Studio BREVOC: VOCs Espirati per Dolore Toracico ad Alto Rischio in Pronto Soccorso (BREVOC)

1. Contesto della Ricerca Da quando è stato introdotto il concetto di medicina di precisione, l'innovazione e l'ottimizzazione delle tecnologie diagnostiche cliniche sono diventate una questione centrale nella ricerca medica. I metodi diagnostici tradizionali—inclusi imaging, ematologia e istologia—spesso si basano su procedure invasive. Sebbene queste tecniche possano fornire informazioni diagnostiche altamente accurate, sono associate a costi elevati, complessità operative e potenziali rischi di danni per i pazienti, rendendole meno adatte per lo screening rapido e il monitoraggio dinamico. Pertanto, lo sviluppo di tecnologie diagnostiche non invasive, rapide ed economiche è diventato un'esigenza urgente nella medicina moderna.

Essendo uno degli organi metabolicamente più attivi, i polmoni scambiano i metaboliti prodotti dai tessuti corporei nel flusso sanguigno, che vengono successivamente esalati. Pertanto, il respiro esalato può riflettere gli stati fisiologici e patologici del corpo. Storicamente, i medici identificavano alcune malattie attraverso cambiamenti nell'odore corporeo—ad esempio, un odore fruttato di "mela marcia" nella chetoacidosi diabetica o un odore di pesce nei pazienti con malattie epatiche. All'epoca, la composizione chimica specifica alla base di questi odori era sconosciuta. Nel 1971, Pauling et al. applicarono per la prima volta la gascromatografia all'analisi del respiro umano esalato, identificando centinaia di composti organici volatili (VOC), gettando così le basi per la tecnologia di analisi del respiro.

Il dolore toracico acuto è uno dei sintomi di presentazione più comuni nei dipartimenti di emergenza, con eziologie diverse e prognosi variabili. Diverse emergenze cardiovascolari potenzialmente letali—come la sindrome coronarica acuta (ACS), l'embolia polmonare acuta (APE) e la sindrome aortica acuta (AAS)—tipicamente si presentano con dolore toracico acuto e richiedono una diagnosi e un trattamento tempestivi in ambito di emergenza. Tuttavia, non tutti i casi di dolore toracico sono ad alto rischio. Una percentuale considerevole di pazienti (ad esempio, quelli con nevralgia intercostale) ha esiti favorevoli e non richiede test diagnostici estesi o monitoraggio. Pertanto, una stratificazione accurata del rischio è cruciale: il rapido riconoscimento e la gestione del dolore toracico ad alto rischio, evitando al contempo un trattamento eccessivo nei casi a basso rischio, sono essenziali per salvaguardare la salute pubblica e ridurre il carico sanitario.

L'analisi del respiro dei VOC esalati ha attirato un'attenzione crescente negli ultimi anni come strumento unico basato su biomarcatori per la diagnosi precoce e lo screening delle malattie. I VOC sono molecole organiche altamente volatili presenti non solo nell'ambiente ma anche generate attraverso i processi metabolici umani. Come metaboliti endogeni, i VOC riflettono lo stato di salute e la progressione della malattia. Grazie alla loro rilevazione non invasiva e all'alta sensibilità, i VOC mostrano grande promessa nella diagnosi precoce, nel trattamento personalizzato e nel monitoraggio delle malattie. Rispetto ai saggi tradizionali sui biomarcatori, l'analisi del respiro offre vantaggi unici. Invece di rilevare una singola molecola, l'analisi dei VOC può identificare modelli molecolari, fornendo informazioni diagnostiche più complete e accurate. Le attuali evidenze hanno dimostrato forti associazioni tra i VOC e varie malattie—inclusi cancro, disturbi respiratori e diabete—sottolineando il loro valore nella medicina di precisione.

La medicina di precisione enfatizza strategie di trattamento individualizzate adattate alle caratteristiche biologiche specifiche del paziente. In questo quadro, i VOC—come biomarcatori degli stati fisiologici e patologici—possono avere un significativo valore clinico nella diagnosi precoce, nello screening e nel monitoraggio del dolore toracico acuto. Tuttavia, la ricerca sull'analisi del respiro per il dolore toracico acuto rimane limitata. Marzoog et al. hanno dimostrato che i VOC potrebbero distinguere i pazienti con cardiopatia ischemica dai controlli utilizzando modelli di apprendimento automatico, suggerendo la potenziale applicazione dell'analisi del respiro nel dolore toracico acuto cardiogeno. Nel 2024, il Consenso Cinese sul Dolore Toracico ha proposto di incorporare nuovi marcatori metabolici, come gli aldeidi grasse, nei sistemi di valutazione del dolore toracico. Tuttavia, studi standardizzati sui VOC esalati rimangono scarsi.

Pertanto, questo studio mira ad applicare la rilevazione dei VOC esalati per l'identificazione di pazienti con dolore toracico acuto ad alto rischio, stabilire un database dei profili dei VOC e valutare il valore prognostico dei cambiamenti dinamici dei VOC. Questa ricerca caratterizzerà per la prima volta in modo sistematico il profilo dei VOC del dolore toracico acuto ad alto rischio, analizzerà i cambiamenti dinamici e costruirà un modello predittivo basato sui VOC per la prognosi del paziente. Questi sforzi dovrebbero fornire nuove strategie per il trattamento individualizzato, il monitoraggio e la gestione del dolore toracico acuto ad alto rischio.

2. Obiettivi della Ricerca

1. Identificazione dei biomarcatori: Stabilire un profilo dei VOC per i pazienti con dolore toracico acuto ad alto rischio e differenziarli da altre eziologie del dolore toracico.

   Rilevazione delle aldeidi: Esplorare il ruolo della rilevazione delle aldeidi esalate nel dolore toracico ad alto rischio; stabilire e validare un modello diagnostico precoce utilizzando i VOC per ottimizzare il triage di emergenza.

2. Valutazione prognostica: Valutare il valore predittivo dei cambiamenti di concentrazione dei VOC per la mortalità intraospedaliera e gli eventi avversi cardiovascolari maggiori (MACE) nei pazienti con dolore toracico ad alto rischio.
3. Nuovi indicatori: Esplorare nuove combinazioni di marcatori diagnostici superiori ai biomarcatori convenzionali.

3. Metodi di Ricerca Disegno dello Studio Questo studio è progettato come uno studio di coorte prospettico. 3.1 Sedi dello Studio e Partecipanti Lo studio sarà condotto nel Dipartimento di Emergenza (ED), nell'Unità di Terapia Intensiva di Emergenza (EICU) e nell'Unità di Terapia Intensiva (ICU) del Qilu Hospital, Università di Shandong. I partecipanti idonei includeranno tutti i pazienti che si presentano al ED con dolore toracico acuto.

3.2 Esiti dello Studio

1. Esito primario: Discriminazione tra dolore toracico ad alto rischio e a basso/medio rischio, valutata dall'area sotto la curva ROC (AUC-ROC), sensibilità e specificità.

2. Esiti secondari:

   1. Tasso di mancata diagnosi (proporzione di pazienti ad alto rischio erroneamente classificati come a basso/medio rischio dal modello).
   2. Durata della degenza in ED e costi sanitari sotto il triage guidato dal modello.

   3. Mortalità intraospedaliera e incidenza di MACE. 3.3 Analisi Statistica Per garantire l'accuratezza dei dati, verrà stabilito un database Excel con verifica a doppio inserimento. I dati saranno analizzati utilizzando il software R (versione 4.3.2), con un livello di significatività a due code di α = 0,05 (P < 0,05 considerato statisticamente significativo).

      1. Analisi descrittiva: Le caratteristiche basali e le concentrazioni di VOC saranno riassunte. Le variabili categoriche saranno espresse come frequenze o percentuali. Le variabili continue con distribuzione normale o approssimativamente normale saranno presentate come media ± deviazione standard (SD). I dati asimmetrici saranno riportati come mediana (P25, P75). I confronti tra gruppi utilizzeranno test t per campioni indipendenti, analisi della varianza (ANOVA) a una via, test U di Mann-Whitney o test di Kruskal-Wallis, a seconda dei casi. Le variabili categoriche saranno analizzate utilizzando il test del chi-quadrato (χ²) o il test esatto di Fisher.
      2. Selezione delle caratteristiche: I VOC caratteristici saranno selezionati e un modello di punteggio dei VOC sarà sviluppato utilizzando metodi di apprendimento automatico.
      3. Analisi prognostica: I fattori prognostici saranno valutati utilizzando la regressione dei rischi proporzionali di Cox.
      4. Analisi delle traiettorie: La dinamica delle concentrazioni dei VOC sarà modellata per esplorare i modelli temporali.