Atemabhängige transkutane Abdomenstimulation bei Patienten mit hohem Querschnittsyndrom

Abstract

Einleitung Komplikationen des Respirationstraktes gehören zu den Hauptmorbiditäts- und -mortalitätsursachen von Patienten mit akut- traumatischem, hohem Querschnittsyndrom (Verletzungshöhe C4 – Th3). Sekundärkomplikationen des Respirationstraktes verursachen hohe Behandlungskosten, da meist eine stationäre Wiederaufnahme oder eine intensivmedizinische Behandlung notwendig ist. Falls die Rate an pulmonalen Infektionen und Pneumonien gesenkt, der Weaningzeitraum vom Respirator verkürzt und die Morbidität und Mortalität reduziert werden könnten, wäre eine deutliche Kostenreduktion zu erwarten. Methodik In Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Regelungssysteme der TU-Berlin wurde ein System zur atemabhängigen funktionellen Elektrostimulation (AFES) der Abdominalmuskulatur zur Anwendung bei Patienten mit zervikalem Querschnittsyndrom entwickelt. Dieses System kann auf verschiedene Weise In- und Exspiration sowie den Versuch eines Hustenstoßes detektieren (Flowwandler an der Trachealkanüle, Mundstück, Kopplung an ein stationäres oder ein Heimbeatmungsgerät). Wird eine Exspiration oder ein Hustenstoß festgestellt, erfolgt eine mehrkanalige Stimulation der Bauchwandmuskulatur durch Oberflächenelektroden. Dies verhindert paradoxe Abdomenexkursionen und verbessert das Tidalvolumen sowie den Spitzenfluss beim Hustenstoß (cough peak flow, CPF) und damit die Atemwegsclearance. Ziel dieser prospektiven Studie war die Senkung nosokomialer Pneumonien nach CDC-Kriterien (Centers for Disease Control and Prevention) während eines Stimulationszeitraumes von 90 Tagen. Pro Tag erfolgten 2 Interventionsphasen zu je 30 Minuten. Aufgezeichnet wurden In- und Exspirationsvolumina sowie Inspirations- und Exspirationsfluss. Die Ergebnisse wurden mit einer Vergleichsgruppe von 37 Patienten (konservative Behandlung zwischen 2002 und 2011) verglichen. Unter Annahme eines zweiseitigen Signifikanzniveaus von 5 % und einer Power von 80 % wurden 15 Patienten benötigt, von denen 9 Patienten während des Beobachtungszeitraumes ohne Pneumonie bleiben sollten. Des Weiteren wurde eine Probandenbefragung durchgeführt, mit der die Ak-zeptanz bzw. möglicherweise auftretende Probleme erfasst wurden. Ergebnisse Zwischen 10/2011 und 11/2012 wurden 11 Patienten in die prospektive Studie eingeschlossen. Ein Patient brach die Studie ab, ein anderer wurde verlegt. Die Studie konnte vorzeitig beendet werden, da bei keinem der neun teilnehmenden Patienten im Stimulationszeitraum eine Pneumonie nach CDC-Kriterien auftrat. Komplikationen in Zusammenhang mit der Stimulation wurden nicht beobachtet. Die Atemparameter Tidalvolumen und in- und exspiratorischer Fluss waren nichtsignifikant erhöht, der exspiratorische Spitzenfluss beim Hustenstoß (CPF) war signifikant erhöht. In der Patientenbefragung gaben 6 der 9 Patienten (67 %) durch die Stimulation eine deutliche Verbesserung der Atmung und des Hustenstoßes an. Schlussfolgerung Es konnte gezeigt werden, dass AFES die Rate an nosokomialen Pneumonien bei Patienten mit einer frischen Verletzung des unteren Halsmarkes signifikant reduziert. Mit dem entwickelten System steht ein kompaktes, transportables und leicht zu bedienendes Instrument zur Verfügung, um Morbidität und Mortalität dieser speziellen Patientengruppe und damit stationäre und nachstationäre Behandlungskosten zu senken.

Introduction Complications of the respiratory system still are the leading cause of morbidity and death both in the short- and longterm after cervical spinal cord injury. The number of respiratory complications contributes significantly to both initial hospital length of stay and costs. Patients, who have already been discharged regularly need to be readmitted to the hospital, since respiratory complications in tetraplegics often put the patient at great risk of life. If the rate of pulmonary infections and pneumonia could be reduced, this would shorten the weaning period from the respirator and the hospital stay. Thus a significant reduction in treatment costs would be expected. Method Together with staff from the department of control systems of the TU Berlin we developed a device to stimulate and thus stabilize the abdominal muscles in synchronization to breathing and coughing activity for patients with acute cervi-cal spinal cord injury (AFES-System). This system can be connected to the tracheal cannula, a mouth piece or various respirators and can detect in- and expiration as well as coughing. If the device detects expiration or the try of a cough, it electrically stimulates the abdominal wall via 8 skin surface electrodes, which leads directly to an increase in expiratory pressure and consequently to increased expiratory flow. The primary goal of this prospective study was to lower the rate of pneumonia according to CDC-criteria during a 90-day period of stimulation for 30 minutes twice a day. Moreover, the acceptance of the method was examined by patient survey. Results Between 10/2011 and 11/2012 we included 11 patients to our prospective study, two of whom dropped out prematurely (one patient was transferred, one patient just didn’t want to participate any more). The study could be terminated early, because of the first nine patients included none contracted pneumonia according to CDC-criteria (Centers for Disease Control) during the study period. Breathing parameters like tidal volume, inspiratory and expiratory flow were higher (though not statistically significant), and Cough Peak Flow and thus airway clearance was significantly raised. When surveyed, 6 out of 9 patients (67 %) reported a marked improvement in breathing activity. Conclusions AFES can significantly lower the rate of respiratory complications and pneumonia for patients with an acute cervical spinal cord injury (up to 90 days post-trauma). The developed system is a compact, portable and easy to use tool available to reduce morbidity and mortality of this particular group of patients, and thus reduce inpatient and outpatient treatment costs.