Klinisk respiratorisk evaluering ved bruk av spektroskopiforsøk (CREST)

FORMÅL Å demonstrere sammenhengen mellom luftveismuskelblodstrøm og pustearbeid ved bruk av nær infrarød spektroskopi ved bruk av Indocyanine Green Dye NIRS-ICG.

HYPOTESE OG MÅL

HYPOTESE #1: Hos personer med normal respiratorisk muskelfunksjon (friske frivillige) vil RMBF målt med NIRS-ICG-teknikken variere direkte med pustearbeid (WOB) målt ved endringer i transpulmonale trykkgradienter og målt ved Esophageal og Surface EMG .

Mål #1: Å måle og demonstrere forholdet mellom RMBF og WOB/EMG hos friske frivillige som simulerer unormal lungemotstand.

Mål #2: Å måle og demonstrere forholdet mellom RMBF og WOB hos friske frivillige som simulerer unormal lungekompliance.

HYPOTESE #2: Hos forsøkspersoner med unormal respirasjonsmuskelfunksjon (avvenning fra mekanisk ventilasjon etter eksaserbasjoner av KOLS eller ARDS) vil RMBF målt med NIRS-ICG-teknikken variere med pustearbeidet målt ved endringer i transpulmonale trykkgradienter og målt med Esophageal og overflate-EMG.

Mål #3: Å måle og demonstrere sammenhengen mellom RMBF og WOB hos kliniske personer med unormal lungemotstand (avvenning fra mekanisk ventilasjon etter KOLS-eksaserbasjon).

Mål #4: Å måle og demonstrere forholdet mellom RMBF og WOB hos kliniske personer med unormal lungekompliance (avvenning fra mekanisk ventilasjon etter ARDS).

HYPOTESE #3: Vi spekulerer, basert på tidligere forfattere, at blodstrømningshastighetene i respirasjonsmuskulaturen for en gitt WOB vil være annerledes i kliniske populasjoner enn hos friske frivillige. Vi antar at helningen til den lineære regresjonsanalysen som relaterer BFI til WOB (både transpulmonale trykkgradienter og EMG) vil være "brattere" i kliniske populasjoner, noe som antyder at en årsak til respirasjonssvikt og avvenningsvansker i disse populasjonene kan være ineffektiv respirasjonsmuskeloksygen utnyttelse.

Mål #5: Å demonstrere at RMBF-WOB-relasjonene i kliniske populasjoner vil være forskjellig fra det som måles hos friske frivillige.

BEGRUNDELSE Til dags dato har måling av regional blodstrøm og oksygenutnyttelse vist seg vanskelig. Ingen steder er dette mer sant enn ved måling av den regionale blodstrømmen og oksygenutnyttelsen av respirasjonsmusklene. Mye av det vi vet om Respiratory Muscle Blood Flow (RMBF) stammer fra dyreundersøkelser eller menneskelig forskning som krever svært invasive metoder. Utviklingen av en minimalt invasiv teknikk for måling av RMBF har potensiale til å øke vår kunnskap om respiratorisk energi i forskning og kliniske omgivelser betydelig.

Nær infrarød spektroskopi (NIRS) kan brukes til å måle absorpsjonen av elektromagnetisk energi i det nære infrarøde området (650 til 1000 nm) av in vivo kromoforer. Ved vurdering av regional vevsoksygenering vurderer NIRS mengden avgitt energi absorbert i området assosiert med hemoglobin (760 nm) og med deoksyhemoglobin (800 nm). Forholdet mellom disse mengdene av absorbert lys kan brukes til å generere en indeks for oksygenering/deoksygenering av vev. Indocyaningrønt fargestoff er en syntetisk kromofor som absorberer energi i det infrarøde spekteret (805 nm). Guenette et al. målte akkumulering av ICG i respirasjonsmuskler ved hjelp av NIRS mens konsentrasjonen av ICG i arterielt blod ble målt ved hjelp av fotodensitometri. Denne teknikken har fordelen av å kunne kvantifisere absolutt muskelblodstrøm med samtidige målinger av hjertevolum, og dermed muliggjøre beregning av absolutte regionale blodstrømmer og absolutte rater for regionalt oksygenopptak. Det praktiske ved denne teknikken hos friske frivillige er komplisert med behovet for bloduttak og re-infusjoner samt arteriell kanylering og måling av hjertevolum.

For å unngå de logistiske vanskelighetene med arteriell kanylering og sentral venøs kanylering (kreves for bestemmelse av hjertevolum), har en relativ blodstrømsindeks (BFI) blitt foreslått. BFI-metoden er et minimalt invasivt alternativ og ble først utviklet for rask og gjentatt bedside-estimering av cerebral blodstrøm. BFI er avledet fra et transkutant målt NIRS ICG-signal og krever ikke arteriell kanylering eller måling av hjertevolum. BFI er et relativt mål på blodstrøm da absolutt strømning ikke kan bestemmes med mindre arteriell ICG-konsentrasjon måles.

Tidligere analyser har sammenlignet BFI og absolutt muskelblodstrøm bestemt ved bruk av NIRS og ICG og vist sterk samsvar mellom BFI og NIRS-avledet absolutt muskelblodstrøm. Til dags dato har ingen studie sett på forholdet mellom NIRS-ICG-avledede BFI-verdier og respiratorisk arbeidsbelastning målt ved esophageal og overflate-EMG (EEMG-SEMG) hos personer med unormal etterlevelse eller motstand eller i kliniske populasjoner.

Kronisk obstruktiv lungesykdom (kronisk bronkitt og emfysem), er en patologisk tilstand karakterisert ved ødeleggelse av lungeparenkym og unormal innsnevring av luftveiene som fører til en begrensning av luft. I klinisk praksis er KOLS definert av dens karakteristisk lave luftstrøm og unormal motstand i lungesystemet under lungefunksjonstester. I motsetning til astma, er denne begrensningen dårlig reversibel og utvikler seg over tid. KOLS er den fjerde største dødsårsaken blant kanadiere. Alvorlige forverringer av KOLS kan kreve mekanisk ventilasjon og innleggelse på intensivavdeling.

Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) er en alvorlig lungesykdom forårsaket av både direkte og indirekte inflammatorisk skade. Det er preget av betennelse i lungeparenkymet som fører til nedsatt gassutveksling og unormal åndedrettsoverholdelse. Hypoksemi og frigjøring av systemisk aktive cytokiner resulterer ofte i multippel organsvikt og død. ARDS krever vanligvis mekanisk ventilasjon og innleggelse på en intensivavdeling.

Pasienter med KOLS eller ARDS som krever mekanisk ventilasjon har høy risiko for død enten av sykdommen eller komplikasjoner under kritisk sykdom. De som overlever den akutte fasen av sykdommen krever ofte langvarig mekanisk ventilasjon og har ofte problemer med å avvenne fra respiratorstøtte. Mens lungeparenkymale abnormiteter og dekondisjonering er betydelige komponenter i denne "avvenningssvikten", kan respiratorisk muskelstyrke, og potensielt respiratorisk muskelblodstrøm, spille en rolle.

FORSKNINGSMETODE Vi vil gjennomføre en serie på fire studier for å demonstrere effektiviteten av Near Infrared Spectroscopy Indocyanine Green Dye (NIRS-ICG)-teknikken for ikke-invasiv måling av Respiratory Muscle Blood Flow (RMBF). De to første studiene vil forekomme på friske frivillige, og de to andre studiene vil forekomme i kliniske populasjoner (mekanisk ventilerte pasienter som blir friske etter forverring av KOLS eller blir frisk etter ARDS). De to første studiene vil finne sted i vårt respiratoriske fysiologiske laboratorium (Helse- og Integrativ Fysiologi Laboratory ved University of British Columbia) og de to andre vil finne sted på intensivavdelingen (ICU) ved VGH.