Ustalenie normalnych zakresów funkcji mikrokrążenia określonych za pomocą obrazowania CytoCam-IDF

Tło

Sepsa jest wysoce heterogennym stanem chorobowym wywołanym przez rozregulowaną odpowiedź gospodarza na infekcję ogólnoustrojową, z niekontrolowanymi procesami pro- i przeciwzapalnymi prowadzącymi do uszkodzenia tkanki obocznej i supresji immunologicznej.

Sepsa stanowi znaczne obciążenie zdrowotne na całym świecie, a zgony w Wielkiej Brytanii szacuje się na około 44 000 rocznie. Szybkie leczenie zgodnie z uzgodnionymi na szczeblu międzynarodowym wytycznymi dotyczącymi postępowania poprawia wyniki leczenia sepsy. Jednak wczesne rozpoznanie sepsy pozostaje trudne, a obecne kryteria diagnostyczne opierają się na obecności dysfunkcji narządowej i zaburzeniu makrozmiennych hemodynamicznych. W momencie rozpoznania śmiertelność przekracza 10%. Obecnie nie ma specyficznych kryteriów rozpoznania sepsy opartych na podstawowych nieprawidłowościach patofizjologicznych, w szczególności na ocenie mikrokrążenia.

Mikrokrążenie w sepsie

Mikrokrążenie składa się z gęstej sieci tętniczek, naczyń włosowatych i żyłek, których średnica jest mniejsza niż 150 µm. Jego funkcjami jest dostarczanie składników odżywczych i tlenu do metabolizmu tlenowego oraz redukcja komórkowych produktów przemiany materii.

Sepsa dotyczy wszystkich elementów mikrokrążenia, a dysfunkcja mikrokrążenia odgrywa ważną rolę w patofizjologii ciężkiej sepsy i wstrząsu septycznego. Sepsa jest związana ze zmniejszoną gęstością naczyń włosowatych i zwiększoną niejednorodnością perfuzji, co prowadzi do zmniejszenia dostarczania tlenu, niedotlenienia tkanek, a następnie dysfunkcji narządów. Zmiany funkcji mikrokrążenia mogą poprzedzać tradycyjne cechy diagnostyczne sepsy, dostarczając wcześniejszych informacji o pacjentach, u których rozwinie się ciężka sepsa i niewydolność wielonarządowa. Rozpoznanie sepsy na tak wczesnym etapie pozwoliłoby na szybkie podjęcie leczenia, mającego na celu przywrócenie homeostazy mikrokrążenia, a tym samym zmianę progresji choroby.

Szereg badań wykazało, że poprawa funkcji mikrokrążenia po wczesnej resuscytacji wiąże się ze zmniejszeniem dysfunkcji narządów, a pacjenci, u których mikrokrążenie nie poprawia się po resuscytacji, mają gorsze wyniki. Pomimo uznania znaczenia mikrokrążenia w sepsie, obecnie ukierunkowane na cel punkty końcowe opierają się na monitorowaniu i przywracaniu globalnych wskaźników funkcji układu sercowo-naczyniowego/narządów (np. częstość akcji serca, ciśnienie krwi, wydalanie moczu, mleczany), częściowo dlatego, że mikrokrążenie jest trudne do monitorowania w praktyce klinicznej. Poprawa parametrów makrohemodynamicznych nie gwarantuje jednak przywrócenia homeostazy mikrokrążenia. Kliniczna ocena funkcji mikrokrążenia jest obecnie wywnioskowana z pomiaru produktów ubocznych powstających w wyniku upośledzonego utlenowania/metabolizmu, takich jak mleczan i dwutlenek węgla.

Wideomikroskopowe techniki oceny mikrokrążenia

Techniki mikroskopii wideo zapewniają wizualizację mikrokrążenia in vivo, umożliwiając bezpośredni pomiar gęstości naczyń włosowatych, perfuzji i dynamiki przepływu. Do niedawna te techniki, które obejmowały obrazowanie spektralne z polaryzacją ortogonalną (OPS) i obrazowanie bocznego ciemnego pola (SDF), były klinicznie niedostępne ze względu na ich nieporęczny charakter, wydajność zależną od operatora i czasochłonną analizę w trybie offline.

Niedawno opracowano ręczny mikroskop trzeciej generacji (CytoCam-IDF, Braedius Medical, Holandia), wykorzystujący oświetlenie Incident Dark Field (IDF). Urządzenie zawiera zautomatyzowaną cyfrową analizę obrazu w czasie rzeczywistym, w połączeniu z obiektywami o wysokiej rozdzielczości i sterowanym komputerowo czujnikiem obrazu w celu uzyskania lepszej rozdzielczości. CytoCam posiada również nowatorski mechanizm ogniskowania ilościowego ze zintegrowanym systemem pomiaru odległości, dzięki któremu po ustaleniu głębokości ogniskowania dla konkretnego pacjenta można wykonywać seryjne pomiary bez konieczności ręcznego ustawiania ostrości, co poprawia szybkość i łatwość pomiarów. To nowe urządzenie działa dobrze w porównaniu z poprzednimi urządzeniami, zapewniając lepszy kontrast i ostrość obrazu, umożliwiając wizualizację większej liczby mikronaczyń.

Co najważniejsze, CytoCam jest wyposażony w oprogramowanie na zamówienie, które umożliwia automatyczne przechowywanie i analizę obrazów w momencie ich pozyskania. Monitorowanie mikrokrążenia nie jest nową techniką, ale połączenie przyjaznej dla użytkownika ergonomii, dokładnego pozyskiwania obrazu i automatycznej analizy otwiera ten potencjalnie użyteczny bezpośredni pomiar funkcji mikrokrążenia w praktyce klinicznej przy łóżku chorego.

Analiza mikrokrążenia podjęzykowego Dyskusja okrągłego stołu w 2006 r., prowadzona przez ekspertów w tej dziedzinie, miała na celu wyjaśnienie cech, które należy uwzględnić w analizie mikrokrążenia, dochodząc do wniosku, że ocena mikrokrążenia powinna obejmować pomiary gęstości naczyń, ocenę perfuzji naczyń włosowatych i niejednorodności indeks (w naczyniach o

Te mierzone zmienne to:

Wskaźnik przepływu mikronaczyniowego (MFI) — jakość perfuzji Obraz podzielony na ćwiartki. Numer jest przypisywany do każdego kwadrantu zgodnie z dominującym typem przepływu (0 = brak przepływu, 1 = przerywany, 2 = powolny, 3 = ciągły). MFI wynika ze średniej z 4 wartości.

Całkowita gęstość naczyń (TVD) Gęstość naczyń — całkowita długość naczyń podzielona przez całkowitą powierzchnię analizowanego obszaru.

Perfused Vessel Density (PVD) — Funkcjonalna gęstość naczyń Całkowita długość naczyń poddanych perfuzji (wynik MFI 2/3) podzielona przez analizowany obszar.

Proporcjonalna liczba naczyń poddanych perfuzji (PPV) — jakość perfuzji 100 x liczba naczyń poddanych perfuzji podzielona przez całkowitą liczbę naczyń Wskaźnik heterogeniczności (HI) Miara niejednorodności przepływu między naczyniami. Najwyższy MFI — najniższy MFI podzielony przez średni MFI we wszystkich analizowanych witrynach

Pacjenci z sepsą w porównaniu ze zdrowymi ochotnikami wykazują niższe wartości PVD, PPV i MFI, a także wyższy wskaźnik heterogeniczności, niezależnie od stanu makrohemodynamicznego. Wydaje się, że posocznica nie ma wpływu na całkowitą gęstość naczyń włosowatych. Wyniki te zostały potwierdzone w badaniu International Study on Microcirculatory Shock Occurrence in Acutely Ill Pacjentów (microSOAP).

Badanie microSOAP jest jak dotąd największym badaniem badającym znaczenie zmian mikrokrążenia w heterogenicznej populacji OIT (tj. nie tylko z sepsą). Korzystając z poprzedniej generacji podobnej technologii, badacze stwierdzili, że spośród 501 pacjentów włączonych do analizy, 86 (17%) miało nieprawidłowy MFI (zdefiniowany a priori jako

Automatyczna analiza CytoCam Tools

CytoCam Tools to autorskie oprogramowanie dostarczane ze wspomnianym monitorem mikrokrążenia. Wykorzystuje nową technikę analizy zwaną analizą sieci kapilarnej (CNA), w której mikrokrążenie jest analizowane automatycznie i niezależnie od użytkownika w dwuetapowym procesie obejmującym automatyczne wykrywanie naczyń (w zależności od średnicy wizualizowanych naczyń), po którym następuje ocena szybkości przepływu krwinek czerwonych w zidentyfikowanych naczyniach.

Następnie automatycznie określane są następujące zmienne mikrokrążenia.

• Całkowita gęstość naczyń (TVD) — Całkowita długość wszystkich wykrytych naczyń podzielona przez przetworzony obszar.
• Indeks prędkości (SI) — Względna liczba uzyskana ze zmian intensywności wzdłuż linii środkowej statku, która opisuje prędkość wykrytą na statku.
• Perfused Speed ​​Index (PSI) — SI w naczyniu, w którym SI jest wyższy niż próg perfuzji (PT).
• Wskaźnik średniej prędkości perfuzji (APSI) — suma wszystkich wartości PSI podzielona przez całkowitą liczbę naczyń poddanych perfuzji.
• Proporcja naczyń poddanych perfuzji (PPV) — Całkowita długość wszystkich naczyń o SI wyższym niż PT, podzielona przez całkowitą długość wszystkich wykrytych naczyń x 100,
• Perfused Vessel Density (PVD) — Całkowita długość wszystkich naczyń o SI wyższym niż PT podzielona przez obszar poddany obróbce.
• Wskaźnik heterogeniczności wskaźnika średniej perfuzji (APSI HI) — obraz podzielony na ćwiartki i wyprowadzony APSI dla każdego ćwiartki. Najwyższy APSI minus najniższy APSI podzielony przez średni APSI ze wszystkich ćwiartek.

Ocena PPV i PVD opiera się na automatycznej analizie szybkości krwinek czerwonych w zidentyfikowanych naczyniach. Aby to osiągnąć, ustawiany jest z góry określony próg perfuzji (PT). PT opisuje stan przepływu w zidentyfikowanych naczyniach i może wynosić od 0 do nieskończoności. Ocena producenta wykazała, że ​​PT powyżej 1 jest zgodne z „stanem perfuzji” i można to dalej podzielić w następujący sposób:

Próg perfuzji

Stan przepływu 0 - 1 = brak przepływu 1 - 5 = powolny 5 lub więcej = dobry przepływ Normalne zakresy dla tych automatycznie mierzonych zmiennych dotyczących zdrowia są obecnie nieznane. Zrozumienie normalnych zakresów pozwoliłoby nam wykorzystać tę technikę w przyszłych badaniach dotyczących wczesnej diagnostyki choroby septycznej. Identyfikacja chorych na wczesnym etapie procesu patofizjologicznego sepsy przed rozwojem tradycyjnie rozpoznawanych zaburzeń makrokrążenia może pozwolić na wcześniejsze wdrożenie leczenia.

Racjonalne uzasadnienie

System CytoCam może stanowić krok w kierunku bardziej przyjaznego dla użytkownika, powtarzalnego, stosowanego klinicznie podejścia do pomiaru i działania na zmiany funkcji mikrokrążenia w celu poprawy wyników klinicznych. Nie są jednak znane zakresy normy dla tych pomiarów, bez których dalsze badania nie mogą się odbyć. Badanie to określi zakresy normy dla automatycznie wyznaczanych pomiarów uzyskanych przez system CytoCam u osób zdrowych i otworzy nowe możliwości badań, które, jak przewidujemy, będą miały na celu wczesną identyfikację pacjentów z dysfunkcjami mikrokrążenia (takimi jak w sepsie) ; których parametry mikrokrążenia wykraczają poza te nowo zdefiniowane zakresy. Będzie to pierwszy krok w kierunku rutynowego monitorowania mikrokrążenia przyłóżkowego na naszym oddziale intensywnej terapii.

Ta praca opiera się na projektach realizowanych obecnie w ramach Diagnostic Development Unit (DDU) z siedzibą w Leicester Royal Infirmary. DDU to międzyuczelniany projekt Uniwersytetu w Leicester obejmujący medycynę, naukę o kosmosie i chemię atmosfery, badający zastosowanie nowatorskich nieinwazyjnych monitorów w medycynie ratunkowej i intensywnej opiece.

Populacja do zbadania

CEL

Identyfikacja normalnych zakresów automatycznie mierzonych zmiennych mikrokrążenia określonych przez system CytoCam w różnych grupach wiekowych dorosłych.