Les effets de l'énergie sonore sur les échanges gazeux pulmonaires

Les ondes sonores sont utilisées dans diverses industries pour accélérer le processus de mélange ou de séparation des fluides (gaz/liquides). Nous avons prouvé que certaines ondes sonores peuvent améliorer en toute sécurité les échanges gazeux dans les poumons des rats en accélérant la diffusion des gaz dans leurs voies respiratoires et leurs alvéoles. Nous voulons maintenant voir si des ondes sonores similaires peuvent améliorer les échanges gazeux chez l'homme.

L'appareil qui crée les ondes sonores est un oscillateur de pression sonique capable de produire des ondes sonores similaires en intensité et en fréquence aux chants ou cris humains forts. Ces ondes se situent principalement dans la gamme de fréquences de 50-500 Hz (Hertz, oscillations par seconde) avec une intensité de 85-105 dBs (deci Bells, unité d'intensité de pression acoustique).

Nous avons effectué deux études sur banc et avons constaté la capacité des ondes sonores à augmenter la diffusion des gaz. Dans une étude pilote chez le rat, nous avons montré une amélioration sûre et significative des échanges gazeux pulmonaires sous l'influence de l'énergie sonore. Les effets des ondes sonores sur les échanges gazeux chez un sujet humain, le chercheur principal (PI), ont également été analysés dans un test métabolique avec des résultats prometteurs. Une amélioration cliniquement significative de la diffusion des gaz pulmonaires de l'IP a également été notée dans un test DLCO (capacité pulmonaire de diffusion pour le monoxyde de carbone). Lors d'un autre test, une étude de l'espace mort pulmonaire artificiellement agrandie, les pressions transcutanées d'oxygène et de dioxyde de carbone de l'IP (PtcCO2 et PtcO2) ont été mesurées et les résultats indiquaient la présence d'effets souhaités et sûrs d'ondes sonores particulières dans les échanges gazeux pulmonaires. Les études mentionnées ci-dessus appuient la justification, les objectifs et la méthodologie des études proposées.

Nos études humaines seront composées d'une partie primaire et d'une partie secondaire. Dans la partie primaire, les ondes sonores ne sont pas introduites directement dans les poumons des sujets et elles sont plutôt délivrées dans un cylindre à extrémité ouverte tandis que les sujets respirent l'air de l'extrémité fermée du cylindre. L'intensité sonore sera maintenue dans la plage de 95 à 105 dB.

Dans la deuxième partie des études, les ondes sonores de plus faible intensité (85-95dB) sont directement introduites dans les poumons des sujets pendant que les sujets subissent 1) un test métabolique et 2) un test de capacité de diffusion pulmonaire (DLCO). Les résultats de ces tests seront comparés aux résultats des tests de base du sujet (sans ondes sonores).

Dans les deux parties de l'étude, les narines des sujets seront serrées par des pinces nasales en plastique ordinaires car on leur demandera de tenir un embout buccal et de respirer à travers.

Dans la partie primaire, des ondes sonores de 95 à 105 dB seront délivrées dans un tronc de 16 L (litre) (cylindre conique). La base plus large du tronc de cône est ouverte à l'air ambiant mais sa base plus petite est fermée. Un tube de 2x20 cm reliera l'extrémité fermée du tronc de cône à l'embout buccal. Les sujets inspireront et expireront par la base plus étroite (fermée) du tronc à travers l'embout buccal pendant des cycles de 3 minutes suivis de cycles de 3 minutes de respiration d'air frais ambiant. Les PtcCO2 et PtcO2 des sujets seront mesurés avec le tronc de cône tenu dans diverses orientations spatiales par rapport à sa base ouverte qui sera 1) verticale vers le haut (+90 degrés avec l'horizon), 2) horizontale (0 degrés), verticale vers le bas (- 90 degrés) et incliné à -45 degrés. Ce test prendra au moins 6x4=24 minutes, et pas plus de 30 minutes pour chaque sujet. Ensuite, les mêmes tests seront effectués avec de l'énergie sonore introduite dans le tronc de cône. Le temps total pour étudier chaque matière sera d'environ 48 à 60 minutes.

La partie secondaire de l'étude est composée de deux sections. Dans la première section, la capacité de diffusion des poumons sera mesurée pendant que les ondes sonores sont jouées par le transducteur et délivrées via un embout buccal dans la cavité buccale des sujets. Les ondes sonores se déplaceront dans les voies respiratoires pulmonaires et dans les alvéoles. Un examinateur écoutera la paroi thoracique pour s'assurer que le sujet permet aux ondes de se déplacer dans les voies respiratoires sans obstruer le chemin des ondes sonores en tenant par inadvertance la langue vers le haut ou en retenant sa respiration. Cet embout buccal est relié via un connecteur en Y à la machine DLCO et au tube qui délivre les ondes sonores. La durée de l'effet sonore exercé ne sera que de 9 secondes selon le protocole d'un test DLCO de routine. Cette période coïncide avec le moment où le sujet prend une profonde inspiration et la retient pendant 9 secondes. La capacité de diffusion pulmonaire des sujets sera mesurée et comparée aux résultats des tests silencieux. Bien que le test utilise une très petite quantité de monoxyde de carbone (CO) comme gaz traceur, cette quantité est considérée comme négligeable et tout à fait sûre. Ce test a été effectué chez l'homme de manière routinière pendant de nombreuses années sans aucun effet secondaire discernable connu. Il a été approuvé par la FDA il y a de nombreuses années. Il existe une abondance de littérature médicale concernant la sécurité et les méthodes utilisées dans DLCO. Il existe également plusieurs vidéos YouTube montrant comment DLCO est fait. Nous encouragerons les participants à regarder ces vidéos avant les études. Les sujets seront assis confortablement sur une chaise et tiendront l'embout buccal dans leur bouche et respireront l'air ambiant. Ils peuvent facilement interrompre le test à tout moment en retirant simplement l'embout buccal de leur bouche.

Dans la deuxième section, les sujets subiront des tests métaboliques où leur oxygène (O2) et leur dioxyde de carbone (CO2) expirés sont mesurés avec et sans effets sonores. Les tests métaboliques sont approuvés par la FDA depuis de nombreuses années et sont généralement considérés comme très sûrs. Pendant le test, les participants respirent par l'embout buccal avec les narines pincées. Les gaz respiratoires seront fournis en connectant l'embout buccal à un tube qui a généralement un débit de base d'air ambiant de 40 L/min ou plus. Afin de montrer l'amélioration de l'oxygénation via l'énergie sonore, nous devrons créer un environnement respiratoire sous-optimal et une hypoxie induite artificiellement. Une hypoxie légère est généralement bien tolérée par les humains en bonne santé, bien qu'elle puisse rendre l'individu essoufflé et tachypnéique. Nous ajouterons de l'azote à l'air fourni pour ramener la fraction d'oxygène inhalé (FiO2) à 17,5 %, ce qui correspond à une respiration à une altitude de 7500 pieds (environ 2250 m), ou similaire à une station de ski, sauf que nous ne demandons pas nos sujets à s'impliquer dans des exercices vigoureux comme le ski, et le test ne dure qu'environ 20 minutes. La FiO2 réduite ramènera le pouls des sujets (SpO2) à 92-94%, ce qui est généralement considéré comme sûr et bien toléré par tous les sujets humains normaux sans conditions cardiopulmonaires. L'alcalose respiratoire légère et transitoire qui en résulte n'a aucune signification clinique car elle n'implique qu'un test de 20 minutes et le déséquilibre du pH serait tamponné naturellement sans induire d'anomalies électrolytiques.

Le transducteur acoustique, comme mentionné brièvement plus tôt, est un simple générateur d'ondes sonores et se compose d'un générateur de tonalité (généralement un ordinateur), d'un amplificateur électronique, d'un transducteur acoustique similaire à un haut-parleur ordinaire et d'un système d'entonnoir et de tube qui dirige le ondes sonores dans l'embouchure des sujets. Sa fonction est très similaire à celle de se tenir devant un haut-parleur et de laisser les sons pénétrer dans la bouche/le nez et le long des voies respiratoires pulmonaires, sauf que pour protéger les oreilles et intensifier les sons, un entonnoir est utilisé pour capter les ondes et les diriger dans la cavité buccale via un tube. L'appareil est fabriqué, réglé et calibré par le chercheur principal. Il peut produire des tonalités de 20 Hz à environ 11 KHz avec des intensités utiles allant de 65 dB à un maximum de 110 dB. Le dispositif simple a été utilisé avec succès chez des rats et un humain (PI) sans aucun effet secondaire perceptible.

Pour une description plus détaillée de la méthodologie et des résultats de nos études précédentes, veuillez vous référer aux documents joints avec la littérature référencée.

Collecte de données:

Au cours de la première partie de l'étude, les données concernant la PtcCO2, la PtcO2, la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire, le volume minute et la pression artérielle des sujets seront enregistrées sur une feuille de calcul et enregistrées sur des ordinateurs protégés par mot de passe.

Les variations de la capacité de diffusion pulmonaire sous l'influence des vibrations sonores seront mesurées et enregistrées à l'aide d'un appareil DLCO au service respiratoire du LLUMC. Les données seront également enregistrées sur des ordinateurs protégés par mot de passe à l'aide de MS-Excel crypté en plus de la mémoire de la machine DLCO. Au cours des tests métaboliques, les concentrations inhalées et expirées d'O2 et de CO2 seront surveillées en continu, ainsi que la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire, l'oxymétrie de pouls, la pression artérielle, le niveau de confort général du sujet et son bien-être clinique. Les données cryptées et protégées par un mot de passe seront collectées sur des feuilles de calcul Microsoft pour une analyse statistique par un biostatisticien.

RISQUE ET BLESSURE :

Les oreilles humaines sont particulièrement sujettes aux dommages causés par les sons forts. La douleur ou l'inconfort de l'oreille peut survenir à des niveaux sonores aussi bas que 110 dB, mais les niveaux sonores douloureux sont généralement considérés comme se situant entre 125 et 135 dB. D'autres organes tolèrent beaucoup mieux les ondes sonores et les lésions tissulaires ne se produisent normalement pas à des niveaux d'intensité sonore inférieurs à 160-170 dB. L'intensité sonore sera surveillée et enregistrée pendant les études. Les intensités seront toujours maintenues en dessous de 105 dB, ce qui est nettement inférieur à tout niveau nocif compte tenu du fait que les niveaux de pression acoustique sont mesurés à l'échelle logarithmique.

Pendant les tests métaboliques, l'oxymétrie de pouls des sujets sera maintenue au-dessus de 92 % pour éviter tout effet néfaste. Ces niveaux sont très bien tolérés par les humains et les médecins ne fournissent généralement pas d'oxygène aux patients à ces niveaux. Une hypoxie très brève avec hypercapnie se produira pendant le test du tronc lorsque le tronc est maintenu à la position +90 degrés, car la SpO2 chutera de 70 à 90 en environ 3 minutes, ce qui est la limite de ce test. Nous arrêterons le test avant le repère de 3 min si la SpO2 d'un sujet descendait en dessous de 80 %. L'hypoxie et l'hypercapnie brèves et transitoires sont bien tolérées. Un médecin sera présent à tout moment lorsque les tests seront en cours. Un examen médical approfondi immédiatement avant les tests garantira également la sécurité des sujets.

Des études métaboliques et des tests DLCO sont effectués régulièrement depuis de nombreuses années/décennies et sont généralement considérés comme très sûrs. La quantité de monoxyde de carbone inhalé utilisée comme gaz traceur dans le DLCO est nettement inférieure à tout niveau toxique. Ces tests sont approuvés par la FDA depuis longtemps et sont considérés comme sûrs même chez les patients souffrant de troubles pulmonaires.

AVANTAGES:

Les études n'ont aucun avantage direct ou immédiat pour les sujets participant à l'étude. Il a été prévu que les ondes sonores pourraient aider à réduire l'incidence et la gravité des «lésions pulmonaires induites par la ventilation ou VILI» dans une mesure encore à mesurer. La principale raison derrière cette hypothèse est que l'ajout d'ondes sonores appropriées aux gaz respiratoires nous permettra de ventiler efficacement les poumons avec une FiO2 inférieure et/ou une pression moyenne des voies respiratoires (Pmaw) inférieure à celle des technologies actuellement disponibles. Il est connu depuis longtemps que des FiO2/Pmaw élevés sont les deux principaux facteurs prédictifs de VILI. Il est également prévu que les résultats de la réanimation cardiorespiratoire (RCP) et de nombreux troubles pulmonaires aigus ou chroniques tels que la MPOC, l'asthme, la fibrose kystique, la dysplasie bronchopulmonaire, les troubles pulmonaires restrictifs, les lésions pulmonaires aiguës, le pneumothorax, le SDR et certaines autres conditions peuvent s'améliorer. grâce à l'utilisation d'ondes sonores appropriées.