Stabilire gli intervalli normali della funzione microcircolatoria come determinato dall'imaging CytoCam-IDF

Sfondo

La sepsi è uno stato patologico altamente eterogeneo causato da una risposta dell'ospite disregolata all'infezione sistemica, con processi pro e antinfiammatori incontrollati che portano a lesioni dei tessuti collaterali e soppressione immunitaria.

La sepsi rappresenta un onere sanitario significativo in tutto il mondo, con decessi attribuiti nel Regno Unito stimati a circa 44.000 all'anno. Un trattamento tempestivo diretto da linee guida di gestione concordate a livello internazionale migliora i risultati nella sepsi. Tuttavia, la diagnosi precoce della sepsi rimane difficile, con gli attuali criteri diagnostici che si basano sulla presenza di disfunzione d'organo e alterazione delle variabili macroemodinamiche. Al momento della diagnosi, la mortalità supera il 10%. Al momento non ci sono criteri specifici nella diagnosi di sepsi basati sulle anomalie fisiopatologiche sottostanti, in particolare sulla valutazione del microcircolo.

Il microcircolo nella sepsi

Il microcircolo è costituito da una fitta rete di arteriole, capillari e venule, il cui diametro è inferiore a 150 um. Le sue funzioni sono fornire nutrienti e ossigeno per il metabolismo aerobico e ridurre i prodotti di scarto cellulare.

La sepsi colpisce tutti gli elementi del microcircolo, con la disfunzione microcircolatoria che gioca un ruolo importante nella fisiopatologia della sepsi grave e dello shock settico. La sepsi è associata a una diminuzione della densità capillare e a una maggiore eterogeneità della perfusione che porta a una diminuzione dell'apporto di ossigeno, ipossia tissutale e successivamente disfunzione d'organo. I cambiamenti nella funzione microcircolatoria possono precedere le caratteristiche diagnostiche tradizionali della sepsi, fornendo informazioni precedenti sui pazienti che svilupperanno sepsi grave e insufficienza multiorgano. Il riconoscimento della sepsi in questa fase iniziale consentirebbe un trattamento tempestivo, volto a ripristinare l'omeostasi del microcircolo, alterando quindi la progressione della malattia.

Numerosi studi hanno dimostrato che i miglioramenti della funzione microcircolatoria dopo la rianimazione precoce sono associati a una diminuzione della disfunzione d'organo e quei pazienti la cui microcircolazione non migliora dopo la rianimazione hanno esiti peggiori. Nonostante il riconoscimento dell'importanza della microcircolazione nella sepsi, gli attuali endpoint orientati agli obiettivi si basano sul monitoraggio e sul ripristino delle misure globali della funzione cardiovascolare/d'organo (ad es. frequenza cardiaca, pressione arteriosa, diuresi, lattato), anche perché il microcircolo è difficilmente monitorabile nella pratica clinica. Tuttavia, il miglioramento delle variabili macroemodinamiche non garantisce il ripristino dell'omeostasi microcircolatoria. La valutazione clinica della funzione microcircolatoria è attualmente dedotta dalla misurazione dei sottoprodotti generati a causa di alterata ossigenazione/metabolismo come lattato e anidride carbonica.

Tecniche video microscopiche per la valutazione del microcircolo

Le tecniche microscopiche video forniscono la visualizzazione in vivo della microcircolazione, consentendo la misurazione diretta della densità capillare, della perfusione e della dinamica del flusso. Fino a poco tempo fa, queste tecniche che includevano l'imaging Orthogonal Polarization Spectral (OPS) e Sidestream Dark Field (SDF) erano clinicamente inaccessibili a causa della loro natura ingombrante, dell'output dipendente dall'operatore e dei requisiti di analisi offline che richiedono tempo.

Recentemente è stato sviluppato un microscopio portatile di terza generazione (CytoCam-IDF, Braedius Medical, NL), che utilizza l'illuminazione Incident Dark Field (IDF). Il dispositivo incorpora l'analisi dell'immagine digitale automatizzata in tempo reale, combinata con obiettivi ad alta risoluzione e un sensore di immagine controllato da computer per una migliore risoluzione. CytoCam presenta anche un nuovo meccanismo di messa a fuoco quantitativa con un sistema di misurazione della distanza integrato, per cui una volta stabilita la profondità di messa a fuoco per un paziente specifico, è possibile effettuare misurazioni seriali senza dover regolare nuovamente la messa a fuoco manualmente, migliorando la velocità e la facilità delle misurazioni. Questo nuovo dispositivo offre buone prestazioni rispetto ai dispositivi precedenti, fornendo contrasto e nitidezza dell'immagine migliorati consentendo la visualizzazione di un numero maggiore di microvasi.

Fondamentalmente, CytoCam è dotato di un software su misura che consente di archiviare e analizzare automaticamente le immagini nel punto di acquisizione. Il monitoraggio del microcircolo non è una tecnica nuova, ma la combinazione di ergonomia di facile utilizzo, acquisizione accurata delle immagini e analisi automatizzata apre questa misurazione diretta potenzialmente utile della funzione microcircolatoria alla pratica clinica al capezzale.

Analisi del microcircolo sublinguale Una tavola rotonda nel 2006 di esperti del settore, ha cercato di chiarire le caratteristiche che dovrebbero essere incluse nell'analisi del microcircolo, concludendo che la valutazione del microcircolo dovrebbe includere misure di densità vascolare, valutazione della perfusione capillare e una eterogeneità indice (in vasi di

Queste variabili misurate sono:

Indice di flusso microvascolare (MFI) - Qualità della perfusione Immagine suddivisa in quadranti. Ad ogni quadrante viene assegnato un numero in base al tipo di flusso predominante (0 = nessun flusso, 1 = intermittente, 2 = lento, 3 = continuo). L'IFM risulta dalla media dei 4 valori.

Densità totale dei vasi (TVD) Densità dei vasi - La lunghezza totale dei vasi divisa per la superficie totale dell'area analizzata.

Perfused Vessel Density (PVD) - Densità funzionale dei vasi Lunghezza totale dei vasi perfusi (punteggio MFI 2/3) divisa per l'area analizzata.

Proporzionale dei vasi perfusi (PPV) - Qualità della perfusione 100 x numero di vasi perfusi diviso per il numero totale di vasi Indice di eterogeneità (HI) Misura dell'eterogeneità del flusso tra i vasi. MFI più alto - MFI più basso diviso per MFI medio in tutti i siti analizzati

Rispetto ai volontari sani, i pazienti con sepsi mostrano valori più bassi per PVD, PPV e MFI, insieme a un indice di eterogeneità aumentato, indipendentemente dalla condizione macroemodinamica. La densità capillare totale sembra non essere influenzata dalla sepsi. Questi risultati sono stati confermati dallo studio International Study on Microcirculatory Shock Occurrence in Acutely Ill Patients (microSOAP).

Lo studio microSOAP è ad oggi il più grande studio che indaga il significato delle alterazioni del microcircolo in una popolazione eterogenea di terapia intensiva (es. non solo quelli con sepsi). Utilizzando la precedente generazione di tecnologia simile, i ricercatori hanno scoperto che dei 501 pazienti inclusi per l'analisi, 86 (17%) presentavano una MFI anormale (definita a priori come

Analisi automatizzata degli strumenti CytoCam

CytoCam Tools è il software proprietario fornito con il suddetto monitor microcircolatorio. Utilizza una nuova tecnica di analisi denominata Capillary Network Analysis (CNA) in base alla quale la microcircolazione viene analizzata automaticamente e in modo indipendente dall'utente mediante un processo a due fasi che include il rilevamento automatico dei vasi (a seconda del diametro dei vasi visualizzati), seguito da un valutazione della velocità dei globuli rossi nei vasi individuati.

Le seguenti variabili microcircolatorie vengono quindi determinate automaticamente.

• Total Vessel Density (TVD) - Lunghezza totale di tutti i vasi rilevati divisa per l'area trattata.
• Indice di velocità (SI) - Numero relativo derivato dalla variazione di intensità lungo la linea centrale di un'imbarcazione, che descrive la velocità rilevata nell'imbarcazione.
• Perfused Speed ​​Index (PSI) - SI in un vaso in cui il SI è superiore alla soglia di perfusione (PT).
• Indicatore della velocità media di perfusione (APSI) - Somma di tutti i valori PSI divisa per il numero totale di vasi perfusi.
• Proporzione di vasi perfusi (PPV) - Lunghezza totale di tutti i vasi con un SI superiore al PT, divisa per la lunghezza totale di tutti i vasi rilevati x 100,
• Perfused Vessel Density (PVD) - Lunghezza totale di tutti i vasi con un SI superiore al PT diviso per l'area trattata.
• Indice di eterogeneità dell'indicatore della velocità perfusa media (APSI HI) - Immagine divisa in quadranti e APSI derivato per ciascun quadrante. APSI più alto meno l'APSI più basso diviso per l'APSI medio di tutti i quadranti.

La valutazione di PPV e PVD si basa sull'analisi automatizzata della velocità dei globuli rossi nei vasi identificati. Per raggiungere questo obiettivo viene impostata una soglia di perfusione (PT) predeterminata. Il PT descrive lo stato del flusso all'interno dei vasi identificati e può variare da 0 a infinito. La valutazione di fabbricazione ha stabilito che un PT superiore a 1 è coerente con una "condizione perfusa" e questo può essere ulteriormente suddiviso come segue:

Soglia di perfusione

Stato del flusso 0 - 1 = Flusso assente 1 - 5 = Lento 5 o superiore = Flusso buono Gli intervalli normali per queste variabili misurate automaticamente in stato di salute sono attualmente sconosciuti. La comprensione degli intervalli normali ci consentirebbe di utilizzare questa tecnica in studi futuri riguardanti la diagnosi precoce della malattia settica. L'identificazione dei pazienti in una fase iniziale del processo fisiopatologico della sepsi prima dello sviluppo di anomalie macrocircolatorie tradizionalmente diagnostiche può consentire un'attuazione precoce del trattamento.

Fondamento logico

Il sistema CytoCam può rappresentare un passo verso un approccio più intuitivo, riproducibile e clinicamente applicabile alla misurazione e all'azione sui cambiamenti nella funzione microvascolare per migliorare i risultati clinici. Tuttavia, gli intervalli normali per queste misurazioni non sono noti, senza i quali non possono aver luogo ulteriori studi. Questo studio identificherà gli intervalli normali per le misurazioni determinate automaticamente derivate dal sistema CytoCam in soggetti sani e aprirà nuove opportunità per gli studi, che prevediamo saranno finalizzati all'identificazione precoce di pazienti con disfunzione microcircolatoria (come si trova nella sepsi) ; i cui parametri microcircolatori non rientrano in questi intervalli appena definiti. Questo sarà il primo passo verso il monitoraggio microcircolatorio di routine al posto letto nella nostra unità di terapia intensiva.

Questo lavoro si basa su progetti attualmente in corso all'interno dell'Unità di sviluppo diagnostico (DDU) con sede presso la Leicester Royal Infirmary. Il DDU è un progetto intercollegiale dell'Università di Leicester tra medicina, scienze spaziali e chimica atmosferica, che esplora l'uso di nuovi monitor non invasivi in ​​medicina d'urgenza e terapia intensiva.

Popolazione da studiare

OBBIETTIVO

Identificare gli intervalli normali per le variabili microcircolatorie misurate automaticamente come determinato dal sistema CytoCam in diversi gruppi di età adulta.