Exhaled breath condensate (EBC) is a source for biomarkers of airway inflammation and oxidative stress that potentially could be used as diagnostic tool, prognosticator of outcomes or to guide therapeutic interventions. Collection of EBC is a simple, non-invasive and safe procedure that has been used in actively participating individuals breathing on their own as well as in mechanically ventilated patients for studying the composition of airway lining fluid and detect lung inflammation. Τhe past decade researchers have focused on the measurement of EBC pH as it is inexpensive, can be repeatedly performed without adversely affecting a patient and, most importantly, correlates well with other indices of airway inflammation and varies substantially in disease states. We undertook this study to determine whether EBC pH changes occur in the operating room in patients undergoing elective abdominal surgery compared to their preoperative values taking into account several factors that may influence EBC acidity. Furthermore, we investigate the potential prognostic utility of EBC pH in these patients by assessing its association with the development of acute respiratory events intra-operatively as well as with the duration of hospitalization. We also investigated the impact of the duration of storage in the EBC pH values. Twenty patients (45% male, mean age=62.25 years, range=31-83 years) undergoing elective abdominal surgery. The RTube EBC collection system (Respiratory Research, Inc, Charlottesville, VA, USA) was used. The first sample of EBC was collected in the evening before surgery. The second sample was collected intraoperatively 1 h after the induction of anesthesia and stabilization and securing of the airway with a cuffed endotracheal tube. The third sample was collected from the intubated patient after the final occlusion of the surgical incision, before arousal. Immediately after collection, all EBC samples were frozen in aliquots and stored at −80°C until analyzed. Before EBC pH measurement all samples were deaerized by using Argon. After that they were stored at −80°C again.The EBC pH was measured again after new deaeration with Argon, one year after the first measurement. Descriptive statistics such as proportions, means, and SDs were used to summarize the characteristics of study population. A repeated-measures analysis of variance (repeated ANOVA) was applied to compare the mean EBC pH values at the different sample times. When appropriate, post hoc comparisons were carried out using Bonferonni correction for multiple comparisons. Significance was set at a p-value of less than 0.05. We used Cox proportional-hazards models for the occurrence of bronchospasm during surgery. The mean volume of EBC of the study participants while normally breathing over a period of 20 min was 953 (±251) μl, whilst for the same patients intra-operatively and while mechanically ventilated, the mean volume of the first collection was 858 (± 253) μl and of the second 855 (±216) μl over a period of 30 min. Significant acidification of the EBC (p=0.007) was observed between the preoperative (spontaneous breathing) and intraoperative samples (mechanically ventilated).The mean preoperative EBC pH was significantly higher by 0.279 (95% confidence interval (CI)=0.045-0.513, p=0.015) and 0.267 (95% CI=0.034-0.501, p=0.020) units from the first intraoperative sample (collected 1 h after the induction of anesthesia) and the second intraoperative sample (before arousal), whilst the difference of the means between the two intra-operative EBC pH measurements did not reach the nominal level of significance. Interestingly, the aforementioned significant differences remained robust using mixed models adjusting alternatively for age, sex, BMI, smoking, history of GERD or COPD, arterial blood pH corresponding to the first intraoperative measurement of EBC pH, duration of operation and TV. The association between the first intraoperative measurement of EBC pH and the occurrence of bronchospasm during surgery and short mechanical ventilation in the operating room is shown. A 0.1 unit decrease of the first intraoperative EBC pH, that is after the induction of anesthesia and under mechanical ventilation, was found to increase the risk for development of bronchospasm intraoperatively by 0.77% (95% CI =−0.14-1.68, p=0.097). This result is of borderline significance (0.05 < p < 0.10) but it remained practically the same after controlling for different sets of potential confounders. A negative association was also revealed when we examined the relation between EBC pH measurements and duration of hospitalization. A 0.1 unit decrease of either the preoperative EBC pH, or the first or second intra-operative ones was found to increase the duration of hospitalization by 0.08 (95% CI=−0.20-0.36), 0.20 (95% CI=−0.28-0.68) or 0.17 (95% CI=−0.20-0.54) days, respectively. However, none of these negative associations reached the nominal level of significance. EBC pH values, after dearation with Argon, were lower in the second measurement, one year from the first measurement, stored at -80°C. The mean values of EBC pH, are statistically different between the two measurements for the preoperative (p=0,018), and the 1st (p=0,018) and the 2nd intraoperative collection (p=0,008). EBC acidification precedes and is positively related to the development of acute bronchospasm intra-operatively. Thus, it further strengthens the hypothesis that short-term ventilation during surgery may induce subclinical pulmonary injury, implying a diagnostic as well as a prognostic utility of EBC pH measurements. Also, EBC pH values are more acidic after one year of storage at -80°C.
Το συμπύκνωμα εκπνεόμενου αέρα (EBC) προκύπτει ως αποτέλεσμα της ψύξης των υδρατμών που εξέρχονται με την εκπνοή από το κατώτερο αναπνευστικό σύστημα. Περιλαμβάνει έναν μεγάλο αριθμό παραγόντων, η συγκέντρωση των οποίων επηρεάζεται από τις διάφορες πνευμονικές νόσους και τυχόν θεραπευτικές παρεμβάσεις. Το συμπύκνωμα εκπνεόμενου αέρα έχει, επίσης, μετρήσιμο pH. Το EBC pH αποτελεί τον καλύτερα τυποποιημένο δείκτη ο οποίος μας δίνει πληροφορίες για την οξεοβασική ισορροπία στο υγρό που επαλείφει τους αεραγωγούς. Επιπλέον, η οξίνισή του έχει αναφερθεί σε πολλές φλεγμονώδεις παθήσεις των αεραγωγών. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η αξιολόγηση της προεγχειρητικής και διεγχειρητικής τιμής του pH του EBC σαν προγνωστικού δείκτη διεγχειρητικών και μετεγχειρητικών επιπλοκών. Δευτερεύοντα σκοπό αποτελεί η μελέτη της επαναληψιμότητας των μετρήσεων του EBC pH μετά από συντήρηση των δειγμάτων σε βαθιά κατάψυξη για ένα έτος. Μελετήθηκαν είκοσι (20) ενήλικοι ασθενείς προγραμματισμένοι για μείζονα χειρουργική επέμβαση κοιλίας. Η λήψη έγινε με φορητές συσκευές μιας χρήσης (RTube, Respiratory Research, Charlottes-ville, Virginia) Το πρώτο δείγμα συλλέχθηκε το βράδυ πριν την επέμβαση. Διεγχειρητικά, η λήψη δείγματος πραγματοποιήθηκε με χρήση RTube το οποίο τοποθετήθηκε στο εκπνευστικό σκέλος του αναπνευστήρα. Κατά τη διάρκεια της μηχανικής αναπνοής πραγματοποιήθηκε συλλογή: α) του δεύτερου δείγματος κατά την πρώτη (1η) ώρα μετά την εισαγωγή στην αναισθησία και εξασφάλιση του αεραγωγού με ενδοτραχειακή διασωλήνωση β) του τρίτου δείγματος μετά το πέρας της τελικής σύγκλισης της χειρουργικής τομής και πριν την έναρξη αφύπνισης του ασθενούς. Όλα τα δείγματα (τουλάχιστον 1ml συμπυκνώματος) καταψύχθηκαν άμεσα στους -80°C προκειμένου να προσδιοριστεί σε δεύτερο χρόνο το pH. Πριν από κάθε μέτρηση η σταθεροποίηση του pH επιτεύχθηκε σε κάθε EBC δείγμα, μετά από απαέρωση με αέριο Αργό. Στη συνέχεια τα δείγματα καταψύχθηκαν εκ νέου στους -80°C. Δεύτερη μέτρηση των τιμών του EBC pH πραγματοποιήθηκε στα ίδια δείγματα, ένα έτος μετά την πρώτη μέτρηση ακολουθώντας τις ίδιες συνθήκες και το ίδιο πρωτόκολλο μέτρησης με την πρώτη.Για τους σκοπούς της μελέτης έγινε καταγραφή από τους ιατρικούς φακέλους των δημογραφικών στοιχείων των ασθενών καθώς και στοιχείων που αφορούν το ιατρικό τους ιστορικό, την προεγχειρητική τους εξέταση, τη διεγχειρητική και μετεγχειρητική τους πορεία. Επίσης, πραγματοποιήθηκε προτύπωση της μεθόδου συλλογής και συντήρησης των δειγμάτων για την μέτρηση του EBC pH, καθώς επίσης και διερεύνηση της επίδρασης της διάρκειας συντήρησης των δειγμάτων στις τιμές του EBC pH.Κατά τη στατιστική ανάλυση των δεδομένων, χρησιμοποιήθηκαν τα κατάλληλα μέτρα θέσης και διασποράς (μέσες τιμές, τυπικές αποκλίσεις) για τη περιγραφή των χαρακτηριστικών του πληθυσμού της μελέτης. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε ανάλυση διακύμανσης-συνδιακύμανσης για επαναλαμβανόμενες μετρήσεις ώστε να συγκριθούν οι μέσες τιμές του EBC pH των δειγμάτων που συλλέχθηκαν κατά τις τρεις διαφορετικές στιγμές. Το επίπεδο στατιστικής σημαντικότητας ορίστηκε στο 5% (p-value < 0.05). Για τη μελέτη εμφάνισης βρογχόσπασμου κατά τη διάρκεια της εγχείρησης χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα αναλογικών κινδύνων του Cox.Ο μέσος όγκος του EBC των συμμετεχόντων στην μελέτη σε αυτόματη αναπνοή ήταν 953μL (±251) ενώ κατά τη μηχανική αναπνοή, στους ίδιους ασθενείς, ο μέσος όγκος της πρώτης διεγχειρητικής συλλογής ήταν 858 μL (±253) και της δεύτερης λήψης ήταν 855 μL (±216). Σημαντική οξίνιση του EBC pH (p=0,007) παρατηρήθηκε μεταξύ των προεγχειρητικών και των διεγχειρητικών δειγμάτων. Το μέσο προεγχειρητικό EBC pH ήταν σημαντικά υψηλότερο κατά 0,279 (95% CL:0,045, 0,513, p-value=0,015) και 0,267(95% CL:0,034, 0,501, p-value=0,020) από το 1ο διεγχειρητικό δείγμα και το 2ο διεγχειρητικό δείγμα, ενώ η διαφορά των μέσων τιμών ανάμεσα στις δύο διεγχειρητικές μετρήσεις EBC pH δεν παρουσίασε σημαντική διαφορά. Μείωση κατά 0,1 του EBC pH του 1ου διεγχειρητικού δείγματος που συλλέχθηκε μετά την εισαγωγή στην αναισθησία και την έναρξη του μηχανικού αερισμού, αυξάνει τον κίνδυνο εμφάνισης βρογχόσπασμου διεγχειρητικά κατά 0,77% (95% CL: -0,14, 1,68, p-value=0,097). Μείωση κατά 0,1 τόσο του προεγχειρητικού EBC pH όσο και του 1ου ή του 2ου διεγχειρητικού, αυξάνει τη διάρκεια νοσηλείας κατά 0,08 (95% CL:-0,20, 0,36), 0,20 (95% CL:-0,28, 0,68) ή (95% CL:-0,20, 0,54) ημέρες, αντίστοιχα. Ωστόσο, καμία από αυτές τις αρνητικές συσχετίσεις δεν έφθασε το επίπεδο στατιστικής σημαντικότητας. Οι τιμές του EBC pH ήταν σημαντικά χαμηλότερες στην δεύτερη μέτρηση, η οποία πραγματοποιήθηκε 12 μήνες μετά την πρώτη μέτρηση του pH, σε δείγματα απαερωμένα με την χρήση αερίου Αργόν και αποθηκευμένα στους -80°C. Οι μέσες τιμές EBC pH διαφέρουν στατιστικά σημαντικά μεταξύ των μετρήσεων που έγιναν σε διαφορετικούς χρόνους, τόσο όσον αφορά την προεγχειρητική (p=0,018), όσο και την 1η (p=0,018) και τη 2η διεγχειρητική λήψη (p=0,008).Η όξυνση του EBC pH, πριν και μετά τον μικρής διάρκειας μηχανικό αερισμό, δείχνει τον ζημιογόνο ρόλο του μηχανικού αερισμού, κατά τη διάρκεια των χειρουργικών επεμβάσεων, στους αεραγωγούς και στους πνεύμονες, μια υπόθεση η οποία ενισχύεται αν λάβουμε υπόψιν μας την οριακώς σημαντική συσχέτιση που βρήκαμε μεταξύ της όξυνσης του EBC pH και της εμφάνισης βρογχόσπασμου. Επίσης αποδείξαμε ότι μετά από ένα έτος συντήρησης απαερωμένων δειγμάτων σε βαθιά κατάψυξη στους -80°C, παρατηρείται πτώση της τιμής του EBC pH των εκ νέου απαερωμένων δειγμάτων, σε σχέση με την τιμή της πρώτης μέτρησης.
