Nær-infrarød spektroskopi til måling af blodsukker i kritiske plejeindstillinger

Opretholdelse af stram glykæmisk kontrol hos kritisk syge patienter har vist sig at reducere sygelighed og dødelighed signifikant hos intensivpatienter i operationsstuen og intensivafdelingen. Talrige (>20) peer-reviewede publikationer har vist fordelene ved stram glykæmisk kontrol. For eksempel har stram glykæmisk kontrol vist sig at reducere infektioner på operationsstedet med 60 % hos patienter med hjerte- og thoraxkirurgi (Furnary et al., 1999), og det har vist sig at reducere den samlede ICU-dødelighed med 40 % med betydelige reduktioner i ICU-morbiditet og længde af ophold (Van den Berghe, 2001).

Historisk set behandlede plejere kun hyperglykæmi (højt blodsukker), når glukoseniveauet oversteg 220 mg/dL. Men baseret på disse nylige kliniske fund anbefaler eksperter nu at kontrollere blodsukkeret til inden for det normoglykæmiske område (80-110 mg/dL). Overholdelse af sådanne strenge glukosekontrolregimer kræver næsten kontinuerlig overvågning af blodglukose og hyppig justering af insulininfusion for at opnå normoglykæmi, samtidig med at risikoen for hypoglykæmi (lavt blodsukker) undgås. Undersøgelser viser, at som svar på dette påviste kliniske behov, har mere end 50 % af de amerikanske hospitaler nu vedtaget stramme glykæmiske kontrolprotokoller for nogle intensivpatienter, og yderligere 23 % forventes at vedtage sådanne protokoller inden for de næste 12 måneder.

I øjeblikket kræver disse TGC-protokoller intravenøs administration af insulin for at opnå og styre glukosekontrol til inden for det normoglykæmiske område. Protokollerne kræver også hyppig overvågning af patientens blodsukkerniveau af plejepersonale. Med eksisterende teknologi involverer hver test fjernelse af en blodprøve og testning på håndholdte målere eller blodgasanalysatorer. Denne proces er besværlig, arbejdskrævende og ofte forstyrrende for patienten. Selvom hospitaler reagerer på det identificerede kliniske behov, har den nuværende teknologi begrænset anvendelse på grund af to hovedårsager:

1. Frygt for hypoglykæmi: administration af insulin for at holde patienten i målglukoseområdet på 80-110 mg/dL udsætter patienten for øget risiko for klinisk hypoglykæmi (blodsukker mindre end 50 mg/dL). Patienter med kritisk behandling er ofte bedøvet og udviser ikke typiske tegn på hypoglykæmi, hvilket forværrer risikoen for hypoglykæmi. Behovet for hyppig overvågning og bekymring for risikoen for hypoglykæmi øger pårørendes stress og kan begrænse overholdelse af stramme glykæmiske kontrolprotokoller.
2. Glukosemonitorering ved konventionelle metoder repræsenterer en byrdefuld procedure: De fleste stramme glykæmiske kontrolprotokoller kræver hyppig glukosemonitorering og insulinjustering med 30 minutter til 2 timers intervaller (typisk hver time) for at undgå hypoglykæmi og samtidig opretholde normoglykæmi. Glukosebestemmelse med den nuværende teknologi (herunder instrumentforberedelse, blodprøveoptagelse og instrumentanalyse) tager typisk 5 minutter pr. måling.

Sponsoren er ved at udvikle en automatiseret patient-tilsluttet blodsukkermonitor, der automatisk vil foretage hyppige blodsukkermålinger. Hyppige målinger vil muliggøre bedre sporing af patientens glukosestatus og vil give oplysninger om blodsukkertendenser. Systemet vil advare plejepersonalet om forestående eller faktiske hypoglykæmitilstande. Automatisering vil reducere arbejdsbyrden forbundet med eksisterende teknologi. Enheden er beregnet til at hjælpe plejepersonale til bedre at håndtere stram glykæmisk kontrol hos deres patienter.

Enheden måler glukose i fuldblod ved at lade en patientblodprøve strømme gennem en optisk flowcelle, mens den transmitterer nær infrarødt lys gennem prøven. Blodbestanddelene, inklusive glucose, absorberer en del af den nær-infrarøde energi på karakteristisk måde. Instrumentet måler det resulterende transmissionsspektrum og analyserer spektret for at bestemme koncentrationen af ​​glukose i blodprøven.

Selvom den foreslåede undersøgelse vil repræsentere de indledende målinger foretaget af enheden hos ICU-patienter, har sponsoren indsamlet data i frivillige undersøgelser udført på InLights facilitet. I en undersøgelse indsamlede vi blod fra frivillige donorer og lavede individuelle blodprøver med variabel glukose (glucoseområde 50-550 mg/dL) ved at tilsætte prøverne med koncentreret glukoseopløsning. Vi inducerede også hæmatokritvariation mellem 30-50% i disse prøver ved at kontrollere forholdet mellem røde blodlegemer og plasma. Spektralmålinger indsamlet med prototypeanordningen blev matematisk korreleret med samtidige blodsukkermålinger af de samme prøver opnået med en Yellow Springs Instruments YSI 2700 Select glukoseanalysator (en industristandard laboratorieglukoseanalysator) til at generere en spektral glukosemodel og til at give baseline tæt på -infrarøde glukosemålingsresultater. Denne evaluering viste, at enhedens glukosemålinger sporede YSI 2700 glukosemålingerne med en nøjagtighed på 8,9 mg/dL (1 s.d.). Se figur 1.

I en anden undersøgelse indsamlede vi serielle blodprøver fra 5 frivillige forsøgspersoner med diabetes, der undergik dynamiske glukoseændringer induceret af kulhydratindtagelse og insulinadministration. Vi opnåede spektrale glukosemålinger af blodprøverne ved hjælp af prototypen af ​​den nær-infrarøde enhed og sammenlignede dem med samtidige blodsukkermålinger af de samme prøver opnået med YSI 2700 Select glukoseanalysatoren. Sponsorens resultater sammenlignede positivt med YSI 2700-resultaterne, hvilket viser en rod-middel-kvadrat-fejl (1 standardafvigelse) på 5,9 mg/dL (figur 2). Dette nøjagtighedsniveau kan sammenlignes med den nuværende håndholdte målerteknologi.

Vi forventer, at operationsstuen og ICU-miljøerne vil præsentere nye fysiologiske og farmakologiske udfordringer for vores instrument. Den foreslåede undersøgelse er i det væsentlige en screeningsundersøgelse, der vil give sponsoren indsigt i disse udfordringer. Adgang til de afidentificerede ICU-diagrammer vil give sponsoren mulighed for at korrelere glukosemålingerne og målefejlene med specifikke farmakologiske terapier og fysiologiske hændelser. På denne måde er den foreslåede undersøgelse i realiteten en screeningsundersøgelse.