Klinisk respiratorisk evaluering ved hjælp af spektroskopiforsøg (CREST)

FORMÅL At demonstrere sammenhængen mellem respiratorisk muskelblodstrøm og vejrtrækningsarbejde ved hjælp af nær-infrarød spektroskopi ved brug af Indocyanine Green Dye NIRS-ICG.

HYPOTESE OG MÅL

HYPOTESE #1: Hos forsøgspersoner med normal respiratorisk muskelfunktion (raske frivillige) vil RMBF målt ved NIRS-ICG-teknikken variere direkte med vejrtrækningsarbejdet (WOB) målt ved ændringer i transpulmonære trykgradienter og målt ved Esophageal og Surface EMG .

Mål #1: At måle og demonstrere forholdet mellem RMBF og WOB/EMG hos raske frivillige, der simulerer unormal pulmonal modstand.

Mål #2: At måle og demonstrere forholdet mellem RMBF og WOB hos raske frivillige, der simulerer unormal pulmonal compliance.

HYPOTESE #2: Hos forsøgspersoner med abnorm respiratorisk muskelfunktion (fravænning fra mekanisk ventilation efter eksacerbationer af KOL eller ARDS) vil RMBF som målt ved NIRS-ICG-teknikken variere med vejrtrækningsarbejdet som målt ved ændringer i transpulmonale trykgradienter og som målt vha. Esophageal og overflade-EMG.

Mål #3: At måle og demonstrere sammenhængen mellem RMBF og WOB hos kliniske forsøgspersoner med unormal pulmonal modstand (fravænning fra mekanisk ventilation efter KOL-eksacerbation).

Mål #4: At måle og demonstrere sammenhængen mellem RMBF og WOB hos kliniske forsøgspersoner med abnorm pulmonal compliance (fravænning fra mekanisk ventilation efter ARDS).

HYPOTESE #3: Vi spekulerer, baseret på tidligere forfattere, om, at blodgennemstrømningshastighederne i åndedrætsmusklerne for en given WOB vil være anderledes i kliniske populationer end hos raske frivillige. Vi antager, at hældningen af ​​den lineære regressionsanalyse, der relaterer BFI til WOB (både transpulmonære trykgradienter og EMG) vil være "stejlere" i kliniske populationer, hvilket tyder på, at en årsag til respirationssvigt og fravænningsbesvær i disse populationer kan være ineffektiv respiratorisk muskel ilt udnyttelse.

Mål #5: At demonstrere, at RMBF-WOB-relationerne i kliniske populationer vil være anderledes end dem, der måles hos raske frivillige.

BEGRUNDELSE Til dato har måling af regional blodgennemstrømning og iltudnyttelse vist sig vanskelig. Ingen steder er dette mere sandt end ved måling af den regionale blodgennemstrømning og iltudnyttelse af åndedrætsmuskulaturen. Meget af det, vi ved om Respiratory Muscle Blood Flow (RMBF) stammer fra dyreundersøgelser eller menneskelig forskning, der kræver meget invasive metoder. Udviklingen af ​​en minimalt invasiv teknik til måling af RMBF har potentialet til at tilføje væsentligt til vores viden om respiratorisk energi i forskning og kliniske omgivelser.

Nær infrarød spektroskopi (NIRS) kan bruges til at måle absorptionen af ​​elektromagnetisk energi i det nære infrarøde område (650 til 1000 nm) af in vivo kromoforer. Ved vurdering af regional vævsiltning vurderer NIRS mængden af ​​udsendt energi absorberet i området forbundet med hæmoglobin (760 nm) og med deoxyhæmoglobin (800 nm). Forholdet mellem disse mængder af absorberet lys kan bruges til at generere et indeks for vævsiltning/deoxygenering. Indocyaningrønt farvestof er en syntetisk kromofor, der absorberer energi i det infrarøde spektrum (805 nm). Guenette et al. målte akkumuleringen af ​​ICG i åndedrætsmusklerne ved hjælp af NIRS, mens koncentrationen af ​​ICG i arterieblodet blev målt ved hjælp af fotodensitometri. Denne teknik har den fordel, at den er i stand til at kvantificere den absolutte muskelblodstrøm med samtidige målinger af hjertevolumen, og derved tillade beregningen af ​​absolutte regionale blodstrømme og absolutte hastigheder for regional iltoptagelse. Det praktiske ved denne teknik hos raske frivillige kompliceres af behovet for blodudtagninger og re-infusioner samt arteriel kanylering og måling af hjertevolumen.

For at undgå de logistiske vanskeligheder ved arteriel kanylering og central venøs kanylering (påkrævet til bestemmelse af hjertevolumen), er et relativ blodgennemstrømningsindeks (BFI) blevet foreslået. BFI-metoden er et minimalt invasivt alternativ og blev først udviklet til hurtig og gentagen bedside-estimering af cerebral blodgennemstrømning. BFI er afledt af et transkutant målt NIRS ICG-signal og kræver ikke arteriel kanylering eller måling af hjertevolumen. BFI er et relativt mål for blodgennemstrømning, da absolut flow ikke kan bestemmes, medmindre arteriel ICG-koncentration måles.

Tidligere analyser har sammenlignet BFI og absolut muskelblodstrøm bestemt ved hjælp af NIRS og ICG og vist stærk overensstemmelse mellem BFI og NIRS-afledt absolut muskelblodstrøm. Til dato har ingen undersøgelse set på forholdet mellem NIRS-ICG-afledte BFI-værdier og respiratorisk arbejdsbelastning målt ved esophageal og overflade-EMG (EEMG-SEMG) hos forsøgspersoner med unormal compliance eller resistens eller i kliniske populationer.

Kronisk obstruktiv lungesygdom (kronisk bronkitis og emfysem) er en patologisk tilstand karakteriseret ved ødelæggelse af lungeparenkym og unormal luftvejsindsnævring, der fører til en begrænsning af luften. I klinisk praksis er KOL defineret ved dens karakteristisk lave luftstrøm og unormal modstand i lungesystemet under lungefunktionstests. I modsætning til astma er denne begrænsning dårligt reversibel og udvikler sig over tid. KOL er den fjerde hyppigste dødsårsag blandt canadiere. Alvorlige eksacerbationer af KOL kan kræve mekanisk ventilation og indlæggelse på intensivafdeling.

Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) er en alvorlig lungesygdom forårsaget af både direkte og indirekte inflammatorisk skade. Det er kendetegnet ved betændelse i lungeparenkymet, der fører til nedsat gasudveksling og unormal overholdelse af åndedrætssystemet. Hypoxæmi og frigivelsen af ​​systemisk aktive cytokiner resulterer ofte i multipel organsvigt og død. ARDS kræver typisk mekanisk ventilation og indlæggelse på en intensivafdeling.

Patienter med KOL eller ARDS, der kræver mekanisk ventilation, har høj risiko for at dø enten af ​​deres sygdom eller af komplikationer under kritisk sygdom. De, der overlever den akutte fase af deres sygdom, kræver ofte længerevarende mekanisk ventilation og har ofte svært ved at vænne sig fra ventilatorstøtte. Mens lungeparenkymale abnormiteter og dekonditionering er væsentlige komponenter i denne "fravænningsfejl", kan respiratorisk muskelstyrke og potentielt respiratorisk muskelblodstrøm spille en rolle.

FORSKNINGSMETODE Vi vil udføre en række af fire undersøgelser for at demonstrere effektiviteten af ​​Near Infrared Spectroscopy Indocyanine Green Dye (NIRS-ICG) teknikken til ikke-invasiv måling af Respiratory Muscle Blood Flow (RMBF). De første to undersøgelser vil finde sted med raske frivillige, og de to andre undersøgelser vil forekomme i kliniske populationer (mekanisk ventilerede patienter, der kommer sig efter eksacerbationer af KOL eller kommer sig efter ARDS). De første to undersøgelser vil finde sted i vores respiratoriske fysiologiske laboratorium (sundheds- og integrativ fysiologisk laboratorium ved University of British Columbia), og de to andre vil finde sted på intensivafdelingen (ICU) på VGH.