Moleculaire detectie van pulmonale zuurstoftoxiciteit door analyse van uitgeademde lucht na hyperbare hyperoxische blootstelling.

Blootstelling aan hyperoxie is gebruikelijk bij militair zuurstofduiken en bij
hyperbare zuurstoftherapie (HBOT). Het ademen van zuurstof met een druk van 50
kPa of hoger voor langere tijd kan leiden tot pulmonale zuurstoftoxiciteit
(POT). (Klein 1990, Miller 1981) De meest genoemde veranderingen die gevonden
kunnen worden zijn atelectase, interstitieel oedeem en ontsteking. (Sackner
1975) Deze veranderingen zijn reversibel. (Winter 1972) Maar wanneer de
zuurstofblootstelling wordt gecontinueerd kan dit leiden tot irreversibele
longfibrose. (van Ooij 2013, Kapanci 1972)

De huidige standaard methode voor het vaststellen van POT bij duiken en
hyperbare geneeskunde is een daling in de vitale capaciteit (VC). (Clark 1970).
Bardin en Lambertsen relateerde de daling in VC aan de PO2 en
blootstellingstijd aan zuurstof en introduceerden de unit of pulmonary toxicity
dose (UPTD). (Bardin 1970) Om de corrigeren met de brede inter- en
intrapersoonlijke variabiliteit zijn de limieten van acceptabele
zuurstofblootstelling gebaseerd op de mediane daling in VC. Bijvoorbeeld: 450
UPTD geeft een 2% daling bij 50% van de proefpersonen. Deze daling in VC is
vastgesteld na droge duiken (in een recompressietank), niet na hyperbare
zuurstofblootstelling bij immersie. Ten tijde van de publicatie benoemden de
auteurs de beperkingen van het UPTD-model en suggereerden dat modernere
technieken waarschijnlijk de validitieit van het model zouden vergroten.

Recente publicaties geven aan dat modernere parameters, zoals difussie
capaciteit van koolmonoxide (DLCO) en stikstofoxide (DLNO), nauwkeuriger POT
kunnen bepalen. (van Ooij 2014) Maar deze metingen zijn vrij lastig om uit te
voeren en vereisen specialistische apparatuur. Daarom kan deze methode niet
gebruikt worden door clinici of duikers om POT te meten in een niet-ziekenhuis
omgeving. In combinatie met de recente bevindingen dat immersie de ontwikkeling
van POT beinvloedt en de hoge intra- en interpersoonlijke variabiliteit, wil de
duikindustrie en de hyperbare geneeskunde een nieuw en valide model wat kan
corrigeren voor individuele gevoeligheid.

In een eerder onderzoek hebben we vluchtige organische stoffen (VOC's) vier uur
na een hyperbare blootstelling gemeten in uitgeademde lucht (EB) middels gas
chromatografie en massa spectometrie (GCMS). (van Ooij 2014) De conclusie van
dit onderzoek was dat analyse van EB betrouwbaarder is als dat eerder
uitgevoerd wordt dan vier uur na een duik, alleen is onbekend wanneer dat
precies zou moeten zijn. Daarnaast heeft analyse middels GCMS een extern
laboratorium nodig. Daarom voldoet de traditionele methode van analyse van EB
niet aan de behoefte van het meten in een klinische setting.

Met de ontwikkeling van de SpiroNose® door de afdeling longziekten van het AMC
is een geavanceerde technologische techniek beschikbaar om deze beperkingen te
omzeilen. De SpiroNose kan EB analyseren en vergelijken met een online
database. Maar is er nog geen onderzoek verricht om de gedetecteerde VOC's die
gevonden worden met de SpiroNose te vergelijken met GCMS om POT vast te stellen
na immersie en/of hyperbare zuurstof blootstelling.

Onze hypothese is dat VOC's die gedetecteerd worden met de SpiroNose bij EB net
zo betrouwbaar zijn als DLNO/CO, maar zowel patient-vriendelijker als
makkelijker in gebruik zijn om POT te detecteren naar hyperbare zuurstof
blootstelling.

Primaire doelstellingen:
1. Leidt een blootstelling aan een PO2 van 190 kPa (100% zuurstof op 9 meter
diepte) gedurende 60 minuten bij immersie tot veranderingen in EB vergeleken
met een PO2 van 40 kPa (21% zuurstof op 9 meter diepte)?
2. Leidt een herhaalde blootstelling aan een PO2 van 250 kPa (15 meter diepte)
gedurende 90 minuten in de recompressietank tot veranderingen in EB?

Secundaire doelstellingen:
1. Is de SpiroNose net zo gevoelig voor het detecteren van VOC's in EB die
geassocieerd zijn met POT als GCMS?
2. Welk tijdsinterval na een duik geeft de meest betrouwbare resultaten om POT
te detecteren?

Experiment I - 'Natte duiken'
Dit is een gerandomiseerde cross-over trial met drie meetdagen per
proefpersoon. Alle metingen en experimenten zullen verricht worden op het
Duikmedisch Centrum van de Koninklijke Marine te Den Helder.

Studiedag 1 (maandag): baseline metingen van DLNO/CO en EB zonder blootstelling
aan zuurstof of hyperbare omstandigheden in de voorafgaande 24 uur. Deze
metingen zullen minimaal 48 uur voor studiedag 2 verricht worden.
Studiedag 2 (donderdag): De proefpersoon zal een duik maken naar 9 meter van 60
minuten waarin hij of 100% zuurstof (interventie) of perslucht (controle, PO2
van 0,40 kPa) ademt. Eenmaal voor de duik en vijfmaal na de duik zal de EB
bepaald worden (*, 1, 2, 3 en 4 uur na de duik). DLNO/CO zal eenmaal bepaald
worden vier uur na de duik. Tevens zal een sample van de omgevingslucht genomen
worden ter referentie.
Studiedag 3 (donderdag 1 week later): Deze dag is vergelijkbaar met studiedag
2, met uitzondering dat de proefpersoon nu perslucht zal ademen als hij vorige
keer zuurstof heeft geademd en visa versa. De meetmomenten zullen hetzelfde
zijn. Deze dag is minimaal 1 week later om zeker te zijn dat alle fysiologische
parameters hersteld zijn.


Experiment II - 'droge duiken'
Dit is een prospectieve cohort studie met 7 meetdagen per proefpersoon.

Studiedag 1 (vrijdag): baseline metingen van DLNO/CO en EB zonder blootstelling
aan zuurstof of hyperbare omstandigheden in de voorafgaande 24 uur. Deze
metingen zullen minimaal 48 voor studiedag 2 verricht worden.
Studiedag 2 (maandag): meting van EB voor de duik. Nadien zal de proefpersoon
een duik maken naar 15 meter voor 90 minuten in een recompressietank. In de
vier uur na de duik meten we DLNO/CO eens en driemaal EB (*, 2 en 4 uur na de
duik).
Studiedag 3 (dinsdag): zoals dag 2.
Studiedag 4 (woensdag): zoals dag 2.
Studiedag 5 (donderdag): zoals dag 2.
Studiedag 6 (vrijdag): zoals dag 2.
Studiedag 7 (maandag): Na twee dagen niet duiken (vergelijkbaar met een
behandelschema binnen de hyperbare geneeskunde). Blootstelling en metingen
zoals op dag 2.

Voordelen:
Voor zowel militair zuurstofduiken als hyperbare zuurstoftherapie is het van
essentieel belang om te weten hoeveel en hoe lang (hyperbare) zuurstof geademd
kan worden voordat het leidt tot POT. Daarnaast hopen we met dit onderzoek een
'bed side' meeinstrument te kunnen valideren zodat duikers en clinici de
veilige limieten van hyperbare zuurstoftherapie kunnen bepalen.

Risicoanalyse
- Decompressieziekte: Bij elke duik met perslucht is er er een risico voor op
het optreden van decompressieziekte (DCS). Het risico op DCS wat geassocieerd
is met zowel de natte duik (60 minuten op 9 meter diepte met perslucht) is zeer
klein (0,1%). De droge duik heeft geen risico op DCS, omdat de proefpersonen
alleen zuurstof ademen.
- Zuurstoftoxiciteit: Er bestaat een risico voor zowel cerebrale en pulmonale
zuurstof toxiciteit. De laastgenoemde is het onderwerp van deze studie. Het
risico op cerebrale zuurstof toxiciteit gedurende de natte duik is ongeveer
4,7%, zoals berekend met het model van Arieli en Butler. (Arieli 2002, Butler
2004) Dit risico is gebaseerd op zuurstofduikers die fysiek werk uitvoeren.
Onze proefpersonen zullen nauwelijks inspanning verrichten en we verwachten
daarom dat het risico op cerebrale zuurstof toxiciteit minder dan 4,7% is. In
85 soortgelijke duiken die we gemaakt hebben in eerdere onderzoeken hebben we
geen cerebrale zuurstoftoxiciteit waargenomen. In recompressiekamers is dit
risico nog veel lager. Incidenties van 1 op 40.000 zijn niet ongebruikelijk.
(Banham 2011, Yildiz 2004)
Als onverhoopt dan toch een convulsie optreedt zal daar adequaat naar gehandeld
worden wat beschreven staat in het "Noodplan Neurologische Zuurstof
Vergiftiging" (zie bijlage K6).
- Barotrauma: Hyperbare blootstelling vereist het 'klaren' van het middenoor
gedurende drukveranderingen om trommelvliesperforatie te voorkomen. Alle
proefpersonen worden jaarlijks medisch gekeurd conform de European Diving
Technical Committy (EDTC) standaarden, waarbij de mogelijkheid om te klaren ook
wordt beoordeeld. Daarnaast zijn alle proefpersonen getraind en gecertificeerd
om te werken in hyperbare omstandigheden. Tot slot, omdat opstijgen en afdalen
in de recompressietank handmatig gebeurt, is er de mogelijkheid om te pauzeren
met drukveranderingen. Daardoor heeft de proefpersoon meer tijd om te klaren
indien nodig. Wij beschouwen dit risico als verwaarloosbaar.
- Brandgevaar: Hoewel brand in recompressiekamers zeer zeldzaamis , is er een
verhoogd brandgevaar bij hoge concentraties zuurstof wanneer ze gecombineerd
worden met warmte en brandstof. Alle materialen die blootgesteld worden aan
100% zuurstof zijn, conform internationale en Nederlandse wetgeving, 'oxy
clean' en worden regelmatig onderhouden. Zuurstof wordt aan de proefpersoon
gegeven via een ademapparaat (in geval van de natte experimenten) of
zuurstofmasker (in geval van de droge experimenten). Om er zeker van te zijn
dat er nergens zuurstof lekt, is de recompressiekamer voorzien van
zuurstofsensoren. Vanaf een zuurstofpercentage van 23% worden aanvullende
maatregelen getroffen (zoals het beperken van zuurstoftoevoer en 'flushen' van
de kamer). Wij zijn er van overtuigd dat dit risico voldoende is afgedicht.


Samengevat: we denken dat de risico's van deze natte en droge duiken als laag
beschouwd mogen worden, en lager dan de zuurstof duiken in het buitenwater die
onderdeel zijn van het dagelijks weg van de beroepsduikers.