Festlegung normaler Bereiche der Mikrozirkulationsfunktion, wie durch CytoCam-IDF-Bildgebung bestimmt

Hintergrund

Sepsis ist ein sehr heterogener Krankheitszustand, der durch eine fehlregulierte Wirtsantwort auf eine systemische Infektion hervorgerufen wird, wobei unkontrollierte pro- und entzündungshemmende Prozesse zu kollateralen Gewebeverletzungen und Immunsuppression führen.

Sepsis stellt weltweit eine erhebliche Gesundheitsbelastung dar, wobei die Todesfälle in Großbritannien auf etwa 44.000 pro Jahr geschätzt werden. Eine unverzügliche Behandlung gemäß international anerkannten Behandlungsleitlinien verbessert die Ergebnisse bei Sepsis. Die frühe Diagnose einer Sepsis bleibt jedoch schwierig, da die derzeitigen diagnostischen Kriterien auf dem Vorhandensein einer Organdysfunktion und einer Störung der makrohämodynamischen Variablen beruhen. Zum Zeitpunkt der Diagnose liegt die Sterblichkeit bei über 10 %. Derzeit gibt es keine spezifischen Kriterien für die Diagnose einer Sepsis basierend auf den zugrunde liegenden pathophysiologischen Anomalien, insbesondere auf der Beurteilung der Mikrozirkulation.

Die Mikrozirkulation bei Sepsis

Die Mikrozirkulation besteht aus einem dichten Netzwerk von Arteriolen, Kapillaren und Venolen, deren Durchmesser weniger als 150 um beträgt. Seine Funktionen bestehen darin, Nährstoffe und Sauerstoff für den aeroben Stoffwechsel bereitzustellen und zelluläre Abfallprodukte abzubauen.

Die Sepsis betrifft alle Elemente der Mikrozirkulation, wobei die mikrozirkulatorische Dysfunktion eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie der schweren Sepsis und des septischen Schocks spielt. Sepsis ist mit einer verringerten Kapillardichte und einer erhöhten Perfusionsheterogenität verbunden, was zu einer verringerten Sauerstoffzufuhr, Gewebehypoxie und anschließend zu einer Organdysfunktion führt. Veränderungen der Mikrozirkulationsfunktion können den traditionellen diagnostischen Merkmalen der Sepsis vorausgehen und frühere Informationen über Patienten liefern, die später eine schwere Sepsis und Multiorganversagen entwickeln werden. Die Erkennung einer Sepsis in diesem frühen Stadium würde eine sofortige Behandlung ermöglichen, die darauf abzielt, die Homöostase der Mikrozirkulation wiederherzustellen und somit das Fortschreiten der Krankheit zu verändern.

Eine Reihe von Studien hat gezeigt, dass Verbesserungen der Mikrozirkulationsfunktion nach einer frühen Wiederbelebung mit einer Verringerung der Organfunktionsstörungen einhergehen, und dass Patienten, deren Mikrozirkulation sich nach einer Wiederbelebung nicht verbessert, schlechtere Ergebnisse haben. Trotz der Anerkennung der Bedeutung der Mikrozirkulation bei Sepsis verlassen sich aktuelle zielgerichtete Endpunkte auf die Überwachung und Wiederherstellung globaler Messungen der kardiovaskulären/Organfunktion (z. Herzfrequenz, Blutdruck, Urinausscheidung, Laktat), auch weil die Mikrozirkulation in der klinischen Praxis schwer zu überwachen ist. Eine Verbesserung der makrohämodynamischen Variablen garantiert jedoch nicht die Wiederherstellung der mikrozirkulatorischen Homöostase. Die klinische Bewertung der Mikrozirkulationsfunktion wird derzeit aus der Messung von Nebenprodukten abgeleitet, die aufgrund einer gestörten Sauerstoffversorgung/eines gestörten Stoffwechsels entstehen, wie Laktat und Kohlendioxid.

Videomikroskopische Techniken zur Beurteilung der Mikrozirkulation

Videomikroskopische Techniken bieten eine In-vivo-Visualisierung der Mikrozirkulation und ermöglichen eine direkte Messung der Kapillardichte, Perfusion und Flussdynamik. Bis vor kurzem waren diese Techniken, die Orthogonal-Polarisations-Spektral(OPS)-Bildgebung und Sidestream-Dunkelfeld(SDF)-Bildgebung umfassten, klinisch unzugänglich aufgrund ihrer sperrigen Natur, bedienerabhängigen Ausgabe und zeitaufwändigen Offline-Analyseanforderungen.

Kürzlich wurde ein tragbares Mikroskop der dritten Generation entwickelt (CytoCam-IDF, Braedius Medical, NL), das auffallende Dunkelfeldbeleuchtung (IDF) verwendet. Das Gerät beinhaltet eine automatisierte digitale Bildanalyse in Echtzeit, kombiniert mit hochauflösenden Objektiven und einem computergesteuerten Bildsensor für eine verbesserte Auflösung. Die CytoCam verfügt außerdem über einen neuartigen quantitativen Fokussiermechanismus mit einem integrierten Entfernungsmesssystem, wodurch, sobald die Fokustiefe für einen bestimmten Patienten festgelegt wurde, Serienmessungen durchgeführt werden können, ohne dass der Fokus manuell neu eingestellt werden muss, was die Geschwindigkeit und Einfachheit der Messungen verbessert. Dieses neue Gerät schneidet im Vergleich zu früheren Geräten gut ab und bietet einen verbesserten Kontrast und eine verbesserte Bildschärfe, wodurch eine größere Anzahl von Mikrogefäßen sichtbar gemacht werden kann.

Entscheidend ist, dass die CytoCam mit maßgeschneiderter Software ausgestattet ist, die es ermöglicht, Bilder am Aufnahmepunkt automatisch zu speichern und zu analysieren. Die Mikrozirkulationsüberwachung ist keine neue Technik, aber die Kombination aus benutzerfreundlicher Ergonomie, genauer Bilderfassung und automatisierter Analyse eröffnet diese potenziell nützliche direkte Messung der Mikrozirkulationsfunktion für die klinische Praxis am Krankenbett.

Analyse der sublingualen Mikrozirkulation Eine 2006 von Experten auf diesem Gebiet durchgeführte Diskussion am runden Tisch versuchte, die Merkmale zu klären, die in die Mikrozirkulationsanalyse einbezogen werden sollten, und kam zu dem Schluss, dass die Beurteilung der Mikrozirkulation Messungen der Gefäßdichte, der Kapillarperfusion und einer Heterogenität umfassen sollte Index (in Gefäßen von

Diese Messgrößen sind:

Mikrovaskulärer Flussindex (MFI) – Perfusionsqualität In Quadranten unterteiltes Bild. Jedem Quadranten ist eine Nummer entsprechend der vorherrschenden Strömungsart zugeordnet (0 = keine Strömung, 1 = intermittierend, 2 = träge, 3 = kontinuierlich). Der MFI ergibt sich aus dem Mittelwert der 4 Werte.

Gesamtgefäßdichte (TVD) Gefäßdichte – Die Gesamtlänge der Gefäße dividiert durch die Gesamtoberfläche des analysierten Bereichs.

Perfundierte Gefäßdichte (PVD) – Funktionelle Gefäßdichte Gesamtlänge der perfundierten Gefäße (MFI-Score 2/3) dividiert durch den analysierten Bereich.

Proportional of Perfused Vessels (PPV) – Perfusionsqualität 100 x Anzahl der perfundierten Gefäße dividiert durch die Gesamtzahl der Gefäße Heterogenitätsindex (HI) Maß für die Heterogenität des Flusses zwischen den Gefäßen. Höchster MFI – niedrigster MFI dividiert durch den durchschnittlichen MFI aller analysierten Standorte

Im Vergleich zu gesunden Probanden zeigen Patienten mit Sepsis unabhängig vom makrohämodynamischen Zustand niedrigere Werte für PVD, PPV und MFI sowie einen erhöhten Heterogenitätsindex. Die Gesamtkapillardichte scheint von der Sepsis unbeeinflusst zu sein. Diese Ergebnisse wurden durch die Studie „International Study on Microcirculatory Shock Occurrence in Acutely Ill Patients“ (microSOAP) bestätigt.

Die microSOAP-Studie ist bis dato die größte Studie, die die Signifikanz von mikrozirkulatorischen Veränderungen in einer heterogenen Population auf Intensivstationen (d. h. nicht nur Menschen mit Sepsis). Unter Verwendung der vorherigen Generation ähnlicher Technologie stellten die Forscher fest, dass von den 501 Patienten, die in die Analyse eingeschlossen wurden, 86 (17 %) einen anormalen MFI hatten (a priori definiert als

Automatisierte CytoCam Tools-Analyse

CytoCam Tools ist die proprietäre Software, die mit dem oben genannten Mikrozirkulationsmonitor geliefert wird. Es verwendet eine neue Analysetechnik namens Kapillarnetzwerkanalyse (CNA), bei der die Mikrozirkulation automatisch und benutzerunabhängig durch einen zweistufigen Prozess analysiert wird, der eine automatische Gefäßerkennung (abhängig vom Durchmesser der sichtbaren Gefäße) und eine anschließende Beurteilung der Geschwindigkeit der roten Blutkörperchen in den identifizierten Gefäßen.

Die folgenden mikrozirkulatorischen Variablen werden dann automatisch bestimmt.

• Gesamtgefäßdichte (TVD) – Gesamtlänge aller erkannten Gefäße dividiert durch die verarbeitete Fläche.
• Geschwindigkeitsindex (SI) – Relative Zahl, abgeleitet von der Intensitätsvariation entlang der Mittellinie eines Schiffs, die die im Schiff erfasste Geschwindigkeit beschreibt.
• Perfundierter Geschwindigkeitsindex (PSI) – SI in einem Gefäß, in dem der SI höher als die Perfusionsschwelle (PT) ist.
• Average Perfused Speed ​​Indicator (APSI) – Summe aller PSI-Werte dividiert durch die Gesamtzahl der perfundierten Gefäße.
• Anteil perfundierter Gefäße (PPV) - Gesamtlänge aller Gefäße mit einem SI höher als der PT, dividiert durch die Gesamtlänge aller detektierten Gefäße x 100,
• Perfundierte Gefäßdichte (PVD) – Gesamtlänge aller Gefäße mit einem SI höher als der PT dividiert durch die verarbeitete Fläche.
• Durchschnittlicher durchbluteter Geschwindigkeitsindikator-Heterogenitätsindex (APSI HI) – Bild unterteilt in Quadranten und APSI abgeleitet für jeden Quadranten. Höchster APSI minus niedrigster APSI dividiert durch den mittleren APSI aller Quadranten.

Die Beurteilung von PPV und PVD beruht auf der automatisierten Analyse der Geschwindigkeit roter Blutkörperchen in identifizierten Gefäßen. Um dies zu erreichen, wird eine vorbestimmte Perfusionsschwelle (PT) eingestellt. Der PT beschreibt den Strömungszustand innerhalb identifizierter Gefäße und kann von 0 bis unendlich reichen. Die Herstellerbewertung hat festgestellt, dass eine PT von über 1 mit einem „durchbluteten Zustand“ vereinbar ist, und dies kann wie folgt weiter unterteilt werden:

Perfusionsschwelle

Durchflusszustand 0 - 1 = kein Durchfluss 1 - 5 = träge 5 oder höher = guter Durchfluss Normalbereiche für diese automatisch gemessenen Gesundheitsvariablen sind derzeit nicht bekannt. Das Verständnis der Normalbereiche würde es uns ermöglichen, diese Technik in zukünftigen Studien zur Früherkennung septischer Erkrankungen einzusetzen. Die Identifizierung von Patienten in einem frühen Stadium des pathophysiologischen Prozesses der Sepsis vor der Entwicklung traditionell diagnostischer makrozirkulatorischer Anomalien kann eine frühere Implementierung der Behandlung ermöglichen.

Begründung

Das CytoCam-System kann einen Schritt hin zu einem benutzerfreundlicheren, reproduzierbareren, klinisch anwendbaren Ansatz zur Messung und Reaktion auf Änderungen der mikrovaskulären Funktion darstellen, um die klinischen Ergebnisse zu verbessern. Allerdings sind die Normalbereiche für diese Messungen nicht bekannt, ohne die weitere Studien nicht stattfinden können. Diese Studie wird die Normalbereiche für die vom CytoCam-System automatisch bestimmten Messungen bei gesunden Probanden identifizieren und neue Möglichkeiten für Studien eröffnen, von denen wir erwarten, dass sie auf die frühzeitige Identifizierung von Patienten mit mikrozirkulatorischer Dysfunktion (wie sie bei Sepsis auftritt) abzielen werden. ; deren mikrozirkulatorische Parameter außerhalb dieser neu definierten Bereiche liegen. Dies ist der erste Schritt hin zu einer routinemäßigen Überwachung der Mikrozirkulation am Krankenbett auf unserer Intensivstation.

Diese Arbeit baut auf Projekten auf, die derzeit innerhalb der Diagnostic Development Unit (DDU) am Leicester Royal Infirmary durchgeführt werden. Die DDU ist ein interkollegiales Projekt der University of Leicester zwischen Medizin, Weltraumwissenschaft und Atmosphärenchemie, das den Einsatz neuartiger nicht-invasiver Monitore in der Notfallmedizin und Intensivpflege untersucht.

Zu untersuchende Bevölkerung

ZIELSETZUNG

Identifizieren der Normalbereiche für automatisch gemessene mikrozirkulatorische Variablen, wie sie vom CytoCam-System in verschiedenen Altersgruppen von Erwachsenen bestimmt wurden.