Kliininen hengitysteiden arviointi spektroskopiakokeella (CREST)

TARKOITUS Havainnollistaa hengityslihasten verenvirtauksen ja hengitystoiminnan välistä suhdetta käyttämällä lähi-infrapunaspektroskopiaa käyttäen indocyanine Green Dye NIRS-ICG:tä.

HYPOTEESI JA TAVOITTEET

HYPOTEESI #1: Koehenkilöillä, joilla on normaali hengityslihasten toiminta (terveet vapaaehtoiset) NIRS-ICG-tekniikalla mitattu RMBF vaihtelee suoraan hengitystyön (WOB) mukaan mitattuna transpulmonaalisten painegradienttien muutoksilla ja mitattuna ruokatorven ja pinnan EMG:llä .

Tavoite #1: Mittaa ja osoittaa RMBF:n ja WOB/EMG:n välinen suhde terveillä vapaaehtoisilla, jotka simuloivat epänormaalia keuhkovastusta.

Tavoite #2: Mitataan ja osoitetaan RMBF:n ja WOB:n välinen suhde terveillä vapaaehtoisilla, jotka simuloivat epänormaalia keuhkomyöntyvyyttä.

HYPOTEESI #2: Henkilöillä, joilla on epänormaali hengityslihasten toiminta (vieroitus koneellisesta ventilaatiosta COPD:n tai ARDS:n pahenemisen jälkeen) NIRS-ICG-tekniikalla mitattu RMBF vaihtelee hengitystyön mukaan mitattuna transpulmonaalisten painegradienttien muutoksilla ja mitattuna Ruokatorven ja pinnan EMG.

Tavoite #3: Mittaa ja osoittaa RMBF:n ja WOB:n välinen suhde kliinisillä koehenkilöillä, joilla on epänormaali keuhkovastus (vieroitus mekaanisesta ventilaatiosta COPD:n pahenemisen jälkeen).

Tavoite #4: Mittaa ja osoittaa RMBF:n ja WOB:n välinen suhde kliinisillä koehenkilöillä, joilla on epänormaali keuhkomyöntyvyys (vieroitus koneellisesta ventilaatiosta ARDS:n jälkeen).

HYPOTEESI #3: Aiempien kirjoittajien perusteella spekuloimme, että hengityslihasten verenvirtausnopeus tietyllä WOB:lla on erilainen kliinisissä populaatioissa kuin terveillä vapaaehtoisilla. Oletamme, että BFI:n ja WOB:n (sekä transpulmonaariset painegradientit että EMG) yhdistävän lineaarisen regressioanalyysin kaltevuus on "jyrkempi" kliinisissä populaatioissa, mikä viittaa siihen, että yksi syy hengitysvajaukseen ja vieroitusvaikeuksiin näissä populaatioissa voi olla tehoton hengityslihasten happi. käyttö.

Tavoite #5: Osoittaa, että RMBF-WOB-suhteet kliinisissä populaatioissa ovat erilaisia ​​kuin terveillä vapaaehtoisilla mitatut.

PERUSTELUT Alueellisen verenvirtauksen ja hapen käytön mittaaminen on tähän mennessä osoittautunut vaikeaksi. Tämä ei pidä paikkaansa missään paremmin kuin hengityslihasten alueellisen verenvirtauksen ja hapen käytön mittaamisessa. Suuri osa siitä, mitä tiedämme hengityslihasten verenvirtauksesta (RMBF) on peräisin eläintutkimuksista tai ihmistutkimuksista, jotka vaativat erittäin invasiivisia menetelmiä. Minimaalisesti invasiivisen tekniikan kehittäminen RMBF:n mittaamiseen voi lisätä merkittävästi tietämystämme hengitysenergiasta tutkimuksessa ja kliinisissä ympäristöissä.

Lähi-infrapunaspektroskopiaa (NIRS) voidaan käyttää sähkömagneettisen energian absorption mittaamiseen lähi-infrapuna-alueella (650-1000 nm) in vivo -kromoforeilla. Arvioidessaan alueellista kudosten hapetusta NIRS arvioi hemoglobiiniin (760 nm) ja deoksihemoglobiiniin (800 nm) liittyvällä alueella absorboituneen emittoidun energian määrän. Näiden absorboituneen valon määrien suhdetta voidaan käyttää kudosten hapettumisen/happipoiston indeksin muodostamiseen. Indosyaniinivihreä väriaine on synteettinen kromofori, joka absorboi energiaa infrapunaspektrissä (805 nm). Guenette et ai. mittasi ICG:n kertymistä hengityslihaksiin käyttämällä NIRS:ää, kun taas ICG:n pitoisuus valtimoveressä mitattiin käyttämällä fotodensitometriaa. Tämän tekniikan etuna on se, että se pystyy mittaamaan absoluuttisen lihaksen verenvirtauksen samanaikaisilla sydämen minuuttimittauksilla, mikä mahdollistaa absoluuttisen alueellisen verenvirtauksen ja alueellisen hapenoton absoluuttisen nopeuden laskemisen. Tämän tekniikan käytännöllisyyttä terveillä vapaaehtoisilla vaikeuttaa verenpoiston ja uudelleeninfuusion tarve sekä valtimoiden kanylointi ja sydämen minuuttitilavuuden mittaus.

Valtimon kanyloinnin ja keskuslaskimokanyloinnin logististen vaikeuksien välttämiseksi (tarvitaan sydämen minuuttitilavuuden määrittämiseksi), on ehdotettu suhteellista verenvirtausindeksiä (BFI). BFI-menetelmä on minimaalisesti invasiivinen vaihtoehto, ja se kehitettiin alun perin nopeaan ja toistuvaan aivoverenkierron estimointiin. BFI on johdettu transkutaanisesti mitatusta NIRS ICG -signaalista, eikä se vaadi valtimokanylointia tai sydämen minuuttitilavuuden mittaamista. BFI on suhteellinen verenvirtauksen mitta, koska absoluuttista virtausta ei voida määrittää, ellei valtimoiden ICG-konsentraatiota mitata.

Aiemmissa analyyseissä on verrattu BFI:tä ja absoluuttista lihasten verenvirtausta, joka on määritetty käyttämällä NIRS:ää ja ICG:tä, ja osoittanut vahvan yhtäpitävyyden BFI:n ja NIRS:n johdetun absoluuttisen lihasten verenvirtauksen välillä. Tähän mennessä missään tutkimuksessa ei ole tarkasteltu NIRS-ICG:stä johdettujen BFI-arvojen ja hengitystyökuormituksen välistä suhdetta ruokatorven ja pinnan EMG:llä (EEMG-SEMG) mitattuna potilailla, joilla on epänormaali hoitomyöntyvyys tai resistenssi tai kliinisissä populaatioissa.

Krooninen obstruktiivinen keuhkosairaus (krooninen keuhkoputkentulehdus ja emfyseema) on patologinen tila, jolle on tunnusomaista keuhkojen parenkyymin tuhoutuminen ja epänormaali hengitysteiden kapeneminen, mikä johtaa ilman rajoittumiseen. Kliinisessä käytännössä keuhkoahtaumatauti määritellään sen tyypillisen alhaisella ilmavirralla ja epänormaalilla keuhkojärjestelmän vastustuskyvyllä keuhkojen toimintakokeiden aikana. Toisin kuin astma, tämä rajoitus on huonosti palautuva ja etenee ajan myötä. Keuhkoahtaumatauti on neljänneksi yleisin kuolinsyy kanadalaisten keskuudessa. Keuhkoahtaumataudin vakavat pahenemisvaiheet voivat vaatia koneellista ventilaatiota ja vastaanottoa teho-osastolle.

Akuutti hengitysvaikeusoireyhtymä (ARDS) on vakava keuhkosairaus, joka johtuu sekä suorasta että epäsuorasta tulehdusvauriosta. Sille on ominaista keuhkojen parenkyymin tulehdus, joka johtaa heikentyneeseen kaasunvaihtoon ja epänormaaliin hengityselimiin. Hypoksemia ja systeemisesti aktiivisten sytokiinien vapautuminen johtavat usein useiden elinten vajaatoimintaan ja kuolemaan. ARDS vaatii tyypillisesti koneellisen ilmanvaihdon ja pääsyn teho-osastolle.

Mekaanista ventilaatiota tarvitsevilla COPD- tai ARDS-potilailla on suuri riski kuolla joko sairautensa tai kriittisen sairauden aiheuttamien komplikaatioiden vuoksi. Ne, jotka selviävät sairautensa akuutista vaiheesta, tarvitsevat usein pitkäkestoista mekaanista ventilaatiota ja heillä on usein vaikeuksia vieroittaa hengityslaitteen tuesta. Vaikka keuhkojen parenkymaaliset poikkeavuudet ja kuntouttaminen ovat tämän "vieroituksen epäonnistumisen" merkittäviä osia, hengityslihasten voimakkuudella ja mahdollisesti hengityslihasten verenkierrolla voi olla merkitystä.

TUTKIMUSMENETELMÄ Suoritamme neljän tutkimuksen sarjan osoittaaksemme Near Infrared Spectroscopy Indocyanine Green Dye (NIRS-ICG) -tekniikan tehokkuuden hengityslihasten verenvirtauksen (RMBF) ei-invasiiviseen mittaukseen. Kaksi ensimmäistä tutkimusta tehdään terveillä vapaaehtoisilla ja kaksi toista tutkimusta kliinisissä populaatioissa (mekaanisesti ventiloidut potilaat, jotka toipuvat keuhkoahtaumatautien pahenemisesta tai toipumassa ARDS:sta). Kaksi ensimmäistä tutkimusta tehdään hengitysfysiologian laboratoriossamme (British Columbian yliopiston terveys- ja integratiivfysiologian laboratorio) ja kaksi toista VGH:n tehohoitoyksikössä (ICU).