BREVOC-tutkimus: Hengityksen VOCs korkean riskin rintakivulle päivystyksessä (BREVOC)

1. Tutkimustaustaa Tarkkailtavan lääketieteen käsitteen esittelyn jälkeen kliinisten diagnosointitekniikoiden innovointi ja optimointi ovat nousseet keskeiseksi kysymykseksi lääketieteellisessä tutkimuksessa. Perinteiset diagnosointimenetelmät – mukaan lukien kuvantaminen, hematologia ja histologia – perustuvat usein invasiivisiin toimenpiteisiin. Vaikka nämä tekniikat voivat tarjota erittäin tarkkaa diagnostista tietoa, ne liittyvät korkeisiin kustannuksiin, toiminnalliseen monimutkaisuuteen ja potilaille aiheutuvien haittojen mahdollisiin riskeihin, mikä tekee niistä vähemmän sopivia nopeaan seulontaan ja dynaamiseen seurantaan. Siksi ei-invasiivisten, nopeiden ja kustannustehokkaiden diagnosointitekniikoiden kehittäminen on tullut kiireelliseksi tarpeeksi modernissa lääketieteessä.

Yhtenä aineenvaihdunnallisesti aktiivisimmista elimistä keuhkot vaihtavat kehon kudosten tuottamia aineenvaihduntatuotteita verenkiertoon, jotka poistuvat uloshengitysilmasta. Siten uloshengitysilmassa voi heijastua kehon fysiologinen ja patologinen tila. Historiallisesti lääkärit tunnistivat tiettyjä sairauksia kehon hajun muutosten perusteella – esimerkiksi hedelmäinen "mädän omenan" haju diabeettisessa ketoasidoosissa tai kaltainen haju maksasairauksista kärsivillä potilailla. Tuolloin näiden hajujen taustalla olevaa kemiallista koostumusta ei tunnettu. Vuonna 1971 Pauling ja muut sovelsivat ensimmäisenä kaasukromatografiaa ihmisen uloshengitysilmassa olevien aineiden analysointiin, tunnistaen satoja haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC), mikä loi pohjan hengitysanalyysitekniikalle.

Äkillinen rintakipu on yksi yleisimmistä oireista hätäosastoilla, ja sen syyt ovat moninaisia ja ennusteet vaihtelevia. Useat hengenvaaralliset sydän- ja verisuonitapahtumat – kuten akuutti sepelvaltimotautioireyhtymä (ACS), akuutti keuhkoembolia (APE) ja akuutti aorttaoireyhtymä (AAS) – ilmaantuvat tyypillisesti äkillisenä rintakipuna ja vaativat nopeaa diagnoosia ja hoitoa hätätilanteessa. Kaikki rintakivutapaukset eivät kuitenkaan ole korkean riskin. Merkittävä osa potilaista (esimerkiksi kylkiluunneuralgiaa sairastavat) selviytyvät hyvin eivätkä tarvitse laajoja diagnostiikkatutkimuksia tai seurantaa. Siksi tarkka riskiluokittelu on ratkaisevan tärkeää: korkean riskin rintakivun nopea tunnistaminen ja hoito, samalla kun vältetään liiallinen hoito matalan riskin tapauksissa, on välttämätöntä julkisen terveyden turvaamiseksi ja terveydenhuollon kuormituksen vähentämiseksi.

Uloshengitysilmassa olevien VOC-yhdisteiden hengitysanalyysi on viime vuosina herättänyt yhä enemmän huomiota ainutlaatuisena biomarkkeripohjaisena työkaluna sairauksien varhaiseen diagnosointiin ja seulontaan. VOC-yhdisteet ovat erittäin haihtuvia orgaanisia molekyylejä, joita esiintyy paitsi ympäristössä myös ihmisen aineenvaihduntaprosessien tuottamina. Endogeenisina aineenvaihduntatuotteina VOC-yhdisteet heijastavat terveydentilaa ja sairauden etenemistä. Ei-invasiivisen havaitsemisen ja korkean herkkyyden vuoksi VOC-yhdisteet osoittavat suurta potentiaalia varhaisessa diagnosoinnissa, personoidussa hoidossa ja sairauksien seurannassa. Verrattuna perinteisiin biomarkkeritutkimuksiin hengitysanalyysi tarjoaa ainutlaatuisia etuja. Yhden molekyylin havaitsemisen sijaan VOC-analyysi voi tunnistaa molekyylikuviot, tarjoten kattavampaa ja tarkempaa diagnostista tietoa. Nykyinen näyttö on osoittanut vahvat yhteydet VOC-yhdisteiden ja useiden sairauksien – mukaan lukien syöpä, hengitystiesairaudet ja diabetes – välillä, korostaen niiden arvoa tarkkailtavassa lääketieteessä.

Tarkkailtu lääketiede korostaa yksilöllisiä hoitostrategioita, jotka räätälöidään potilaskohtaisiin biologisiin ominaisuuksiin. Tässä viitekehyksessä VOC-yhdisteet – fysiologisten ja patologisten tilojen biomarkkereina – voivat olla merkittävää kliinistä arvoa äkillisen rintakivun varhaisessa diagnosoinnissa, seulonnassa ja seurannassa. Äkillisen rintakivun hengitysanalyysitutkimukset ovat kuitenkin edelleen vähäisiä. Marzoog ja muut osoittivat, että VOC-yhdisteet voivat erottaa iskeemisen sydäntaudin potilaat kontrolliryhmästä koneoppimismalleja käyttäen, mikä viittaa hengitysanalyysin mahdolliseen soveltamiseen akuutissa kardiogeenisessa rintakivussa. Vuonna 2024 Kiinan rintakipukonsensus ehdotti uusien aineenvaihduntamarkkerien, kuten rasva-aldehydien, sisällyttämistä rintakipujen arviointijärjestelmiin. Standardoituja tutkimuksia uloshengitysilmassa olevista VOC-yhdisteistä on kuitenkin edelleen vähän.

Siksi tämän tutkimuksen tavoitteena on soveltaa uloshengitysilmassa olevien VOC-yhdisteiden havaitsemista korkean riskin äkillisen rintakivun potilaiden tunnistamiseen, perustaa VOC-profiilien tietokanta ja arvioida dynaamisten VOC-muutosten ennusteellista arvoa. Tämä tutkimus luonnehtii ensimmäisen kerran systemaattisesti korkean riskin äkillisen rintakivun VOC-profiilia, analysoi dynaamisia muutoksia ja rakentaa VOC-pohjaisen ennustavan pisteytysmallin potilaiden ennusteen arviointiin. Näiden ponnistelujen odotetaan tarjoavan uusia strategioita yksilölliselle hoidolle, sairauksien seurannalle ja hoidolle korkean riskin äkillisessä rintakivussa.

2. Tutkimustavoitteet

1. Biomarkkerien tunnistaminen: Perusta VOC-profiili korkean riskin äkillisen rintakivun potilaille ja erota heidät muista rintakivun syistä.

   Aldehydien havaitseminen: Tutki uloshengitysilmassa olevien aldehydien havaitsemisen roolia korkean riskin rintakivussa; perusta ja validoi varhainen diagnostinen malli käyttäen VOC-yhdisteitä hätäosaston triaasin optimointiin.

2. Ennusteen arviointi: Arvioi VOC-konsentraatioiden muutosten ennusteellista arvoa sairaalakuolleisuudelle ja merkittäville haittasydän- ja verisuonitapahtumille (MACE) korkean riskin rintakivun potilailla.
3. Uudet indikaattorit: Tutki uusia diagnostisia markkeriyhdistelmiä, jotka ovat parempia kuin perinteiset biomarkkerit.

3. Tutkimusmenetelmät Tutkimussuunnittelu Tämä tutkimus on suunniteltu prospektiiviseksi kohorttitutkimukseksi. 3.1 Tutkimuspaikat ja osallistujat Tutkimus suoritetaan Shandong-yliopiston Qilu-sairaalan hätäosastolla (ED), hätäteho-osastolla (EICU) ja teho-osastolla (ICU). Kelpoiset osallistujat sisältävät kaikki hätäosastolle äkillisen rintakivun kanssa saapuvat potilaat.

3.2 Tutkimustulokset

1. Ensisijainen lopputulos: Erotus korkean riskin ja matalan/keskitasoisen riskin rintakivun välillä, arvioitu vastaanottajan toimintaominaisuuskäyrän (ROC) alle jäävällä pinta-alalla (AUC-ROC), herkkyydellä ja spesifisyydellä.

2. Toissijaiset lopputulokset:

   1. Läpimenevän diagnoosin määrä (osuus korkean riskin potilaista, jotka mallin mukaan luokitellaan väärin matalan/keskitasoisen riskin potilaiksi).
   2. Hätäosastolla vietetty aika ja terveydenhuollon kustannukset malliohjautuvan triaasin alla.

   3. Sairaalakuolleisuus ja MACE:n ilmaantuvuus. 3.3 Tilastollinen analyysi Tietojen tarkkuuden varmistamiseksi perustetaan Excel-tietokanta kaksoissyöttövarmistuksella. Tiedot analysoidaan käyttäen R-ohjelmistoa (versio 4.3.2), kaksisuuntaisella merkitsevyystasolla α = 0,05 (P < 0,05 pidetään tilastollisesti merkitsevänä).

      1. Kuvaileva analyysi: Perusominaisuudet ja VOC-konsentraatiot tiivistetään. Kategoriset muuttujat ilmaistaan frekvensseinä tai prosentteina. Jatkuvat muuttujat normaalijakauman tai likimääräisen normaalijakauman kanssa esitetään keskiarvona ± keskihajontana (SD). Vinoja tietoja raportoidaan mediaanina (P25, P75). Ryhmien välisiä vertailuja käytetään riippumattomien otosten t-testejä, yksisuuntaista varianssianalyysiä (ANOVA), Mann-Whitneyn U-testiä tai Kruskal-Wallisin testiä tarpeen mukaan. Kategorisia muuttujia analysoidaan käyttäen khiin neliö (χ²) testiä tai Fisherin tarkkaa testiä.
      2. Ominaisuuksien valinta: Ominaisuudet VOC-yhdisteet seulotaan, ja VOC-pisteytysmalli kehitetään käyttäen koneoppimismenetelmiä.
      3. Ennusteen analyysi: Ennustetekijöitä arvioidaan käyttäen Coxin suhteellisten riskien regressiota.
      4. Trajektorianalyysi: VOC-konsentraatioiden dynamiikka mallinnetaan aikamuotojen tutkimiseksi.