Kliniczna ocena układu oddechowego za pomocą próby spektroskopowej (CREST)

CEL Zademonstrowanie związku między przepływem krwi w mięśniach oddechowych a pracą oddechową przy użyciu spektroskopii w bliskiej podczerwieni z wykorzystaniem zielonego barwnika indocyjaninowego NIRS-ICG.

HIPOTEZA I CELE

HIPOTEZA 1: U osób z prawidłową czynnością mięśni oddechowych (zdrowi ochotnicy) RMBF mierzone techniką NIRS-ICG będzie zmieniać się bezpośrednio wraz z pracą oddechową (WOB), mierzoną zmianami gradientów ciśnienia przezpłucnego oraz mierzoną EMG przełyku i powierzchni .

Cel nr 1: Zmierzyć i wykazać zależność między RMBF a WOB/EMG u zdrowych ochotników, symulując nieprawidłowy opór płucny.

Cel nr 2: Zmierzyć i wykazać związek między RMBF a WOB u zdrowych ochotników, symulując nieprawidłową podatność płuc.

HIPOTEZA 2: U osób z nieprawidłową czynnością mięśni oddechowych (odstawionych od wentylacji mechanicznej po zaostrzeniu POChP lub ARDS) RMBF mierzone techniką NIRS-ICG będzie zmieniać się wraz z pracą oddechową mierzoną zmianami gradientów ciśnienia przezpłucnego i mierzoną za pomocą EMG przełyku i powierzchni.

Cel nr 3: Zmierzyć i wykazać zależność między RMBF a WOB u pacjentów klinicznych z nieprawidłowym oporem płucnym (odstawienie od wentylacji mechanicznej po zaostrzeniu POChP).

Cel nr 4: Zmierzyć i wykazać zależność między RMBF a WOB u pacjentów klinicznych z nieprawidłową podatnością płuc (odstawienie od wentylacji mechanicznej po ARDS).

HIPOTEZA 3: Na podstawie wcześniejszych autorów spekulujemy, że prędkości przepływu krwi w mięśniach oddechowych dla danego WOB będą inne w populacjach klinicznych niż u zdrowych ochotników. Stawiamy hipotezę, że nachylenie analizy regresji liniowej odnoszącej się do BFI i WOB (zarówno przez płucne gradienty ciśnienia, jak i EMG) będzie „bardziej strome” w populacjach klinicznych, co sugeruje, że jedną z przyczyn niewydolności oddechowej i trudności z odstawieniem od piersi w tych populacjach może być niewydolny tlen mięśni oddechowych wykorzystanie.

Cel nr 5: Wykazanie, że relacje RMBF-WOB w populacjach klinicznych będą inne niż te mierzone u zdrowych ochotników.

UZASADNIENIE Do tej pory pomiary regionalnego przepływu krwi i wykorzystania tlenu okazały się trudne. Nigdzie nie jest to bardziej prawdziwe niż w pomiarach regionalnego przepływu krwi i wykorzystania tlenu przez mięśnie oddechowe. Wiele z tego, co wiemy o przepływie krwi w mięśniach oddechowych (RMBF), pochodzi z badań na zwierzętach lub badań na ludziach wymagających wysoce inwazyjnych metod. Opracowanie minimalnie inwazyjnej techniki pomiaru RMBF może znacząco wzbogacić naszą wiedzę na temat energetyki oddechowej w warunkach badawczych i klinicznych.

Spektroskopię w bliskiej podczerwieni (NIRS) można wykorzystać do pomiaru absorpcji energii elektromagnetycznej w zakresie bliskiej podczerwieni (650 do 1000 nm) przez chromofory in vivo. Podczas oceny regionalnego utlenowania tkanek, NIRS ocenia ilość wyemitowanej energii pochłoniętej w zakresie związanym z hemoglobiną (760 nm) i dezoksyhemoglobiną (800 nm). Stosunek tych ilości zaabsorbowanego światła może być wykorzystany do wygenerowania wskaźnika natlenienia/deoksygenacji tkanki. Zielony barwnik indocyjaninowy jest syntetycznym chromoforem pochłaniającym energię w widmie podczerwieni (805 nm). Guenette i in. zmierzyli akumulację ICG w mięśniach oddechowych za pomocą NIRS, podczas gdy stężenie ICG we krwi tętniczej mierzono za pomocą fotodensytometrii. Ta technika ma tę zaletę, że umożliwia ilościowe określenie bezwzględnego przepływu krwi w mięśniach przy jednoczesnym pomiarze pojemności minutowej serca, umożliwiając w ten sposób obliczenie bezwzględnych regionalnych przepływów krwi i bezwzględnych wskaźników regionalnego poboru tlenu. Praktyczność tej techniki u zdrowych ochotników komplikuje konieczność pobierania i ponownego wlewu krwi, kaniulacji tętnic i pomiaru pojemności minutowej serca.

Aby uniknąć trudności logistycznych związanych z kaniulacją tętnic i żył centralnych (wymaganych do określenia pojemności minutowej serca), zaproponowano względny wskaźnik przepływu krwi (BFI). Metoda BFI jest minimalnie inwazyjną alternatywą i została pierwotnie opracowana do szybkiej i powtarzalnej oceny przepływu krwi w mózgu przy łóżku chorego. BFI pochodzi z sygnału NIRS ICG mierzonego przezskórnie i nie wymaga kaniulacji tętniczej ani pomiaru pojemności minutowej serca. BFI jest względną miarą przepływu krwi, ponieważ przepływu bezwzględnego nie można określić, dopóki nie zmierzy się tętniczego stężenia ICG.

Wcześniejsze analizy porównywały BFI i bezwzględny przepływ krwi w mięśniach, określony za pomocą NIRS i ICG, i wykazały silną zgodność między bezwzględnym przepływem krwi w mięśniach uzyskanym z BFI i NIRS. Do tej pory żadne badanie nie dotyczyło związku między wartościami BFI uzyskanymi z NIRS-ICG a obciążeniem oddechowym mierzonym za pomocą EMG przełyku i powierzchni (EEMG-SEMG) u pacjentów z nieprawidłową podatnością lub opornością lub w populacjach klinicznych.

Przewlekła obturacyjna choroba płuc (przewlekłe zapalenie oskrzeli i rozedma płuc) jest stanem patologicznym charakteryzującym się zniszczeniem miąższu płuc i nieprawidłowym zwężeniem dróg oddechowych prowadzącym do ograniczenia przepływu powietrza. W praktyce klinicznej POChP charakteryzuje się charakterystycznie niskim przepływem powietrza przez drogi oddechowe i nieprawidłowym oporem układu oddechowego podczas testów czynnościowych płuc. W przeciwieństwie do astmy ograniczenie to jest słabo odwracalne i postępuje w czasie. POChP jest czwartą najczęstszą przyczyną zgonów wśród Kanadyjczyków. Ciężkie zaostrzenia POChP mogą wymagać wentylacji mechanicznej i przyjęcia na oddział intensywnej terapii.

Zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) to ciężka choroba płuc spowodowana zarówno bezpośrednim, jak i pośrednim uszkodzeniem zapalnym. Charakteryzuje się stanem zapalnym miąższu płuc, prowadzącym do upośledzenia wymiany gazowej i nieprawidłowej podatności układu oddechowego. Hipoksemia i uwolnienie ogólnoustrojowo aktywnych cytokin często prowadzi do niewydolności wielonarządowej i śmierci. ARDS zwykle wymaga wentylacji mechanicznej i przyjęcia na oddział intensywnej terapii.

Pacjenci z POChP lub ARDS, którzy wymagają wentylacji mechanicznej, są narażeni na wysokie ryzyko zgonu z powodu choroby lub powikłań podczas choroby krytycznej. Osoby, które przeżyły ostrą fazę choroby, często wymagają przedłużonej wentylacji mechanicznej i często mają trudności z odstawieniem od wspomagania respiratorem. Podczas gdy nieprawidłowości miąższu płuc i dekondycjonowanie są istotnymi składnikami tego „niepowodzenia odstawiania od piersi”, siła mięśni oddechowych i potencjalnie przepływ krwi w mięśniach oddechowych mogą odgrywać pewną rolę.

METODA BADAWCZA Przeprowadzimy serię czterech badań w celu wykazania skuteczności techniki NIRS-ICG (Indocyanine Green Dye) w spektroskopii bliskiej podczerwieni w nieinwazyjnym pomiarze przepływu krwi w mięśniach oddechowych (RMBF). Pierwsze dwa badania zostaną przeprowadzone na zdrowych ochotnikach, a dwa drugie na populacjach klinicznych (pacjenci wentylowani mechanicznie, którzy wyzdrowieją z zaostrzenia POChP lub ARDS). Pierwsze dwa badania odbędą się w naszym laboratorium fizjologii układu oddechowego (Laboratorium Fizjologii Zdrowia i Integracji na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej), a dwa kolejne na Oddziale Intensywnej Terapii (OIOM) VGH.