Klinické hodnocení dýchání pomocí spektroskopické studie (CREST)

ÚČEL Demonstrovat vztah mezi průtokem krve dýchacími svaly a prací dýchání pomocí blízké infračervené spektroskopie využívající barvivo Indocyanine Green Dye NIRS-ICG.

HYPOTÉZA A CÍLE

HYPOTÉZA č. 1: U subjektů s normální funkcí dýchacích svalů (zdraví dobrovolníci) se RMBF měřené technikou NIRS-ICG bude měnit přímo s dechovou prací (WOB), měřeno změnami v gradientech transpulmonálního tlaku a měřeno ezofageálním a povrchovým EMG .

Cíl č. 1: Změřit a prokázat vztah mezi RMBF a WOB/EMG u zdravých dobrovolníků simulujících abnormální plicní rezistenci.

Cíl č. 2: Změřit a prokázat vztah mezi RMBF a WOB u zdravých dobrovolníků simulujících abnormální plicní poddajnost.

HYPOTÉZA č. 2: U subjektů s abnormální funkcí dýchacích svalů (odstavení od mechanické ventilace po exacerbacích CHOPN nebo ARDS) se RMBF měřené technikou NIRS-ICG bude lišit s dechovou prací, měřeno změnami v gradientech transpulmonálního tlaku a měřeno Ezofageální a povrchové EMG.

Cíl č. 3: Změřit a prokázat vztah mezi RMBF a WOB u klinických subjektů s abnormální plicní rezistencí (odstavení od mechanické ventilace po exacerbaci CHOPN).

Cíl č. 4: Změřit a prokázat vztah mezi RMBF a WOB u klinických subjektů s abnormální plicní poddajností (odstavení od mechanické ventilace po ARDS).

HYPOTÉZA č. 3: Na základě předchozích autorů se domníváme, že rychlost průtoku krve v dýchacích svalech pro daný WOB bude v klinických populacích jiná než u zdravých dobrovolníků. Předpokládáme, že sklon lineární regresní analýzy týkající se BFI a WOB (jak gradienty transpulmonálního tlaku, tak EMG) bude v klinických populacích „strmější“, což naznačuje, že jedním z důvodů respiračního selhání a potíží s odstavením u těchto populací může být neefektivní kyslík v dýchacích svalech využití.

Cíl č. 5: Prokázat, že vztahy RMBF-WOB v klinických populacích se budou lišit od vztahů naměřených u zdravých dobrovolníků.

ODŮVODNĚNÍ K dnešnímu dni se měření regionálního průtoku krve a využití kyslíku ukázalo jako obtížné. Nikde to neplatí více než při měření regionálního průtoku krve a využití kyslíku dýchacími svaly. Mnoho z toho, co víme o průtoku krve dýchacími svaly (RMBF), pochází z výzkumů na zvířatech nebo lidských výzkumů, které vyžadují vysoce invazivní metody. Vývoj minimálně invazivní techniky pro měření RMBF má potenciál významně rozšířit naše znalosti o respirační energetice ve výzkumu a v klinických podmínkách.

Blízká infračervená spektroskopie (NIRS) může být použita k měření absorpce elektromagnetické energie v blízké infračervené oblasti (650 až 1000 nm) chromofory in vivo. Při hodnocení regionální oxygenace tkání NIRS posuzuje množství absorbované emitované energie v rozsahu spojeném s hemoglobinem (760 nm) as deoxyhemoglobinem (800 nm). Poměr těchto množství absorbovaného světla může být použit ke generování indexu okysličení/deoxygenace tkáně. Indocyaninové zelené barvivo je syntetický chromofor, který absorbuje energii v infračerveném spektru (805 nm). Guenette a kol. měřila akumulaci ICG v dýchacích svalech pomocí NIRS, zatímco koncentrace ICG v arteriální krvi byla měřena pomocí fotodenzitometrie. Tato technika má výhodu v tom, že je schopna kvantifikovat absolutní průtok krve svalem se současnými měřeními srdečního výdeje, čímž umožňuje výpočet absolutních regionálních průtoků krve a absolutních rychlostí regionálního příjmu kyslíku. Praktičnost této techniky u zdravých dobrovolníků je komplikována nutností odběrů krve a reinfuzí, stejně jako arteriální kanylací a měřením srdečního výdeje.

Aby se předešlo logistickým potížím arteriální kanylace a centrální žilní kanyly (potřebné pro stanovení srdečního výdeje), byl navržen relativní index průtoku krve (BFI). Metoda BFI je minimálně invazivní alternativou a byla poprvé vyvinuta pro rychlé a opakované stanovení průtoku krve mozkem u lůžka. BFI je odvozena z transkutánně měřeného signálu NIRS ICG a nevyžaduje arteriální kanylu nebo měření srdečního výdeje. BFI je relativní míra průtoku krve, protože absolutní průtok nelze určit, pokud není měřena arteriální koncentrace ICG.

Předchozí analýzy porovnávaly BFI a absolutní svalový krevní průtok stanovený pomocí NIRS a ICG a prokázaly silnou shodu mezi BFI a NIRS odvozeným absolutním svalovým prokrvením. Dosud žádná studie nezkoumala vztah mezi hodnotami BFI odvozenými z NIRS-ICG a respirační zátěží měřenou pomocí jícnové a povrchové EMG (EEMG-SEMG) u subjektů s abnormální poddajností nebo rezistencí nebo v klinických populacích.

Chronická obstrukční plicní nemoc (chronická bronchitida a emfyzém) je patologický stav charakterizovaný destrukcí plicního parenchymu a abnormálním zúžením dýchacích cest, které vede k omezení vzduchu. V klinické praxi je CHOPN definována svým charakteristicky nízkým průtokem vzduchu a abnormálním odporem plicního systému během testů funkce plic. Na rozdíl od astmatu je toto omezení špatně reverzibilní a postupem času progreduje. CHOPN je 4. nejčastější příčinou úmrtí mezi Kanaďany. Těžké exacerbace CHOPN mohou vyžadovat mechanickou ventilaci a přijetí na jednotku intenzivní péče.

Syndrom akutní respirační tísně (ARDS) je závažné plicní onemocnění způsobené přímým i nepřímým zánětlivým poškozením. Je charakterizován zánětem plicního parenchymu vedoucím k poruše výměny plynů a abnormální poddajnosti dýchacího systému. Hypoxémie a uvolňování systémově aktivních cytokinů často vedou k selhání více orgánů a smrti. ARDS obvykle vyžaduje mechanickou ventilaci a přijetí na jednotku intenzivní péče.

Pacienti s CHOPN nebo ARDS, kteří vyžadují mechanickou ventilaci, jsou vystaveni vysokému riziku úmrtí buď na jejich onemocnění, nebo na komplikace během kritického onemocnění. Ti, kteří přežijí akutní fázi svého onemocnění, často vyžadují prodlouženou mechanickou ventilaci a často mají potíže s odvykáním od ventilátorové podpory. Zatímco abnormality plicního parenchymu a dekondice jsou významnými složkami tohoto „selhání od odvykání“, síla dýchacích svalů a potenciálně i průtok krve dýchacími svaly mohou hrát roli.

METODA VÝZKUMU Provedeme sérii čtyř studií, abychom prokázali účinnost techniky Indocyanine Green Dye (NIRS-ICG) v blízké infračervené spektroskopii pro neinvazivní měření průtoku krve dýchacími svaly (RMBF). První dvě studie proběhnou u zdravých dobrovolníků a druhé dvě studie proběhnou u klinické populace (mechanicky ventilovaní pacienti zotavující se z exacerbací CHOPN nebo zotavující se z ARDS). První dvě studie proběhnou v naší laboratoři respirační fyziologie (Laboratoř zdraví a integrativní fyziologie na University of British Columbia) a druhé dvě budou probíhat na jednotce intenzivní péče (JIP) ve VGH.