Nära infraröd spektroskopi för mätning av blodsocker i kritiska vårdinställningar

Upprätthållande av strikt glykemisk kontroll hos kritiskt sjuka patienter har visat sig signifikant minska sjuklighet och dödlighet hos intensivvårdspatienter i operations- och intensivvårdsmiljöer. Flera (>20) peer-reviewed publikationer har visat fördelarna med strikt glykemisk kontroll. Till exempel har strikt glykemisk kontroll visat sig minska infektioner på operationsställen med 60 % hos patienter med hjärt- och thoraxkirurgi (Furnary et al., 1999) och har visat sig minska den totala dödligheten på intensivvårdsavdelningen med 40 % med signifikant minskning av sjuklighet och längd på intensivvårdsavdelningen av vistelse (Van den Berghe, 2001).

Historiskt behandlade vårdgivare hyperglykemi (högt blodsocker) endast när glukosnivåerna översteg 220 mg/dL. Men baserat på dessa senaste kliniska fynd rekommenderar experter nu att blodsockret kontrolleras till inom det normoglykemiska intervallet (80-110 mg/dL). Att följa sådana strikta glukoskontrollregimer kräver nästan kontinuerlig övervakning av blodsockret och frekvent justering av insulininfusionen för att uppnå normoglykemi samtidigt som risken för hypoglykemi (lågt blodsocker) undviks. Undersökningar visar att, som svar på detta påvisade kliniska behov, har mer än 50 % av amerikanska sjukhus nu antagit strikta glykemiska kontrollprotokoll för vissa intensivvårdspatienter, med ytterligare 23 % som förväntas anta sådana protokoll inom de närmaste 12 månaderna.

För närvarande kräver dessa TGC-protokoll intravenös administrering av insulin för att uppnå och hantera glukoskontroll till inom det normoglykemiska intervallet. Protokollen kräver också frekvent övervakning av patientens blodsockernivåer av vårdpersonal. Med befintlig teknik innebär varje test borttagning av ett blodprov och testning på handhållna mätare eller blodgasanalysatorer. Denna process är besvärlig, arbetsintensiv och ofta störande för patienten. Även om sjukhusen svarar på det identifierade kliniska behovet, har nuvarande teknik begränsad användning på grund av två huvudsakliga skäl:

1. Rädsla för hypoglykemi: administrering av insulin för att hålla patienten inom målglukosintervallet 80-110 mg/dL utsätter patienten för ökad risk för klinisk hypoglykemi (blodsocker mindre än 50 mg/dL). Kritisk vårdpatienter är ofta sövda och uppvisar inte typiska tecken på hypoglykemi, vilket förvärrar risken för hypoglykemi. Behovet av frekvent övervakning och oro för risken för hypoglykemi ökar vårdgivarens stress och kan begränsa efterlevnaden av strikta protokoll för glykemisk kontroll.
2. Glukosövervakning med konventionella metoder representerar en betungande procedur: de flesta strikta glykemiska kontrollprotokoll kräver frekvent glukosövervakning och insulinjustering med 30 minuter till 2 timmars intervall (vanligtvis varje timme) för att undvika hypoglykemi samtidigt som normoglykemi bibehålls. Bestämning av glukos med nuvarande teknologi (inklusive instrumentberedning, blodprovsinsamling och instrumentanalys) tar vanligtvis 5 minuter per mätning.

Sponsorn utvecklar en automatisk patientansluten blodsockermonitor som automatiskt gör frekventa blodsockermätningar. Frekventa mätningar möjliggör bättre spårning av patientens glukosstatus och ger information om blodglukostrend. Systemet kommer att varna vårdgivare om förestående eller faktiska hypoglykemitillstånd. Automatisering kommer att minska arbetsbördan förknippad med befintlig teknik. Enheten är avsedd att hjälpa vårdgivare att bättre hantera en strikt glykemisk kontroll hos sina patienter.

Enheten mäter glukos i helblod genom att strömma ett patientblodprov genom en optisk flödescell samtidigt som den sänder nära infrarött ljus genom provet. Blodbeståndsdelarna, inklusive glukos, absorberar en del av den nära-infraröda energin på ett karakteristiskt sätt. Instrumentet mäter det resulterande transmissionsspektrumet och analyserar spektrumet för att bestämma koncentrationen av glukos i blodprovet.

Även om den föreslagna studien kommer att representera de initiala mätningarna som görs av enheten på intensivvårdspatienter, har sponsorn samlat in data i frivilligstudier utförda på InLights anläggning. I en studie samlade vi in ​​blod från frivilliga donatorer och skapade individuella blodprover med variabelt glukos (glukosintervall 50-550 mg/dL) genom att spika proverna med koncentrerad glukoslösning. Vi inducerade också hematokritvariation mellan 30-50% i dessa prover genom att kontrollera förhållandet mellan röda blodkroppar och plasma. Spektralmätningar som samlades in med prototypenheten korrelerades matematiskt med samtidiga blodsockermätningar av samma prover som erhållits med en Yellow Springs Instruments YSI 2700 Select glukosanalysator (en industristandard laboratorieglukosanalysator) för att generera en spektral glukosmodell och för att ge baslinje nära -infraröda glukosmätningsresultat. Denna utvärdering visade att enhetens glukosmätningar spårade YSI 2700-glukosmätningarna med en noggrannhet på 8,9 mg/dL (1 s.d.). Se figur 1.

I en annan studie samlade vi serieblodprover från 5 frivilliga försökspersoner med diabetes som genomgick dynamiska glukosförändringar inducerade av kolhydratintag och insulinadministrering. Vi erhöll spektrala glukosmätningar av blodproverna med hjälp av prototypen av nära-infraröd enhet och jämförde dem med samtidiga blodsockermätningar av samma prover som erhölls med YSI 2700 Select glukosanalysatorn. Sponsorns resultat jämfördes positivt med YSI 2700-resultaten, vilket visade ett rot-medelkvadratfel (1 standardavvikelse) på 5,9 mg/dL (Figur 2). Denna noggrannhetsnivå är jämförbar med nuvarande teknik för handhållna mätare.

Vi räknar med att operations- och intensivvårdsmiljöerna kommer att presentera nya fysiologiska och farmakologiska utmaningar för vårt instrument. Den föreslagna studien är i huvudsak en screeningstudie som kommer att ge sponsorn insikt i dessa utmaningar. Tillgång till de avidentifierade ICU-diagrammen gör det möjligt för sponsorn att korrelera glukosmätningarna och mätfelen med specifika farmakologiska terapier och fysiologiska händelser. På detta sätt är den föreslagna studien i själva verket en screeningstudie.