穿墙式采血法以减少临床环境中对睡眠的干扰

摘要

本文介绍了一种在临床环境中通过墙体、微创的方式在睡眠期间采集血液样本的方法。

摘要

生理节律，包括昼夜节律和近昼夜节律，在健康中发挥着关键作用，其紊乱与心血管疾病和2型糖尿病的关联日益密切。这些节律与睡眠-觉醒周期密切相关，因为睡眠时间或持续时间的改变可能影响昼夜节律和近昼夜节律，从而破坏生理稳态。其他因素，如进食和/或体力活动等行为的发生时间，也可能以支持健康或增加慢性疾病风险的方式调节24小时节律。

尽管生物节律的重要性日益受到重视，但在临床研究中，获取用于阐明循环因子变化模式的系列血液样本仍面临重大挑战。常规采血方法可能干扰睡眠，进而改变睡眠和生物节律，最终影响研究关注的变量。这凸显了对微创方法的需求，即能够在不干扰睡眠或生物节律的前提下，实现对24小时生物过程的评估。

为应对这些挑战，许多临床和研究团队采用一种称为“穿墙式”血液采样法的技术。该方法通过将连接至留置导管的延长管穿过墙壁或隔断，延伸至受试者房间外的区域，从而实现在不进入房间的情况下采集血液。这种方法减少了对受试者的干扰，有助于保持循环指标24小时动态变化特征的完整性，并将对睡眠的干扰降至最低。

本文详细介绍了穿墙式采血方法，并展示了其在计划睡眠时段内采集血样的可行性和有效性。展示了一项临床研究的代表性数据，并讨论了其他相关注意事项，包括困难采血对睡眠结构的影响。

引言

昼夜节律和生物钟节律是调节生理、代谢和行为过程的24小时生物周期。昼夜节律是遵循昼夜周期的生物模式，由环境或行为线索驱动。相比之下，生物钟节律则是由内在的分子钟分子网络驱动的接近24小时的生物学周期，独立于外部线索（注：本文不详细解释生物钟机制；感兴趣的读者可参阅Cox等人的研究¹以获取更多信息，或参考Broussard等人关于临床生物钟方案的讨论²）。昼夜节律和生物钟节律在健康中均发挥关键作用，其紊乱与心血管疾病和2型糖尿病发病风险增加相关^3,4。这一认识源于数十年来在受控实验室条件下进行的时间序列测量研究。此类研究的结果有助于区分内源性生物钟影响与外部环境或行为因素对生物过程的影响，以及它们在维持生理稳态中的作用^2,5。这些研究成果为近年来探索睡眠及行为的生物钟时机对健康相关结局的影响的转化研究奠定了基础^6,7,8,9。

激素和代谢因子表现出明显的24小时节律性振荡。例如，褪黑素在生物夜间升高，在生物白天保持低水平¹⁰。相反，皮质醇节律的特点是在生物夜间的早期受到抑制，随后在觉醒前急剧上升¹¹，而睡眠剥夺期间这一节律会发生改变¹²。促甲状腺激素（TSH）在生物傍晚时升高，并在睡眠期间受到抑制¹³。睡眠剥夺期间TSH节律被破坏，导致生物夜间TSH水平升高¹⁴。其他多种循环因子的节律模式同样受到睡眠-觉醒周期的影响。例如，生长激素（GH）的分泌与慢波睡眠（SWS）密切相关，在入睡后不久出现显著释放，尤其在男性中更为明显¹⁵。此外，睡眠期间GH分泌增加的同时胰高血糖素水平也升高，有助于适应整夜长时间的禁食状态，减少葡萄糖利用，从而维持血糖水平稳定并防止低血糖¹⁶。泌乳素的分泌模式与GH相似，入睡后迅速上升，并在睡眠中期达到峰值，白天小睡期间也会出现类似的升高^17,18。其他具有24小时节律的循环因子还包括促肾上腺皮质激素、黄体生成素、葡萄糖和胰岛素（更全面的综述参见Hanlon等⁵）。

许多参与饥饿、食欲调节和能量平衡的循环因子在24小时内也表现出波动。刺激食欲的胃饥饿素（ghrelin）在餐前达到高峰，并在夜间睡眠期间下降；而作为饱腹激素的瘦素（leptin）则在夜间升高，可能在整夜禁食期间抑制饥饿感¹⁹。其他代谢信号分子，如游离脂肪酸、内源性大麻素以及GLP-1和PYY等饱腹肽，其水平变化也受到睡眠和进食模式的共同影响^19,20,21,22。

综上所述，上述节律振荡揭示了睡眠、昼夜节律过程与生理稳态之间的复杂相互作用，只有通过分析相关生理变量在24小时内的循环变化模式，才能充分理解这一相互关系。

阐明循环因子的24小时节律对于理解生理功能的每日波动，以及睡眠和昼夜节律紊乱如何影响健康至关重要。然而，传统的血液采样方法可能会干扰驱动和调节这些节律的关键过程²³，这凸显了对微创方法的需求，以准确获取24小时节律特征。

因此，本文的方法学目标是详细描述通过穿墙式采血技术，从人类研究受试者中可靠地在24小时内频繁采集血液样本的具体步骤。该技术已被众多睡眠与昼夜节律实验室广泛采用^{20,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36}，可有效解决在睡眠期间采集血液样本所面临的技术难题。下文将对该技术进行详细说明，并配有补充视频演示。此外，还展示了利用该方法获得的一项临床研究的代表性数据。最后，本文对在临床研究中应用该方法时存在的局限性、潜在问题及重要注意事项进行了讨论。

方案

本文所述方法已获得科罗拉多州立大学机构审查委员会和科罗拉多州多机构审查委员会批准的方案所采用。代表性数据来自已获得参与者书面知情同意的研究。所有使用的耗材和设备均列于材料表中。其他方法学考量在讨论部分予以阐述。

1. 延长管的安装与连接

注意：在进行任何临床操作之前，必须使用含有至少70%异丙醇的溶液进行适当的手部卫生。个人防护装备（PPE），包括但不限于手套、实验服和包趾鞋，必须全程佩戴。

1. 穿墙采血的设置（图1）
   1. 在受试者房间外设置采血工作站，准备以下物品：一次性吸水垫、三通旋塞阀、120英寸延长管、10 mL生理盐水冲洗注射器、置于加热装置中的预热10 mL生理盐水冲洗注射器、5 mL废液注射器、3 mL血液采集注射器（尺寸可根据采血量调整），以及生物危害废物容器。所有物品详见材料表。
2. 连接用于穿墙采血的延长管。
   1. 在一次性吸水垫上，将三通旋塞阀连接至延长管的雌性鲁尔锁接头端。
      注意：确保旋塞阀暴露的一端不接触任何表面（包括戴手套的手）。若发生污染，应更换旋塞阀以保证无菌状态。
   2. 将10 mL生理盐水冲洗注射器和3 mL样本采集注射器（已破除密封）连接到旋塞阀上。
      注意：一旦旋塞阀连接至延长管，其余两个连接位点结构相同，因此生理盐水冲洗注射器和样本采集注射器可任意连接至剩余两个接口。破除密封是指在注射器连接受试者前向后拉动活塞以释放内部负压，避免因密封破裂产生的急性负压对血管造成损伤。
   3. 旋转旋塞阀上的关闭旋钮，使延长管与3 mL样本采集注射器断开，此时旋塞阀通向10 mL生理盐水冲洗注射器。
   4. 推动生理盐水通过延长管。当生理盐水到达管路末端时，小心取下保护帽，让盐水滴入杯子和/或吸水垫上，以确保管路完全充满生理盐水。随后将保护帽重新盖回已预冲完毕的延长管末端。
   5. 旋转旋塞阀上的关闭旋钮，使管路与两个注射器均断开。保持两个注射器仍连接在旋塞阀上。
      注意：延长管的最大容量为3.4 mL。
   6. 将带有保护帽的延长管末端穿过墙壁上的穿墙接口进入受试者房间。确保保护帽始终处于原位，以维持管路无菌。
   7. 进入受试者房间，将延长管连接至受试者。使用无菌酒精棉片清洁延长管远端以及静脉输液延长管组（已连接受试者）的连接部位。
   8. 取下延长管末端的保护帽，并将其连接至静脉输液延长管组（已连接受试者）。
   9. 延长管与静脉通路连接后，返回缓冲间。
      1. 从旋塞阀上取下并丢弃已使用的生理盐水冲洗注射器，换上一支预热的10 mL生理盐水冲洗注射器。旋转旋塞阀上的关闭旋钮，使管路与样本采集注射器断开，此时旋塞阀通向新的10 mL生理盐水冲洗注射器。
      2. 向延长管内推注生理盐水，确认无泄漏且静脉通路仍通畅。随后旋转旋塞阀上的关闭旋钮，使管路与两个注射器均断开。
         注意：生理盐水冲洗液的温度不得超过人体体温（37 °C/98.6 °F）。应使用置于加热装置内的温度计核实盐水温度。为彻底冲洗整个管路，至少需要4.4 mL生理盐水，其中延长管容积为3.4 mL以上，静脉输液延长管组容积为1 mL。
   10. 在持续缓慢推动生理盐水冲洗的同时，旋转旋塞阀上的关闭旋钮，使管路与两个注射器均断开。此举可维持延长管内的压力，减少血液回流。
   11. 延长管成功建立后，返回受试者房间，使用自粘性弹性绷带包裹静脉输液延长管组，防止睡眠过程中被牵拉。用胶带将延长管固定于床架上。
   12. 与受试者沟通其睡眠习惯（如侧卧、仰卧等），并预留足够长度的管路，以保障其睡眠时活动自如。请受试者测试活动范围。
       注意：必须提醒受试者，如需使用卫生间，必须请求工作人员协助断开延长管连接。

2. 通过延长管采血

1. 采集血样。
   1. 在进行任何采血操作之前，确保延长管仍由生理盐水预充，并确认三通阀的OFF旋钮已旋转至使管路对两个注射器均关闭的位置。
      1. 若在延长管中可见血液，需用至少4.4 mL的温热生理盐水冲洗，以清除延长管和静脉输液延长装置中的血液。
   2. 将一个5 mL注射器（废液注射器）和一个3 mL注射器（样本注射器）连接至三通阀。旋转三通阀的OFF 旋钮，使延长管与5 mL注射器（废液注射器）相通。
      注意：在采集血样前，必须先抽取并丢弃一个"废液"注射器中的液体，该液体包含延长管和静脉输液延长装置内的生理盐水。
   3. 使用5 mL注射器抽吸，直至全血开始进入注射器（至少排出4.4 mL废液后）。
      注意：废液注射器中液体的颜色最初为透明，随后变为粉红色，最终当延长管充满全血时变为深红色。
   4. 一旦在5 mL注射器中可见全血，立即旋转三通阀的OFF 旋钮，关闭延长管与5 mL废液注射器之间的通路。
   5. 使用3 mL注射器抽取所需量的血液。旋转三通阀的OFF 旋钮，使延长管对两个注射器均关闭。
      注意：血液在延长管中停留时间不得超过5分钟，以降低凝血风险。若采血速度较慢，可使用多个较小容量的采样注射器，以减少对静脉的压力。设置计时器以记录采血持续时间。达到5分钟时，应冲洗管路以防凝血。可尝试重新采血，或选择跳过本次采血。尽管某些方案采用节约血液的技术（例如将废液注射器中的血液回输以减少失血），但本方案不采用此类措施。
   6. 移除5 mL废液注射器，并更换为预温的10 mL生理盐水冲洗注射器。
   7. 旋转三通阀上的OFF旋钮，关闭延长管与空的3 mL注射器之间的通路，从而使管路与生理盐水冲洗注射器相通。
   8. 推注最多10 mL温热生理盐水，确保延长管中无残留血液。
   9. 旋转三通阀上的OFF 旋钮，使延长管对两个注射器均关闭。
      1. 在缓慢推动生理盐水冲洗的同时，旋转三通阀的OFF旋钮以关闭延长管与两个注射器的通路。此操作可维持延长管内的压力，减少血液反流。
      2. 利用注射器中剩余的生理盐水，将其通过三通阀冲洗至空的3 mL注射器中。进一步清除三通阀内的生理盐水：移除生理盐水注射器，并回抽3 mL注射器，以去除三通阀内任何残留液体。
   10. 更换所有注射器，为下一次采血做好准备。
       注意：切勿使三通阀端口在无注射器连接的情况下暴露，以免破坏无菌状态。

结果

睡眠期间通过隔墙采血法检测24小时褪黑素水平
上述方法可用于评估循环因子的24小时变化模式，而这些模式若仅通过单时间点采样将无法被发现。褪黑素是一种常通过隔墙采血法测定的激素，被广泛用作评估位于下丘脑前部视交叉上核（SCN）的中枢生物钟节律的替代指标。由于在人体中无法直接获取SCN，褪黑素提供了一种间接但可靠的监测昼夜节律时相的方法³⁷。 图2 展示了一名代表性研究参与者在弱光条件（<5 lux）下测得的24小时血浆褪黑素轮廓。褪黑素水平在生物学傍晚开始上升，并在生物学早晨下降。褪黑素的初始上升被称为弱光下褪黑素起始时间（DLMO），定义为褪黑素浓度超过某一特定阈值的时间点（唾液褪黑素的阈值为3 pg/mL）³⁸。褪黑素水平的下降被称为弱光下褪黑素终止时间（DLMOff），定义为血浆褪黑素浓度降至该阈值以下的时间点。DLMO和DLMOff均可作为昼夜节律相位的标记物²。

讨论

本文介绍的穿墙采血方法在睡眠与昼夜节律研究中被广泛应用，可在睡眠期间采集血液样本，同时最大程度减少对受试者的干扰。所述操作流程——包括准备、装置搭建及延长管的使用——在临床和科研环境中均具有广泛的应用价值。采用该技术，研究人员可成功在24小时周期内采集血液样本，包括在计划睡眠期间进行采样。此外，多导睡眠图（PSG）证实，在理想条件下，该方法在采血过程中引起的觉醒反应极小，且采样成功率接近70%。更重要的是，该方法无需使用肝素化生理盐水，而后者通常在频繁采样时用于抑制凝血因子以防止血栓形成⁴⁰。肝素还会激活脂蛋白脂肪酶，增强血浆中的脂解活性，从而导致血浆脂质水平升高^41,42，这可能干扰研究结果。已有研究表明，频繁使用生理盐水冲洗（至少每30分钟一次）可维持静脉通路通畅，其效果与使用肝素化生理盐水相当⁴³。

本文所述的隔墙采血方法专为在医务人员监督下、由无医学或护理专业学位...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
9英寸标准内径静脉延长管，预充体积1 mL，带可拆卸无针SmartSite连接器、滑动夹和旋转式公鲁尔锁	Medline	IME22059EH
0.9%氯化钠注射液USP，10 mL冲洗注射器ZR	Excelsior Medical	EMZE010001
酒精消毒片	Medline	MDS090737
BD Insyte Autoguard 带翼20 G导管	Medline	381534
BD Plastipak 3 mL注射器	Fischer Scientific	309657
CoFlexNL	Medline	5200CP
静脉延长管192英寸，细径管路	ICU Medical	B2202	需在ICU Medical注册账户方可订购耗材
非织造纱布垫	Medline	NON25223
Tegaderm	Medline	1624W
Ultra(TM) 三通旋塞阀，带旋转式公鲁尔锁	Medline	MX2311L