מודל כדי לדמות היפוקסיה משמעות קלינית בבני אדם
22 בדצמבר 2016
סימולצית היפוקסיה בני אדם בדרך כלל שבוצעה על ידי שאיפת גז תערובות היפוקסי. לצורך המחקר, צוללנים apneic שימשו כדי לדמות היפוקסיה דינמי בבני אדם. בנוסף, שינויים פיזיולוגיים קינטיקה desaturation מחדש הרוויה הוערכו עם כלים בלתי פולשני כגון האינפרה-אדום הקרוב-ספקטרוסקופיה (NIRS) ורוויה חמצון היקפי (SpO 2).
המטרה הכוללת של מודל זה היא לדמות דום נשימה שנגרם על ידי היפוקסיה והיפרקפניה במודל אנושי עם התמקדות בדום נשימה לסירוגין, המתרחש במהלך דום נשימה בשינה, ומצבי חירום כגון חסימת דרכי הנשימה. מודל זה עשוי לסייע בהבנת מנגנונים פיזיולוגיים למניעת נזק היפוקסי למוח למרות דום נשימה ממושך. היתרון העיקרי של מודל דינמי זה הוא שאנו יכולים לדמות היפוקסיה רלוונטית מבחינה קלינית בבני אדם.
היפוקסיה תלויה בדום נשימה מפחיתה לעתים קרובות את קצב הלב. היפוקסיה הנגרמת על ידי ירידה בחמצן והאוויר המעורר מגבירים את קצב הלב. לפיכך, מודלים שונים של היפוקסיה גורמים להשפעות הפוכות במחזור הדם.
המודל הניתן לשחזור שלנו מאפשר לנו לחקור מכשירים טכניים שונים. זה נותן לנו הזדמנות להתמקד בהיבטים פיזיולוגיים שונים של דום נשימה מבלי לשנות את ההגדרה או המודל. לפני חיבור אלקטרודות לנושא, נקה את נקודות החיבור באמצעות 70% אלכוהול.
כעת, הנח אלקטרודת NIRS מעל הלוקוס הקוטבי הקדמי בצד ימין של המצח מעל הגבה, ומימין לחריץ האמצעי. השתמש באלקטרודה שנייה כדי למדוד את חמצון הרקמה ההיקפית. הנח אותו בחלק הפנימי של הזרוע התחתונה.
הימנע מהצבת אלקטרודה זו מעל מקלעת ורידים או עורק. הרוויה צריכה להיות גדולה מ-80%לפני נטילת ערך חמצון של רקמת המוח, המתן עד שאות ה-NIRS יציג וריאציה של 3% או פחות למשך חמש דקות לפחות. באופן דומה, המתן עד שאות רמת החמצן ההיקפי יתייצב.
לאחר מכן, הנח את אלקטרודות האק"ג על החזה שבו אין שיער. הנח את עופרת ה-R על הראש הסטרנוקוסטלי של החזה הגדול מימין. הנח את עופרת ה-L על הראש הסטרנוקוסטל של החזה הגדול משמאל.
הנח את ה-C-Lead על החלל הבין-צלעי החמישי באמצע קו הבריח המדיאלי. הנח את עופרת ה-F בקצה הצלע התחתון השמאלי, והנח את עופרת ה-N בקצה הצלע התחתון הימני. כעת, מדוד את אוקסימטריית הדופק ההיקפית מקצה האצבע באותה גפה המשמשת למדידת חמצון רקמות היקפיות.
לאחר מכן, מדוד לחץ דם לא פולשני באמצעות שרוול לחץ דם על הגפה הנגדית ממדידת אוקסימטריית הדופק ההיקפית. בהגדרות הניתנות לתכנות, בחר מרווח של דקה אחת ובחר NIBP. לפחות 20 דקות לפני דום נשימה, צור קו תוך ורידי לווריד הקוביטלי המדיאלי בזרוע ימין או שמאל כדי לקחת דגימות דם במהלך ואחרי דום הנשימה.
לפני שמתחילים, סנכרן את השעונים הפנימיים של מכשירי הניטור, כך שהמדידות מסונכרנות. לאחר מכן, שלח כבל רשת מהמחשב להתקן הצג. חבר אותו בתחנת העגינה.
לאחר מכן, תכנת בהגדרות הרשת הנכונות והתוכנה תוכל לשלוט במכשיר ולשמור נתונים. כמו כן, מקם את הצג כך שהנתונים לא יהיו גלויים לנושא. בדוק את האותות מהאלקטרודות של NIRS.
אם מישהו לא יציב מדי, מקם מחדש את האלקטרודה. הקפד להימנע מהנחת האלקטרודה על מקלעת הוורידים הגדולה יותר, או על עורקים כלשהם. לאחר מכן האות אמור להתייצב.
אות NIRS מוחי משתנה מאוד עשוי לנבוע מהיפרוונטילציה. הנחו את הנבדק לנשום לאט יותר עם פחות נפח גאות, והעריכו מחדש את האות. בקשו מהנבדקים לנוח לפחות 15 דקות בתנוחת שכיבה, והורו להם לנשום כרגיל תוך שימוש ב-15 נשימות או פחות בדקה.
לפני נטילת קו בסיס, קח דגימות דם. שני דברים שכדאי לזכור הם לא להשתמש בחמשת המיליליטר הראשונים של דם שנשאב, ותמיד לשטוף את הקטטר לאחר כל איסוף באמצעות מי מלח סטריליים. לאורך ציר הזמן של הבדיקה יש לשאוב דגימות דם לפי הצורך.
בדוק שוב את הפונקציונליות ואיכות האות של כל מכשיר לפני שתמשיך. כמו כן, ודא שלא ניתן להסיר אלקטרודות על ידי תנועות לא רצוניות של הנבדק בסוף דום נשימה. בשתי הדקות האחרונות של ההכנה לבדיקת דום נשימה, ספרו לאחור את הזמן מילולית.
לאחר מכן, בקש מהנבדק לציין את שלוש השאיפות האחרונות שלו באצבעותיו. סוף הנשימה האחרונה מסמן את תחילתה של דום נשימה. הקלט נקודת זמן זו במכשיר NIRS.
יש לבצע את דום הנשימה זמן רב ככל האפשר. במהלך המחצית השנייה, תנועות של החזה והבטן שכיחות, ומצביעות על שלב המאבק. סוף דום הנשימה מסומן על ידי ההשראה הראשונה.
הקלט נקודת זמן זו במכשיר NIRS. כדי לעבד את הנתונים מהתקן הצג, פתח את הקובץ השמור במחשב. ראשית, לחץ על סקירה כדי לגשת למוניטור המגמות ובחר כלים, ולאחר מכן על אפשרות במסכת המשנה של התפריט.
במידת הצורך, ניתן לשנות את מרווח הזמן באמצעות מרווח המגמה. כעת, בחר את מגמות המסכה ושמור את הנתונים. השתמש במגמות תוצאה.
txtdata כדי לפתוח אותו בתוכנית גיליון אלקטרוני, שם ניתן לנתח אותו. כדי לעבד את הנתונים ממכשיר ה-NIRS, פתח את התוכנה במחשב וחבר את מכשיר ה-NIRS באמצעות WiFi. לאחר מכן, העבר את הנתונים ממכשיר NIRS ושמור אותם בפורמט CSV כדי לפתוח כגיליון אלקטרוני.
בניתוח, אל תכלול את שלוש ההשראות האחרונות לפני דום נשימה בערכי הבסיס או את 30 השניות הראשונות לאחר ההשראה המקסימלית בתחילת דום הנשימה. במהלך דום נשימה של שש דקות של נבדק אחד, נערכו הקלטות סימולטניות של ריווי חמצן היקפי ו-NIRS. מעניין לציין כי לאחר התחלת דום הנשימה, ירידה בריווי החמצן זוהתה מוקדם יותר על ידי ניטור ריווי חמצן היקפי, בהשוואה לניטור NIRS מוחי.
במחקר של עשרה צוללנים דום נשימה, ערכי NIRS מוחיים ירדו משמעותית מאוחר יותר מערכי הרוויה שנמדדו על ידי אוקסימטריית דופק. אפילו בהשוואה לאוקסימטריית דופק, NIRS היקפי הראה את הרוויה המוקדמת ביותר. לאחר הפעלה מחדש של הנשימה, רוויה חוזרת זוהתה מוקדם יותר באופן משמעותי על ידי NIRS מוחי בהשוואה לרוויה היקפית של O2 שנמדדה על ידי אוקסימטריית דופק.
לא היה עיכוב זמן בולט בין NIRS היקפי לאוקסימטריית דופק. מנקודת מבט אחרת, ערכי דה-רוויה וזמן דום נשימה כולל נורמלו ל -100% לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד למדוד רוויה של O2 בחלקים שונים בגוף. החקירה שלנו חשפה מנגנונים פיזיולוגיים למניעת נזק היפוקסי.
במקרה של דום נשימה, חלוקה מחדש של זרימת הדם עוזרת לשמור על אספקת חמצן מספקת למוח בעוד שהרקמות ההיקפיות כבר מנותקות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה משתמש בצוללנים במצב apnea כדי לדמות היפוקסיה דינמית בבני אדם, תוך התמקדות בשינויים הפיזיולוגיים בקינטיקה של דסטורציה (הורדת רוויות) ורי-סטורציה (החזרת רוויות). כלים לא פולשניים כגון Near-Infrared-Spectroscopy (NIRS) ומדידת רוויית חמצן פריפרית (SpO 2 ) שימשו להערכת שינויים אלו.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- פיזיולוגיה
- מחקר היפוקסיה
רקע
- סימולציית היפוקסיה התבססה באופן מסורתי על שאיפה של תערובות גז היפוקסיות.
- מחקר זה בוחן מודל חדשני המשתמש בצוללנים המבצעים דום נשימה (apneic divers).
- הבנת ההיפוקסיה היא חיונית למניעת נזק מוחי במהלך דום נשימה ממושך.
- למודלים שונים של היפוקסיה עשויות להיות השפעות משתנות על קצב הלב והסירקולציה.
מטרת המחקר
- סימולציה של היפוקסיה והיפרקפניה המושרות על ידי אפנואה בבני אדם.
- התמקדות באפנואה לסירוגין הרלוונטית לדום נשימה בשינה ולמצבי חירום של חסימת נתיבי אוויר.
- חקירת מנגנונים פיזיולוגיים המגנים על המוח מפני נזק היפוקסי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- שימוש בצוללנים בנשימה עצורה ליצירת מודל היפוקסיה דינמי.
- הערכה של קינטיקת דסטורציה (ירידה ברוויית חמצן) ורי-סטורציה (עלייה ברוויית חמצן).
- יישום של ספקטרוסקופיה בבליעת אינפרא-אדום קרוב (NIRS).
- ניטור של רוויית חמצן היקפית (SpO 2 ).
תוצאות עיקריות
- ניתן לדמות היפוקסיה דינמית ביעילות בבני אדם.
- נצפו שינויים פיזיולוגיים בקצב הלב במהלך מודלים שונים של היפוקסיה.
- כלים לא פולשניים סיפקו תובנות בעלות ערך לגבי קינטיקת דסטורציה.
- המודל עשוי לסייע בהבנת ההשפעות של אפניאה על בריאות המוח.
מסקנות
- המחקר מציג מודל רלוונטי מבחינה קלינית לסימולציה של היפוקסיה.
- הבנת ההשפעות של היפוקסיה יכולה לסייע בגיבוש אסטרטגיות טיפוליות.
- למודל זה יישומים פוטנציאליים ברפואת שינה ובטיפול נמרץ.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
סימולציה של היפוקסיה רלוונטית קלינית בבני אדם נותנת מענה לפער קריטי במחקר תרגומי עבור מצבים כגון דום נשימה בשינה וחסימה חריפה של דרכי הנשימה. מודל זה מאפשר חקירה ישירה של מנגנוים פיזיולוגיים המגנים על איברים הרגישים להיפוקסיה, ובכך תומך בביטחון חיזוי בשלבי תיקוף מוקדמים של מטרות טיפוליות. גישה זו משפרת את קבלת ההחלטות בנוגע לתיק הפיתוח על ידי אספקת נתונים רלוונטיים לבני אדם לגבי דינמיקה של חמצון ותגובות פיצוי.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של מסלולים מפצים השומרים על חמצון מוחי במהלך עקה היפוקסית.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי הבהרת המנגנונים העומדים בבסיס הסבילות להיפוקסיה בבני אדם.
- מספק תיקוף תפקודי של מטרות המעורבות בחישוש חמצן ובתגובה כלי דם.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מקל על הכנת מודלים פיזיולוגיים אנושיים מתוקפים עבור בדיקות המשך הקשורות להיפוקסיה.
- מאפשר מדידה הדירה של רוויית חמצן מוחית ופריפרית באמצעות NIRS ומד סטורציה (pulse oximetry).
- תומך בסטנדרטיזציה של פלטים כמותיים לצורך הערכת תרכובות בתוכניות לוויסות היפוקסיה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתיישב עם מערכות רלוונטיות למחלה על ידי מידול היפוקסיה לסירוגין כפי שניתן לראות בחולי דום נשימה בשינה.
- מספק רציפות מנתונים פיזיולוגיים אנושיים לתיקוף פרה-קליני של אסטרטגיות להגנה עצבית.
- מאפשר קבלת החלטות על התקדמות מותאמת סיכונים בהתבסס על קינטיקה של חמצון הרלוונטית לבני אדם.
אינטגרציה של תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
מודל זה משתלב ברצף הגילוי, החל ממחקרים מכניסטיים מוקדמים ועד להערכה פרה-קלינית של התערבויות המכוונות להיפוקסיה.
- ביולוגיה גילויית: תומכת בבדיקת השערות על הפצה מחדש של זרימת דם ואספקת חמצן במהלך היפוקסיה המושרית על ידי דום נשימה.
- סריקה: מספקת מדדים כמותיים הניתנים לשחזור של רוויית חמצן לצורך פיתוח בדיקות.
- אנליטיקה: מאפשרת מדידה מסונכרנת ורב-מודלית של פרמטרים פיזיולוגיים להשוואה חסונה של נתונים.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין תגובות פיזיולוגיות אנושיות להלימה של סמנים ביולוגיים פרה-קליניים במחקר היפוקסיה.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה מודל אנושי רב-פעמי להערכת מכשירים, התערבויות והשערות מנגנוניות בהיפוקסיה.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות הקשורות להיפוקסיה.
- ערך תפעולי: מספק מדידות סטנדרטיות, הניתנות לשחזור ובעלות יכולת הרחבה בין מחקרים שונים.
- ערך אסטרטגי: מספק מידע לקבלת החלטות של go/no-go ומפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים בתוכניות המתמקדות בהיפוקסיה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף נכסים המכוונים להיפוקסיה ולנוירופרוטקציה בגישה מותאמת סיכון.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בניטור פיזיולוגי אנושי ובמידול היפוקסיה.
- נחושה גישה למכשירי NIRS, מדיד סטורציה (pulse oximetry), ECG ומערכות רכישת נתונים מסונכרנות.
- דורש סטנדרטיזציה קפדנית של פרוטוקולי המדידה וניתוח הנתונים בין צוותים שונים.
- ייתכן שיידרש ביצוע התאמות עבור אוכלוסיות נבדקים שונות או מודלים של מחלות.
- מגבלות מעשיות כוללות את בטיחות הנבדקים ואת הצורך בתשתית ניטור ייעודית.
