu den anspruchsvollsten Aufgaben in der Analyse schlafbezogener Atmungsstörungen. Zudem bestehen bezüglich der Messtechnik erhebliche Unklarheiten. Die Interpretation der PSG-/PG-Atemsignale unter einer NIV weicht deutlich von dem ab, was u. a. im Manual der American Academy of Sleep Medicine (AASM) insbesondere für Flusssignale für die Erkennung von Apnoen und Hypopnoen als Kriterien bei Spontanatmung festgelegt wurde [6]. Es wird in den aktuellen AASM-Leitlinien empfohlen, für die Kontrolle der respiratorischen Ereignisse unter NIV das Flusssignal aus dem PAP-Gerät mit den Standard-PSG-Signalen als Standardsignal zu nutzen. In der Praxis ist jedoch infolge fehlender Normierungen von Schnittstellen die Einbindung der Respiratoren in die PSG erschwert und unterbleibt daher häufig. Dagegen ist ein Druck‑/Flow-Monitor sehr viel einfacher anzuwenden.

Ziel dieser Studie ist der Vergleich eines Druck‑/Flow-Monitors mit den reinen Atemanstrengungs(Effort)-basierten Signalen und den Signalen aus den Schnittstellen der Beatmungsgeräte hinsichtlich der Erkennung sowohl von Apnoen/Hypopnoen als auch von NIV-spezifischen Ereignissen (Definition s. unten) in der PSG.

Die Studie diente als erste Evaluation der Ereignisdefinition beruhend auf einem Staudrucksensor und den Signalen aus der Geräteschnittstelle unter NIV, daher gab es noch keine Erfahrungswerte, auf denen eine Fallzahlabschätzung aufgebaut werden konnte.

Für alle Daten erfolgte eine deskriptive Statistik. Mittelwerte, Median und Standardabweichung wurden berechnet.

Die Ereignisindizes der verschiedenen Auswertungen (EI_E, EI_p, EI_G) wurden two-by-two korreliert (EI_E vs. EI_p, EI_E vs. EI_G, EI_p vs. EI_G). Zudem wurden Bland-Altmann-Plots erstellt.

Als Hauptzielparameter wurde ein kumulierter Ereignisindex gewählt. Sekundäre Zielparameter waren die einzelnen Ereignisse jeder Methode.

Soweit uns bekannt ist, erfolgte in dieser Studie zum ersten Mal ein direkter Vergleich von drei verschiedenen Verfahren der Atemflussmessung im Schlaf unter PSG-Kontrolle im Rahmen einer NIV. Eine auf einer Staudruckmessung beruhende Abschätzung des Flows unterschätzt die Anzahl residualer Apnoen und Hypopnoen deutlich, und NIV-spezifische Ereignisse wie Patienten-Respirator-Asynchronitäten (PVA), Fehltriggerungen und Autotriggerungen sowie leckageassoziierte Ereignisse können nicht erkannt werden. Auffallend ist, dass bei kompletten obstruktiven Apnoen in der Staudruckmessung ein suffizienter Atemfluss angezeigt wird, wenn gleichzeitig in der Flowmessung über die Geräteschnittstelle ein fast vollständiges Sistieren des Flows erkennbar ist. In unserer Untersuchung wurden die ermittelten Ereignisindizes insgesamt niedriger angegeben, wenn die Flowmessung über das Staudrucksignal in der PSG-Aufzeichnung sichtbar war, als wenn eine Abschätzung des Flowsignals allein über die Thorax- und Abdomengurte (RIP) erfolgte. Somit scheint eine Flowmessung über das Staudrucksignal den Auswerter in bestimmten Situationen in eine falsche Richtung zu lenken, anders als wenn nur die Effortsignale Thorax und Abdomen zur Verfügung stünden. Eine Flowmessung über den hier verwendeten Druck‑/Flow-Monitor scheint unter einer druckkontrollierten NIV somit vollständig entbehrlich zu sein, da die vom Respirator induzierten Druckänderungen von dem Druck‑/Flow-Monitor in ein Flowsignal umgerechnet werden, das im Falle einer kompletten Verlegung der oberen Atemwege eigentlich nicht vorhanden ist. Wenn immer möglich ist daher eine Integration der Schnittstelle des Beatmungsgeräts in die PSG zu fordern. Nur so ist eine verlässliche Erkennung von Patienten-Respirator-Fehltriggerungen, Leckagen und residualen Atmungsstörungen wie zentralen und obstruktiven Apnoen bzw. Hypopnoen erkennbar.

Einschränkend muss auf die Stärken und die Limitationen der Studie hingewiesen werden. Die ausgewerteten Messungen erfolgten alle am Ende eines komplexen Einstellungsprozesses auf eine NIV. Teilweise waren im Rahmen dieser Einstellungen bereits PSG-Kontrollen erfolgt und Anpassungen von Beatmungsdrücken und Triggereinstellungen vorgenommen worden. Dies könnte dazu geführt haben, dass die Häufigkeiten der hier nachgewiesenen Ereignisse im Vergleich zu anderen Studien niedrig waren [17]. Jedoch schmälert dies die Aussage hinsichtlich der Wertigkeit der Ereigniserkennung nicht. Die Auswertungen der Messungen erfolgten in einem sehr zeitaufwendigen, mehrschrittigen Prozess durch eine sehr erfahrene Untersucherin. Möglicherweise würden Untersucher mit weniger Erfahrungen durch die scheinbaren Flowkurven, ermittelt über den Druck‑/Flow-Monitor, noch stärker beeinflusst, und das Ausmaß der angegebenen Atmungsstörungen könnte dann tatsächlich noch stärker abweichen.

In dieser Untersuchung wurden insgesamt drei Beatmungsgeräte eingesetzt, jedoch erfolgte die Flowabschätzung über die das Drucksignal nur mit einem Produkt. Der hier verwendete Druck‑/Flow-Monitor misst die Druckschwankungen im Vergleich zum Umgebungsdruck. Aus prinzipiellen Überlegungen können diese Ergebnisse jedoch auf andere Hersteller übertragen werden, da das Messprinzip, über Druckänderungen auf applizierte Volumen über eine definierte Zeit (Flow) zurückzuschließen, vergleichbar ist. Falls neue Messsysteme zur Flow- oder Volumenmessung z. B. mittels einer Differenzdruckmessung zur Verfügung stehen, ist eine Validierung dieser Systeme unbedingt zu fordern.

Die Bedeutung der Ergebnisse für die Versorgung von Patienten mit chronischem hyperkapnischem Atemversagen muss in weiteren Untersuchungen geklärt werden. Die relevanten Untersuchungen zur Bedeutung der NIV [18, 21] zielen auf Überlebenszeiten, Lebensqualität, Gasaustausch oder Akzeptanz der NIV ab. Details zur optimalen Einstellung können aus diesen Untersuchungen nicht abgeleitet werden. Eine aktuelle Untersuchung vergleicht eine durch eine nächtliche PSG gesteuerte Einstellung mit einer rein auf die Erfahrungen am Tag beruhenden Einstellung. Patienten-Respirator-Asynchronitäten (PVA) konnten allein in der PSG-gesteuerten Gruppe erkannt und therapiert werden, jedoch verbesserten sich die Lebensqualität, der Gasaustausch und die subjektive Schlafqualität in beiden Behandlungsarmen gleich. Ob somit eine PSG-gesteuerte Einstellung für alle Patienten oder nur für eine Untergruppe von Patienten mit offensichtlichen Akzeptanzproblemen oder subjektiv verspürten Symptomen zusätzlichen Nutzen bietet, muss zukünftig geklärt werden.

Die bisher vorliegenden Untersuchungen hinsichtlich der Bedeutung der Erkennung von Leckagen (UL) und PVA weisen auf eine klinisch relevanten Verschlechterung der Schlafqualität im Sinne von erhöhtem Arousalindex, Zunahme der Schlafstadien 1 und 2 auf Kosten von Stadium 3 und REM-Schlaf [20, 24] hin, was eine Verschlechterung der Patientenakzeptanz bewirken kann. Fehltriggerungen können die Beatmungsqualität hinsichtlich der gewünschten Absenkung des PaCO₂-Wertes verschlechtern.

Als Alternative zur PSG-Kontrolle und Ergänzung steht die automatische Ermittlung eines Ereignisindex unter NIV durch verschiedene Beatmungsgerätespeicher unterschiedlicher Hersteller zur Verfügung. Diese wurden in Untersuchungen evaluiert [1, 12]. Der Stellenwert dieser Software in der Erfassung der respiratorischen Ereignisse bleibt jedoch unklar, sodass im Fall unklarer Befunde eine PSG-/PG-Messung im Schlaflabor erfolgen sollte. Zukünftig sind vergleichende Untersuchungen zur Evaluierung jedes einzelnen Respirators auf die Validität der angegebenen Ereignisindizes zu fordern.

Der Vergleich von drei verschiedenen Methoden zur Flowerkennung unter NIV mittels PSG im Schlaflabor zeigt, dass alleine unter Hinzunahme der Signale aus den Beatmungsgeräten mittels einer Schnittstelle eine zuverlässige Erkennung von residualen Atmungsstörungen, Leckagen und PVA möglich ist. Eine Einbindung des Respirators über eine Schnittstelle in die PSG ist daher zu fordern. Die Schlaflabore müssen sich über die Validität der eingesetzten Messinstrumente, aber auch der Angaben aus den Therapiegeräten informieren.

Damit dies in der Praxis des Schlaflabors umgesetzt werden kann, sollten von den wissenschaftlichen Fachgesellschaften normierte Schnittstellen von Herstellern gefordert werden.