Klinische ademhalingsevaluatie met behulp van spectroscopieproef (CREST)

DOEL De relatie demonstreren tussen de doorbloeding van de ademhalingsspieren en de ademhaling met behulp van nabij-infraroodspectroscopie met behulp van indocyaninegroene kleurstof NIRS-ICG.

HYPOTHESE EN DOELSTELLINGEN

HYPOTHESE #1: Bij proefpersonen met een normale ademhalingsspierfunctie (gezonde vrijwilligers) zal de RMBF, zoals gemeten met de NIRS-ICG-techniek, rechtstreeks variëren met de inspanning van de ademhaling (WOB), zoals gemeten door veranderingen in de transpulmonale drukgradiënten en zoals gemeten door slokdarm- en oppervlakte-EMG .

Doelstelling #1: Het meten en demonstreren van de relatie tussen RMBF en WOB/EMG bij gezonde vrijwilligers die abnormale longweerstand simuleren.

Doelstelling #2: Het meten en demonstreren van de relatie tussen RMBF en WOB bij gezonde vrijwilligers die abnormale pulmonale compliantie simuleren.

HYPOTHESE #2: Bij personen met een abnormale ademhalingsspierfunctie (ontwenning aan mechanische ventilatie na exacerbaties van COPD of ARDS) zal de RMBF, zoals gemeten met de NIRS-ICG-techniek, variëren met de ademhalingsinspanning, zoals gemeten door veranderingen in transpulmonale drukgradiënten en zoals gemeten door Slokdarm- en oppervlakte-EMG.

Doelstelling #3: Het meten en demonstreren van de relatie tussen RMBF en WOB bij klinische proefpersonen met abnormale longweerstand (ontwenning aan mechanische beademing na COPD-exacerbatie).

Doelstelling #4: Het meten en demonstreren van de relatie tussen RMBF en WOB bij klinische proefpersonen met abnormale pulmonale compliantie (ontwenning van mechanische beademing na ARDS).

HYPOTHESE #3: We speculeren, op basis van eerdere auteurs, dat de bloedstroomsnelheden in de ademhalingsspieren voor een bepaalde WOB anders zullen zijn bij klinische populaties dan bij gezonde vrijwilligers. We veronderstellen dat de helling van de lineaire regressieanalyse die BFI relateert aan WOB (zowel transpulmonale drukgradiënten als EMG) "steiler" zal zijn in klinische populaties, wat suggereert dat een van de redenen voor respiratoire insufficiëntie en ontwenningsproblemen in deze populaties inefficiënte ademhalingsspierzuurstof kan zijn. gebruik.

Doelstelling #5: aantonen dat de RMBF-WOB-relaties in klinische populaties anders zullen zijn dan die gemeten bij gezonde vrijwilligers.

MOTIVERING Tot op heden is het meten van de regionale doorbloeding en het zuurstofverbruik moeilijk gebleken. Nergens is dit meer waar dan bij het meten van de regionale doorbloeding en het zuurstofverbruik van de ademhalingsspieren. Veel van wat we weten over Respiratory Muscle Blood Flow (RMBF) komt voort uit dieronderzoek of menselijk onderzoek waarvoor zeer invasieve methoden nodig zijn. De ontwikkeling van een minimaal invasieve techniek voor het meten van RMBF heeft het potentieel om aanzienlijk toe te voegen aan onze kennis van respiratoire energetica in onderzoeks- en klinische omgevingen.

Nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) kan worden gebruikt om de absorptie van elektromagnetische energie in het nabij-infraroodbereik (650 tot 1000 nm) door in vivo chromoforen te meten. Bij het beoordelen van regionale weefseloxygenatie beoordeelt NIRS de hoeveelheid uitgestraalde energie die wordt geabsorbeerd in het bereik geassocieerd met hemoglobine (760 nm) en met deoxyhemoglobine (800 nm). De verhouding van deze hoeveelheden geabsorbeerd licht kan worden gebruikt om een ​​index van weefseloxygenatie/deoxygenatie te genereren. Indocyanine groene kleurstof is een synthetische chromofoor die energie absorbeert in het infrarode spectrum (805 nm). Guette et al. mat de accumulatie van ICG in ademhalingsspieren met behulp van NIRS, terwijl de concentratie van ICG in het arteriële bloed werd gemeten met fotodensitometrie. Deze techniek heeft het voordeel dat het de absolute spierbloedstroom kan kwantificeren met gelijktijdige metingen van het hartminuutvolume, waardoor de berekening van absolute regionale bloedstromen en absolute snelheden van regionale zuurstofopname mogelijk wordt. De bruikbaarheid van deze techniek bij gezonde vrijwilligers wordt bemoeilijkt door de noodzaak van bloedafnames en re-infusies, evenals arteriële canulatie en de meting van het hartminuutvolume.

Om de logistieke problemen van arteriële canulatie en centrale veneuze canulatie (vereist voor de bepaling van het hartminuutvolume) te vermijden, is een relatieve Blood Flow Index (BFI) voorgesteld. De BFI-methode is een minimaal invasief alternatief en werd voor het eerst ontwikkeld voor een snelle en herhaalde schatting van de cerebrale doorbloeding aan het bed. De BFI is afgeleid van een transcutaan gemeten NIRS ICG-signaal en vereist geen arteriële canulatie of meting van het hartminuutvolume. BFI is een relatieve maatstaf voor de bloedstroom, aangezien de absolute stroom niet kan worden bepaald tenzij de arteriële ICG-concentratie wordt gemeten.

Eerdere analyses hebben BFI vergeleken met de absolute doorbloeding van de spieren, bepaald met behulp van NIRS en ICG, en hebben een sterke overeenkomst aangetoond tussen de door BFI en de NIRS afgeleide absolute doorbloeding van de spieren. Tot op heden is er in geen enkele studie gekeken naar de relatie tussen NIRS-ICG-afgeleide BFI-waarden en respiratoire belasting zoals gemeten door slokdarm- en oppervlakte-EMG (EEMG-SEMG) bij proefpersonen met abnormale therapietrouw of weerstand of bij klinische populaties.

Chronische obstructieve longziekte (chronische bronchitis en emfyseem) is een pathologische aandoening die wordt gekenmerkt door vernietiging van het longparenchym en abnormale luchtwegvernauwing die leidt tot een beperking van de lucht. In de klinische praktijk wordt COPD gedefinieerd door de kenmerkende lage luchtstroom en abnormale weerstand van het longsysteem tijdens longfunctietesten. In tegenstelling tot astma is deze beperking slecht omkeerbaar en vordert ze in de loop van de tijd. COPD is de 4e belangrijkste doodsoorzaak onder Canadezen. Ernstige exacerbaties van COPD kunnen mechanische beademing en opname op de intensive care vereisen.

Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) is een ernstige longziekte die wordt veroorzaakt door zowel directe als indirecte ontstekingsschade. Het wordt gekenmerkt door ontsteking van het longparenchym, wat leidt tot verminderde gasuitwisseling en abnormale compliantie van het ademhalingssysteem. Hypoxemie en het vrijkomen van systemisch actieve cytokines leiden vaak tot meervoudig orgaanfalen en overlijden. ARDS vereist doorgaans mechanische ventilatie en opname op een intensive care-afdeling.

Patiënten met COPD of ARDS die mechanische beademing nodig hebben, lopen een hoog risico om te overlijden, hetzij door hun ziekte, hetzij door complicaties tijdens kritieke ziekte. Degenen die de acute fase van hun ziekte overleven, hebben vaak langdurige mechanische beademing nodig en hebben vaak moeite met het ontwennen van beademingsondersteuning. Hoewel afwijkingen van het longparenchym en deconditionering belangrijke componenten zijn van dit "speenfalen", kunnen de kracht van de ademhalingsspieren en mogelijk de doorbloeding van de ademhalingsspieren een rol spelen.

ONDERZOEKSMETHODE We zullen een reeks van vier onderzoeken uitvoeren om de effectiviteit aan te tonen van de Near Infrared Spectroscopy Indocyanine Green Dye (NIRS-ICG)-techniek voor de niet-invasieve meting van de respiratoire spierbloedstroom (RMBF). De eerste twee studies zullen plaatsvinden bij gezonde vrijwilligers en de tweede twee studies zullen plaatsvinden bij klinische populaties (mechanisch beademde patiënten die herstellen van exacerbaties van COPD of herstellen van ARDS). De eerste twee onderzoeken zullen plaatsvinden in ons laboratorium voor respiratoire fysiologie (het Health and Integrative Physiology Laboratory van de University of British Columbia) en de tweede twee zullen plaatsvinden op de Intensive Care Unit (ICU) van VGH.