Beoordeling van microcirculatieverandering met zowel sublinguale microcirculatie als nabij-infraroodspectroscopie op ARDS

Microcirculatie bestaat uit een vertakkend netwerk van kleine bloedvaten (<100 μm diameter) dat de arteriolen, capillairen en venulen omvat, en speelt een cruciale rol bij de levering van zuurstof aan weefselcellen. Veranderingen in de microcirculatie worden vaak waargenomen bij ernstig zieke patiënten, en vooral bij patiënten met ernstige sepsis. Deze veranderingen worden gekenmerkt door een afname van de capillaire dichtheid die een toename van de diffusieafstand van zuurstof naar weefsels en een toename van de heterogeniteit van perfusie bepaalt. Deze verstoringen van de microcirculatie omvatten de daaruit voortvloeiende aanwezigheid van onder of niet doorbloede haarvaten in de nabijheid van goed doorbloede haarvaten. Daarom kunnen deze functioneel kwetsbare microcirculatiegebieden hypoxisch worden, wat resulteert in een tekort aan zuurstofextractie. Dit fenomeen wordt "microcirculatoire shunting" genoemd en speelt een belangrijke rol in de pathofysiologie van sepsis en multi-orgaanfalen.

Aanhoudende en onvolledige omkering van microcirculatoire en regionale hypoxie wordt beschouwd als een belangrijke factor die bijdraagt ​​aan de ontwikkeling en instandhouding van meervoudig orgaanfalen. Helaas blijven veranderingen in microvasculaire perfusie vaak bestaan ​​na correctie van systemische hemodynamische afwijkingen, en hun ernst wordt geassocieerd met een slecht resultaat. Een dergelijk verlies van hemodynamische coherentie tussen de macro- en microcirculatie is beschreven in verschillende klinische en experimentele onderzoeken en bleek een onafhankelijke voorspeller te zijn van nadelige uitkomsten en orgaandisfunctie. Er is gesuggereerd dat de microcirculatie de motor is van sepsis.

Conceptueel kunnen de huidige technieken die het monitoren van de microcirculatie mogelijk maken, in twee hoofdgroepen worden ingedeeld: (1) Methoden die evaluatie van lokale weefseloxygenatie mogelijk maken als surrogaat van microcirculatiebloedstroom. (2) Methoden die directe visualisatie van het microvasculaire netwerk en de microcirculatiebloedstroom mogelijk maken.

Nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) is gebruikt als hulpmiddel om weefselzuurstofverzadiging (StO2) bij acuut zieke patiënten te controleren en is voorgesteld als hulpmiddel om microvasculaire disfunctie bij patiënten met sepsis te kwantificeren. Volgens de wet van Beer is het NIRS-signaal beperkt tot vaten met een diameter van minder dan 1 mm (arteriolen, capillairen en venulen), maar aangezien 75% van het bloed in een skeletspier veneus is, vertegenwoordigen NIRS StO2-metingen meestal lokale veneuze hemoglobine O2-verzadiging. NIRS is gebruikt bij verschillende klinische aandoeningen, zoals ernstig trauma, hemorragische shock, septische shock en cardiogene shock of ernstig hartfalen. Het nut en de toepassing van NIRS op de intensive care omvatte voornamelijk drie belangrijke NIRS-metingen: (1) continue meting van weefselzuurstofverzadiging (StO2); 2) StO2-deoxygenatiehelling (DecStO2-helling) als reactie op vasculaire occlusietest (VOT-test); en 3) StO2-herstelhelling (RincStO2-helling) als reactie op VOT.

Weefselzuurstofverzadiging (StO2) is voorgesteld als een marker van weefselperfusie, afhankelijk van het gebruikte apparaat en de locatie van de meting. Een systemische review en mea-analyse hadden aangetoond dat patiënten met ernstige sepsis of septische shock lagere niveaus van StO2 en RincStO2-helling hebben. Bovendien vertonen overlevenden van ernstige sepsis of septische shock hogere niveaus van StO2 en RincStO2 in vergelijking met niet-overlevenden. De VOT is een provocerende test waarbij StO2 wordt gemeten op een distale plaats (zoals de thenar-eminentie of onderarm) terwijl een voorbijgaande snelle vasculaire occlusie wordt uitgevoerd, met behulp van een bloeddrukmeter, gedurende een bepaald tijdsinterval (bijvoorbeeld 3 minuten). of totdat de StO2 daalt tot een gedefinieerde minimale drempel. Het ischemische weefsel induceert vervolgens vasodilatatie van omliggende arteriolen, metarteriolen en precapillaire sfincters om de lokale vasculaire weerstand te verminderen en de bloedstroom te herstellen. Zodra deze drempel is bereikt, wordt de tourniquet losgelaten en wordt de bloedstroom hersteld. Er is een reactieve hyperemische respons die het vermogen van het weefsel vertegenwoordigt om de bloedstroom en oxygenatie automatisch te reguleren. Verschillende parameters komen voort uit deze techniek, waaronder: 1. de snelheid van deoxygenatie (RdecStO2), waarvan wordt aangenomen dat deze de lokale stofwisseling weerspiegelt, 2. de snelheid van reoxygenatie (RincStO2), waarvan wordt aangenomen dat deze de tijd weergeeft die nodig is om stilstaand bloed uit te spoelen en is vermoedelijk bepaald door lokale cardiovasculaire reserve en microcirculatiestroom, en de post-obstructieve hyperemische respons.

Voor de snelheid van StO2-toename (RincStO2), of StO2-herstelhelling genoemd, wordt aangenomen dat wanneer de StO2-herstelhelling wordt verminderd, de capaciteit om microvaatjes te rekruteren als reactie op een hypoxische stimulus lager is. Veel artikelen hebben aangetoond dat de RincStO2 verlaagd is bij septische patiënten. Er was aangetoond dat de StO2-herstelhelling lager was bij septische patiënten en dat de aanwezigheid van deze verandering in de eerste 24 uur van sepsis en de persistentie ervan geassocieerd waren met een slechter resultaat. Onder de septische patiënten was de RincStO2 hoger bij overlevenden dan bij niet-overlevenden en was het sterkst geassocieerd met orgaandisfunctie en mortaliteit.

StO2 is echter geen directe meting van de microvasculaire bloedstroom, maar een index van weefseloxygenatie die afhankelijk is van de balans tussen O2-afgifte (DO2) en zuurstofverbruik (VO2). Elke verandering in StO2 kan een verandering in stroom in dezelfde richting en/of een verandering in metabolisme in de tegenovergestelde richting weerspiegelen. Wat nog belangrijker is, is dat proportionele veranderingen in de stroom en het metabolisme in verband kunnen worden gebracht met onveranderde StO2. De vasoreactiviteitstest evalueert de microvasculaire reserve meer dan de werkelijke microvasculaire perfusie. Hoewel StO2 iets lager is bij septische patiënten in vergelijking met gezonde vrijwilligers, is er inderdaad een enorme overlap tussen de groepen. Er is geen significant verschil in StO2 gevonden tussen gewonde patiënten en gezonde vrijwilligers bij septische shock, postoperatieve en gezonde proefpersonen; tussen septische shock en normale vrijwilligers; en tussen traumapatiënten en gezonde proefpersonen, of zelfs hogere weefselzuurstofspanning bij patiënten met sepsis is gemeld.

Als gevolg hiervan is een vasculaire occlusietest (VOT) in combinatie met StO2-meting voorgesteld om het onderscheidingsvermogen te vergroten en de micro-oxygenatie van het weefsel bij septische shock beter te evalueren. Het is aangetoond dat het gebruik van VOT het voorspellende vermogen van StO2 verbetert en uitbreidt tot scenario's zoals trauma, ernstige sepsis en septische shock.

Micro-videoscopische technieken worden verondersteld de gouden standaard te zijn voor de studie van de microcirculatie, aangezien deze de directe visualisatie van microvasculaire perfusie en karakterisering van de veranderingen mogelijk maken. Onlangs is een derde generatie lichtgewicht handheld vitale microscopen (CytoCam) ontwikkeld op basis van incident dark field imaging. Directe visualisatie van de sublinguale microcirculatie maakt kwantitatieve bepaling van capillaire dichtheid, microvatmorfologie en dynamiek van microcirculatiebloedstroom mogelijk.

Stroomvariabelen inclusief Microvascular Flow Index (MFI) en proportie van geperfuseerde vaten (PPV), evenals capillaire dichtheid inclusief totale vatdichtheid (TVD) en geperfundeerde vatdichtheid (PVD), en stroomdistributie Heterogeniteitsindex (HI) werden berekend volgens aan internationale criteria. De veranderingen die bij sepsis worden gezien, worden vaak gekenmerkt door een zeer heterogene perfusie, met gestopte capillairen naast vaten met stromende cellen.

Microvasculaire veranderingen, die worden gekenmerkt door verminderde functionele capillaire dichtheid, verhoogde heterogeniteit van de perfusie en een groter aandeel gestopte en intermitterend geperfundeerde capillairen, dragen bij aan het defect in zuurstofextractie dat wordt waargenomen bij sepsis, en kunnen betrokken zijn bij de ontwikkeling van orgaanfalen. Veranderingen in de microcirculatie zijn ernstiger bij niet-overlevenden dan bij overlevenden. Het overlevingspercentage nam progressief af met kwartielen van ernst bij verandering van de microcirculatie. Bovendien waren veranderingen in microvasculaire perfusie een van de sterkste voorspellers van de uitkomst en bleven ze onafhankelijk geassocieerd met de uitkomst in multivariate analyse. Het tijdsverloop van microvasculaire veranderingen verschilt ook tussen overlevenden en niet-overlevenden. Microvasculaire veranderingen verbeterden in de loop van de tijd als reactie op therapie bij overlevenden, maar niet bij niet-overlevenden. Omgekeerd was de persistentie van deze veranderingen in de microcirculatie na de eerste 24 uur sterk en onafhankelijk gecorreleerd met mortaliteit secundair aan circulatoire insufficiëntie in de vroege fase en multi-orgaanfalen in de late fase. Voor de flowparameter identificeerde een internationale multicenter observationele prevalentiestudie in 2009 bij ICU-patiënten met 36 ICU's wereldwijd, waarbij 501 patiënten deelnamen, veranderingen in de microcirculatie MFI < 2,6 in combinatie met tachycardie (hartslag > 90) als een onafhankelijke risicofactor voor verhoogde ziekenhuissterfte.

Onder microcirculatoire variabelen is er geen duidelijke consensus over welke microcirculatoire perfusieparameter het belangrijkst is. De verminderde microcirculatoire perfusie zoals gemeten door PPV, PVD en MFI was geassocieerd met mortaliteit. Ze meldden dat de PPV-parameter de sterkste voorspeller van sterfte was en dat deze associatie behouden bleef in meerdere logistische regressiemodellen voor zowel vroege (< 24 uur) als late (≥ 24 uur) tijdstippen. In een vergelijkbaar onderzoek waren verminderde doorstroming en verhoogde heterogeniteit van doorstroming significant verstoorde kenmerken van de microcirculatie bij niet-overlevenden in vergelijking met overlevenden. Bovendien was er in een onderzoek onder 49 IC-patiënten met septische shock geen verschil in microcirculatoire perfusieparameters bij het begin van shock, maar konden overlevenden hun microcirculatoire perfusie herstellen, zoals blijkt uit significante verschillen in PPV. In de ProCESS-studie moeten de dichtheidsmetingen, namelijk TVD, PVD en De Backer-score (een schatting van de totale dichtheid), echter worden geassocieerd met mortaliteit op alle tijdstippen in een enkel model en op de 72-uurs tijd periode. Welke microcirculatoire parameters met de meest significante pathofysiologische impact nog steeds wachten op verdere studies om af te bakenen.

Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is de meest ernstige vorm van acuut longletsel op de IC. Het kenmerk van ARDS-pathogenese is een duidelijke verhoogde permeabiliteit door endotheel- en epitheelletsel [58]. Aanhoudende en uitgesproken weefselhypoxie en meervoudig orgaanfalen zijn de belangrijkste doodsoorzaken. De toerekenbare mortaliteit van ARDS blijft hoog zonder prestatie in de afgelopen tien jaar. Onlangs onthulde de studie The Large Observational Study to Understand the Global Impact of Severe Acute Respiratory Failure (LUNG SAFE) dat bij de 29 144 patiënten die werden opgenomen op de deelnemende IC's, de ziekenhuissterfte 34,9% bedroeg voor degenen met milde, 40,3% voor matige en 46,1% voor ernstige ARDS.

Daarom, uit de bovengenoemde discussie voor de twee belangrijkste beoordelings-NIRS en sublinguale microcirculatie, zijn de doelstellingen van onze studie de volgende:

1. Om de voorspellende kracht van de NIRS en sublinguale microcirculatie voor de prognose van ARDS te vergelijken. Bovendien, of de prognose van ARDS nauwkeuriger kan worden voorspeld als onderzoekers tegelijkertijd microcirculatieverandering beoordelen met NIRS en sublinguale microcirculatie?
2. Om af te bakenen welke parameters van verandering van de microcirculatie, variabelen van stroom of dichtheid de meest significante pathofysiologische impact hebben op de prognose van ARDS?