Evaluación clínica respiratoria mediante ensayo de espectroscopia (CREST)

PROPÓSITO Demostrar la relación entre el flujo sanguíneo de los músculos respiratorios y el trabajo respiratorio mediante espectroscopia de infrarrojo cercano utilizando colorante verde de indocianina NIRS-ICG.

HIPÓTESIS Y OBJETIVOS

HIPÓTESIS n.º 1: en sujetos con función normal de los músculos respiratorios (voluntarios sanos), la RMBF, medida mediante la técnica NIRS-ICG, variará directamente con el trabajo respiratorio (WOB), según lo medido por los cambios en los gradientes de presión transpulmonar y según lo medido por la EMG esofágica y de superficie .

Objetivo #1: Medir y demostrar la relación entre RMBF y WOB/EMG en voluntarios sanos simulando una resistencia pulmonar anormal.

Objetivo #2: Medir y demostrar la relación entre RMBF y WOB en voluntarios sanos simulando distensibilidad pulmonar anormal.

HIPÓTESIS n.º 2: En sujetos con función anormal de los músculos respiratorios (retirada de la ventilación mecánica después de las exacerbaciones de la EPOC o del SDRA), la RMBF medida por la técnica NIRS-ICG variará con el trabajo respiratorio medido por los cambios en los gradientes de presión transpulmonar y medido por EMG esofágico y de superficie.

Objetivo #3: Medir y demostrar la relación entre RMBF y WOB en sujetos clínicos con resistencia pulmonar anormal (retirada de la ventilación mecánica después de una exacerbación de la EPOC).

Objetivo #4: Medir y demostrar la relación entre RMBF y WOB en sujetos clínicos con distensibilidad pulmonar anormal (retirada de la ventilación mecánica después de ARDS).

HIPÓTESIS #3: Especulamos, basándonos en autores anteriores, que las tasas de flujo sanguíneo en los músculos respiratorios para un WOB determinado serán diferentes en poblaciones clínicas que en voluntarios sanos. Nuestra hipótesis es que la pendiente del análisis de regresión lineal que relaciona el BFI con el WOB (tanto los gradientes de presión transpulmonar como el EMG) será "más pronunciada" en las poblaciones clínicas, lo que sugiere que una de las razones de la insuficiencia respiratoria y las dificultades de destete en estas poblaciones puede ser el oxígeno muscular respiratorio ineficiente utilización.

Objetivo #5: Demostrar que las relaciones RMBF-WOB en poblaciones clínicas serán diferentes de las medidas en voluntarios sanos.

JUSTIFICACIÓN Hasta la fecha, la medición del flujo sanguíneo regional y la utilización de oxígeno ha resultado difícil. En ninguna parte es esto más cierto que en la medición del flujo sanguíneo regional y la utilización de oxígeno de los músculos respiratorios. Gran parte de lo que sabemos sobre el flujo sanguíneo de los músculos respiratorios (RMBF, por sus siglas en inglés) proviene de investigaciones con animales o investigaciones con humanos que requieren métodos altamente invasivos. El desarrollo de una técnica mínimamente invasiva para la medición de RMBF tiene el potencial de aumentar significativamente nuestro conocimiento de la energía respiratoria en entornos clínicos y de investigación.

La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) se puede utilizar para medir la absorción de energía electromagnética en el rango de infrarrojo cercano (650 a 1000 nm) por cromóforos in vivo. Al evaluar la oxigenación tisular regional, NIRS evalúa la cantidad de energía emitida absorbida en el rango asociado con la hemoglobina (760 nm) y con la desoxihemoglobina (800 nm). La relación de estas cantidades de luz absorbida se puede utilizar para generar un índice de oxigenación/desoxigenación tisular. El colorante verde de indocianina es un cromóforo sintético que absorbe energía en el espectro infrarrojo (805 nm). Guenette et al. midió la acumulación de ICG en los músculos respiratorios usando NIRS mientras que la concentración de ICG en la sangre arterial se midió usando fotodensitometría. Esta técnica tiene la ventaja de poder cuantificar el flujo sanguíneo muscular absoluto con medidas simultáneas del gasto cardíaco, lo que permite calcular los flujos sanguíneos regionales absolutos y las tasas absolutas de consumo de oxígeno regional. La practicidad de esta técnica en voluntarios sanos se complica por la necesidad de extracciones y reinfusiones de sangre, así como de canulación arterial y medición del gasto cardíaco.

Para evitar las dificultades logísticas de la canalización arterial y la canalización venosa central (requeridas para la determinación del gasto cardíaco), se ha propuesto un Índice de Flujo Sanguíneo (BFI) relativo. El método BFI es una alternativa mínimamente invasiva y se desarrolló por primera vez para la estimación rápida y repetida al pie de la cama del flujo sanguíneo cerebral. El BFI se deriva de una señal NIRS ICG medida transcutáneamente y no requiere canulación arterial ni la medición del gasto cardíaco. El BFI es una medida relativa del flujo sanguíneo, ya que el flujo absoluto no se puede determinar a menos que se mida la concentración de ICG arterial.

Los análisis anteriores compararon el BFI y el flujo sanguíneo muscular absoluto determinado mediante NIRS e ICG y demostraron una fuerte concordancia entre el BFI y el flujo sanguíneo muscular absoluto derivado del NIRS. Hasta la fecha, ningún estudio ha analizado la relación entre los valores de BFI derivados de NIRS-ICG y la carga de trabajo respiratorio medida por EMG esofágico y de superficie (EEMG-SEMG) en sujetos con cumplimiento o resistencia anormal o en poblaciones clínicas.

La Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (bronquitis crónica y enfisema), es una condición patológica caracterizada por la destrucción del parénquima pulmonar y el estrechamiento anormal de las vías respiratorias que conduce a una limitación de aire. En la práctica clínica, la EPOC se define por su flujo de aire característicamente bajo y la resistencia anormal del sistema pulmonar durante las pruebas de función pulmonar. A diferencia del asma, esta limitación es poco reversible y progresa con el tiempo. La EPOC es la cuarta causa principal de muerte entre los canadienses. Las exacerbaciones graves de la EPOC pueden requerir ventilación mecánica e ingreso en la unidad de cuidados intensivos.

El Síndrome de Dificultad Respiratoria Aguda (SDRA) es una enfermedad pulmonar grave causada por lesiones inflamatorias tanto directas como indirectas. Se caracteriza por la inflamación del parénquima pulmonar que conduce a un deterioro del intercambio gaseoso y una distensibilidad anormal del sistema respiratorio. La hipoxemia y la liberación de citocinas sistémicamente activas con frecuencia provocan insuficiencia multiorgánica y muerte. El ARDS generalmente requiere ventilación mecánica e ingreso a una unidad de cuidados intensivos.

Los pacientes con EPOC o ARDS que requieren ventilación mecánica tienen un alto riesgo de muerte, ya sea por su enfermedad o por complicaciones durante una enfermedad crítica. Aquellos que sobreviven a la fase aguda de su enfermedad a menudo requieren ventilación mecánica prolongada y, a menudo, tienen dificultad para desconectarse del soporte del ventilador. Si bien las anomalías del parénquima pulmonar y el desacondicionamiento son componentes importantes de este "fracaso del destete", la fuerza de los músculos respiratorios y, potencialmente, el flujo sanguíneo de los músculos respiratorios, pueden desempeñar un papel.

MÉTODO DE INVESTIGACIÓN Llevaremos a cabo una serie de cuatro estudios para demostrar la eficacia de la técnica de colorante verde de indocianina de espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS-ICG) para la medición no invasiva del flujo sanguíneo del músculo respiratorio (RMBF). Los dos primeros estudios se realizarán en voluntarios sanos y los dos segundos estudios se realizarán en poblaciones clínicas (pacientes con ventilación mecánica que se recuperan de exacerbaciones de EPOC o se recuperan de SDRA). Los dos primeros estudios se llevarán a cabo en nuestro laboratorio de fisiología respiratoria (el Laboratorio de Fisiología Integrativa y de la Salud de la Universidad de Columbia Británica) y los dos segundos se realizarán en la Unidad de Cuidados Intensivos (UCI) de VGH.