Kritisch kranke Patienten, insbesondere solche mit Sepsis und anderen ähnlichen Erkrankungen, weisen häufig eine beeinträchtigte reaktive Hyperämie und mikrovaskuläre Sauerstoffversorgung auf 1,2,3. Während der ersten Wellen der COVID-19-Pandemie benötigte eine unvorhergesehene Anzahl von Patienten ein intensivmedizinisches Management, bei dem die Auswirkungen des Virus auf das Endothel offensichtlich wurden, jedoch ohne eine klare Strategie zur Bewertungund Behandlung 4,5,6. Infolgedessen wurde zunehmend anerkannt, wie wichtig es ist, eine endotheliale Dysfunktion, die indirekt durch reaktive Hyperämie bewertet werden kann, in der Intensivstation, d. h. auf der Intensivstation, zu erkennen7. Es wird erwartet, dass eine praktische, robuste und weit verbreitete Bewertung der Sauerstoffzufuhr und des Sauerstoffverbrauchs an das Gewebe von größter Bedeutung ist, um Wiederbelebungsstrategien zu optimieren und Mikrozirkulationsprobleme direkt anzugehen. Studien haben durchweg gezeigt, dass anhaltende mikrozirkulatorische Veränderungen und mangelnde Kohärenz zwischen Makrozirkulation und Mikrozirkulation bis zu einem gewissen Grad ein Organversagen und ungünstige Ergebnisse bei Patienten vorhersagen, die unter anderem von septischem Schock oder hämorrhagischem Schock betroffen sind, selbst wenn systemische Parameter als normal angesehen werden 8,9,10. Es hat sich gezeigt, dass es unzureichend ist, sich ausschließlich auf makrozirkulatorische Parameter zu verlassen, da die Mikrozirkulation eine entscheidende Rolle für die Sauerstoffversorgung des Gewebes und die Organfunktion spielt 11,12,13. Dieses Papier beschreibt ein Protokoll, das ein neues multimodales Gerät verwendet, das auf diffusen optischen Nahinfrarottechnologien basiert und innerhalb eines internationalen Konsortiums entwickelt wurde, das sich auf Intensivpatienten konzentriert. Das Projekt VASCOVID (https://vascovid.eu) wurde durch die COVID-19-Pandemie motiviert, die mikrovaskuläre Gesundheit der peripheren Muskeln auf der Intensivstation zu bewerten. Wir haben ein Protokoll mit dem entwickelten VASCOVID-Gerät entwickelt, das darauf abzielt, unser Verständnis dieser Parameter zu verbessern und zu zeigen, wie diese Parameter bei der Behandlung kritisch kranker Patienten mit einem viel breiteren Spektrum als COVID-19-Patienten nützlich sein können.
Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) wird seit Jahrzehnten zur nicht-invasiven Beurteilung der Mikrozirkulation in einem breiten Spektrum klinischer Anwendungen eingesetzt, einschließlich der Patienten auf der Intensivstation 14,15,16,17. Es ist wichtig zu beachten, dass die einfachste Anwendung von NIRS, d. h. kontinuierliches NIRS (CW-NIRS), in weit verbreiteten und klinisch zugelassenen Geräten17,18 implementiert ist, die zur Messung der absoluten Konzentrationen von Oxy- (HbO) und Desoxyhämoglobin (HbR) zur Berechnung der Blut-/Gewebesauerstoffsättigung (StO2) des Mikrogefäßsystems verwendet werden. Während diese Geräte im klinischen Management Nischenanwendungen gefunden haben, z. B. bei Herzoperationen, haben sie aufgrund der Physik der Photonenausbreitung in Geweben klare Grenzen. Dies bedeutet, dass ihre Genauigkeit, Präzision und Wiederholbarkeit fraglich sind, weshalb sie häufig als Trendmonitore verwendet werden19,20. Darüber hinaus werden ihre Ergebnisse stark von oberflächlichen Geweben wie den darüber liegenden Fett- und Hautschichten beeinflusst.
Zeitaufgelöstes NIRS (TRS) verwendet kurze Laserpulse im Pikosekundenbereich bei mehreren Wellenlängen, um deren Verzögerung und Verbreiterung nach dem Durchqueren eines Gewebeszu bewerten 21. Dies ermöglicht es TRS, die Auswirkungen der Absorption von der Streuung zu trennen, um robuste, genaue und präzise Schätzungen zu erhalten und auch die Gesamthämoglobinkonzentration (HbT) zu berechnen. Da TRS auch Pfadlängen auflöst, kann es verwendet werden, um oberflächliche Signale besser von den tiefen Signalen von Interessezu trennen 18,21. Dies geht auf Kosten von Komplexität, Preis und Sperrigkeit. In den letzten Jahren haben TRS-Systeme jedoch an Komplexität und Kosten verloren, was zu zugänglicheren und benutzerfreundlicheren Geräten geführt hat. Dieses Manuskript beschreibt eine Vorrichtung, die ein kompaktes kommerzielles TRS-Modul 22,23 des Erstausrüsters(OEM) verwendet.
Die diffuse Korrelationsspektroskopie (DCS) ist eine weitere Nahinfrarot-Technologie, die die zeitliche Statistik diffuser Speckles nutzt, um die Bewegung von lichtstreuenden Partikeln zu quantifizieren, die von roten Blutkörperchen in Geweben dominiert werden16,24. Dies wiederum ist bekanntlich ein Indikator für den mikrovaskulären Blutfluss, den wir als Blutflussindex (BFI) bezeichnen25. Die gleichzeitige Verwendung von TRS und DCS in einem hybriden optischen Gerät bietet Einblicke in den Sauerstoffstoffwechsel, indem gängige Modelle verwendet werden, um den lokalen Sauerstoffextraktionsanteil abzuleiten und mit dem Blutfluss zu multiplizieren 15,26,27.
Um die Mikrozirkulation auf der Intensivstation zu beurteilen, wird NIRS häufig mit einem Gefäßverschlusstest (VOT) verwendet, bei dem es sich um eine ischämische Herausforderung handelt, bei der die Blutversorgung des sondierten peripheren Muskels für eine bestimmte Dauer (einige Minuten) blockiert wird28,29,30,31,32. Am häufigsten wird sie durch Aufblasen eines um den Oberarm gewickelten Tourniquets oberhalb des systolischen Drucks33 ausgeführt. Während der VOT beurteilen die Kliniker die Reaktion der mikrovaskulären Blutoxygenierung auf Veränderungen des Blutflusses, um den Sauerstoffstoffwechsel in Ruhe und die reaktive Hyperämieabzuleiten 34. Es wird davon ausgegangen, dass während der VOT, wenn die Manschette weit über dem Verschlussdruck der Gliedmaßen aufgeblasen ist, kein Blut zu- oder abfließt. Daher zeigt der Beginn der VOT eine Abwärtsneigung von StO2, d.h. eine Desoxygenierung (DeO 2), da Sauerstoff vom Gewebe verbraucht wird, was eine Abschätzung der Stoffwechselrate des Sauerstoffverbrauchs ermöglicht. Wenn die VOT endet und die Manschette entleert ist, strömt Blut herein, um ihre Erschöpfung auszugleichen, was zu einer hyperämischen Reaktion führt. Dieser Ansturm erzeugt eine steile Steigung von StO2, d.h. eine Reoxygenierung (ReO2). Die hyperämische Reaktion, die einen Anstieg über den ursprünglichen Ausgangswert hinaus mit einer langsamen Erholung zurück zum Ausgangswert darstellt, schätzt die reaktive Hyperämie. Die Kombination von NIRS mit einem VOT hat aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit und seines Potenzials zur Vorhersage unerwünschter Ergebnisse und sogar der Mortalität bei kritischen Erkrankungen wie Sepsis zunehmend an Interesse in der Intensivmedizin gewonnen 35,36,37.
Während der COVID-19-Pandemie haben unsere Gruppen ein weltweites Konsortium initiiert und kürzlich die sogenannte HEMOCOVID-19-Studie abgeschlossen, die einen Zusammenhang zwischen peripheren mikrozirkulatorischen Veränderungen und dem Schweregrad des akuten Atemnotsyndroms bei COVID-19-Patienten zeigt6. Dies wurde auch durch andere Werke gestützt 7,38. Alle diese Studien wurden mit den oben genannten CW-NIRS-Systemen durchgeführt und litten daher unter deren Mängeln. Darüber hinaus war die Durchführung der VOT in verschiedenen Studien nicht standardisiert und wird von verschiedenen Parametern wie Okklusionsdauer, Tourniquetdruck und operatorbasierten Variationen beeinflusst 29,39,40. Eine Literaturrecherche zeigt deutlich, dass es wichtig ist, den Blutfluss zu messen, standardisierte Protokolle zu haben und über ein robustes NIRS-System zu verfügen, damit VOT und NIRS in den Kliniken an Bedeutung gewinnenkönnen 11. Daher haben wir vorgeschlagen, dass durch die Verwendung einer fortschrittlicheren Form von NIRS (TRS), die Messung des Blutflusses und die Standardisierung der Manschettenkontrolle während der VOT eine bessere Unterscheidung zwischen pathologischen und gesunden Zuständen erreicht werden könnte. Zu diesem Zweck haben wir dieses hybride diffuse optische Gerät entwickelt, das mehrere Module integriert, darunter zwei diffuse optische Nahinfrarotmodule von TRS und DCS, Pulsoximetrie und ein automatisiertes Tourniquet. Das Pulsoximetrie-Modul liefert die Herzfrequenz (HF), den Perfusionsindex und den Prozentsatz der arteriellen Sauerstoffsättigung (SpO2). Im Gerät wird ein schnelles Tourniquet verwendet, das für die Durchführung von VOT entscheidend ist. Das Gerät wird mit einer optionalen Zubehörbox geliefert, die es uns ermöglicht, während des Einsatzes zusätzliche Informationen für eine erweiterte und kontinuierliche Qualitätskontrolle zu erhalten, wie z. B. die routinemäßige und praktische Messung der Instrumentenantwortfunktion (IRF) für TRS und die Messung an einem gewebeähnlichen Phantom zur Bewertung der Längsstabilität. Das Gerät wird in Abbildung 1 auf der Intensivstation eingesetzt.

Abbildung 1: Anordnung des tragbaren Geräts am Krankenbett auf der Intensivstation mit den Sonden und der Manschette, die am Patienten befestigt sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Die multimodale intelligente Sonde enthält Lichtwellenleiter für Quelle und Detektor für TRS und DCS mit optischen Filtern im Inneren des Geräts, die Interferenzen zwischen DCS und TRS verhindern. Der in diesem System verwendete Quellen-Detektor-Abstand beträgt 25 mm. Darüber hinaus verfügt die Sonde über einen kapazitiven Berührungssensor, der eine wertvolle Sicherheitsfunktion zur Vermeidung von Lasergefahren gemäß der Lasersicherheitsnorm (IEC 60601-2-22:2019)41 bietet. Das Lasersicherheitssystem im Gerät stellt sicher, dass die Laseremission nur dann erfolgt, wenn die Sonde mit dem Gewebe in Kontakt kommt. Wenn eine Ablösung der Sonde festgestellt wird, werden die Laser sofort abgeschaltet, um die Sicherheit von Patienten und Bedienern zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die Sonde mit einem Beschleunigungsmesser, einem Lastsensor und einem Lichtsensor für zusätzliche Funktionen und Datenerfassungszwecke integriert.
Dieser Artikel beschreibt das automatisierte Protokoll, bei dem wir den Brachioradialis-Muskel gleichzeitig mit einer VOT mit dem entwickelten Gerät untersuchen. Die Zeitachse des Protokolls ist in Abbildung 2 dargestellt. Das Protokoll ist vollständig automatisiert und es sind während der gesamten Ausführung keine Bedienereingriffe erforderlich. Durch die Nutzung der Fähigkeiten dieses neuartigen Geräts wollen wir wertvolle Erkenntnisse gewinnen, die es den Ärzten ermöglichen, die Physiopathologie des peripheren Sauerstoffverbrauchs besser zu verstehen und auch das Verhältnis von Sauerstoffverbrauch und -abgabe zu beurteilen, um die Patientenversorgung umfassend und effizient zu verbessern.

Abbildung 2: Zeitleiste des Protokolls. Der Patient ruht während der gesamten Zeitachse mit einem Druck von 0 mmHg zu Beginn und in der Erholungsphase. Die VOT wird mit einem Tourniquet durchgeführt, das auf einen Druck von 50 mmHg über dem systolischen Blutdruck des Patienten aufgeblasen wird. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.