방법 논문

임상 환경에서 수면 방해를 최소화하기 위한 through-the-wall 혈액 샘플링 방법

DOI:

10.3791/67530

⸱

2025년 6월 13일

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Human Performance Clinical Research Laboratory, Department of Health and Exercise Science, Colorado State University, 2Anschutz Health and Wellness Center, University of Colorado Anschutz Medical Campus

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

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여기에서는 임상 환경에서 수면 중 혈액을 샘플링하는 벽을 통한 최소 침습적 방법을 제시합니다.

초록

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일주일 리듬과 일주기 리듬을 포함한 생리적 리듬은 건강에 중요한 역할을 하며, 교란은 점점 더 심혈관 질환 및 제2형 당뇨병과 관련이 있습니다. 이러한 리듬은 수면-각성 주기와 밀접한 관련이 있는데, 수면 시간이나 지속 시간의 변화는 주간 및 일주기 리듬을 변경하여 생리적 항상성을 방해할 수 있기 때문입니다. 음식 섭취 및/또는 신체 활동과 같은 행동의 타이밍과 같은 추가 요인은 건강을 지원하거나 만성 질환 위험을 촉진하는 방식으로 24시간 리듬을 조절할 수 있습니다.

생물학적 리듬의 중요성에 대한 인식이 높아지고 있음에도 불구하고, 순환 인자의 패턴을 밝히는 데 필요한 연속 혈액 샘플을 얻는 것은 임상 연구에서 중요한 과제로 남아 있습니다. 일상적인 채혈 방법은 수면을 방해할 수 있으며, 잠재적으로 수면과 생체 리듬을 변경하고 결과적으로 관심 변수에 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 수면이나 생물학적 리듬을 방해하지 않고 24시간 생물학적 과정을 평가할 수 있는 최소 침습적 접근 방식의 필요성을 강조합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 많은 임상 및 연구 그룹은 "through-the-wall" 혈액 샘플링 방법으로 알려진 기술을 사용합니다. 이 접근 방식은 내주 카테터에 연결된 확장 튜브를 사용하여 벽이나 칸막이를 통해 참가자의 방 외부 위치로 나사산을 연결합니다. 이 방법은 방에 들어가지 않고도 혈액 채취를 가능하게 함으로써 방해를 최소화하여 관심 순환 변수의 24시간 프로필의 무결성을 보존하고 수면을 최소화합니다.

여기에서는 벽을 통한 혈액 채취 방법에 대한 자세한 설명을 제공하고 예정된 수면 기회 동안 혈액 샘플을 채취하는 타당성과 효능을 입증합니다. 임상 연구의 대표적인 데이터를 제시하고, 어려운 채혈이 수면 구조에 미치는 영향을 포함한 추가 고려 사항에 대해 논의합니다.

서론

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일주 및 일주기 리듬은 24시간 동안 생리적, 신진대사적, 행동적 과정의 조절에 관여하는 생물학적 주기입니다. 일주일 리듬은 낮/밤 주기를 따르는 생물학적 패턴이며 환경적 또는 행동적 단서에 의해 주도됩니다. 대조적으로, 일주기 리듬은 외부 신호와 무관하게 분자 시계의 내재적 네트워크에 의해 구동되는 생물학에서 거의 24시간 주기에 가깝습니다(참고: 일주기 시계에 대한 자세한 설명은 이 기사의 범위를 벗어납니다. 관심 있는 독자는 추가 정보는 Cox et al.1, 임상 일주기 프로토콜에 대한 논의는 Broussard et al.2를 참조하십시오). 일주일 리듬과 일주기 리듬은 모두 건강에 중요한 역할을 하며, 이러한 장애는 심혈관 질환 및 제2형 당뇨병 발병 위험 증가와 관련이 있습니다 3,4. 이러한 이해는 통제된 실험실 조건에서 시계열 측정과 관련된 수십 년간의 연구에 뿌리를 두고 있습니다. 이러한 연구의 결과는 생물학적 과정에 대한 내인성 일주기 영향과 외부 환경 또는 행동적 영향, 그리고 생리적 항상성을 유지하는 데 있어 그 역할을 구별하는 데 도움이 되었습니다 2,5. 이 연구는 수면과 행동의 일주기 시간이 건강 관련 결과에 미치는 영향을 조사하는 최근의 중개 연구의 토대를 마련했습니다 6,7,8,9.

호르몬과 대사 인자는 뚜렷한 24시간 진동을 나타냅니다. 예를 들어, 멜라토닌은 생물학적 밤 동안 상승하고 생물학적 일 동안 낮게 유지됩니다10. 이와는 대조적으로, 코르티솔 리듬은 생물학적 밤의 초기에 억제된 후, 잠에서 깨어나기 전에 급증하는 것이 특징이며11, 이는 수면 부족12 동안 바뀝니다. 갑상선 자극 호르몬(TSH)은 생물학적 저녁에 상승하고 수면 중에는 억제됩니다13. 수면 부족 중에는 TSH 리듬이 방해를 받아 생물학적 밤 동안 TSH 수치가 증가합니다14. 몇 가지 다른 순환 요인의 리듬 패턴은 수면-각성 주기에 의해 유사하게 영향을 받습니다. 예를 들어, 성장 호르몬(GH) 분비는 서파 수면(SWS)과 밀접한 관련이 있으며, 특히 남성의 경우 수면 시작 직후 뚜렷하게 방출됩니다15. 또한, 수면 중 글루카곤 증가와 함께 GH 분비는 장기간의 야간 금식을 수용하는 데 도움이 되며, 포도당 이용을 줄여 안정적인 혈당 수치를 유지하고 저혈당증을 예방할 수 있다16. 프로락틴은 GH와 유사한 패턴으로, 수면 시작 후 급격히 증가하다가 수면 기간 중반에 최고조에 달하며, 낮잠 시간에도 유사한 상승이 발생한다17,18. 24시간 리듬을 나타내는 추가 순환 인자에는 부신피질자극 호르몬, 황체 형성 호르몬, 포도당 및 인슐린이 포함됩니다(보다 포괄적인 요약은 Hanlon et al.5 참조).

배고픔, 식욕 조절 및 에너지 균형과 관련된 많은 순환 요인도 24시간 동안 변동을 보입니다. 배고픔을 자극하는 그렐린은 식사 전에 최고조에 달하고 야행성 수면 기간 동안 감소하는 반면, 포만감 호르몬인 렙틴은 밤에 증가하여 밤새 단식 기간 동안 배고픔을 억제하는 것으로 보인다19. 유리 지방산, 엔도칸나비노이드, GLP-1 및 PYY와 같은 포만감 펩타이드와 같은 다른 대사 신호는 수면과 식사 패턴의 영향을 받는 변화를 나타냅니다 19,20,21,22.

종합하면, 위에서 설명한 진동은 수면, 일주기 과정 및 생리적 항상성 간의 복잡한 상호 작용을 보여주며, 이는 관련 생리학적 변수의 24시간 순환 패턴을 프로파일링해야만 완전히 이해할 수 있습니다.

순환 요인의 24시간 리듬을 밝히는 것은 생리적 기능의 일일 변동과 수면 및 일주기 장애가 건강에 미치는 영향을 이해하는 데 필수적입니다. 그러나 기존의 혈액 샘플링 방법은 이러한 리듬을 구동하고 조절하는 과정을 방해할 수 있으며,23 이는 24시간 프로파일에 대한 정확한 통찰력을 제공하는 최소 침습적 접근법의 필요성을 강조합니다.

따라서 이 방법 기사의 목표는 벽을 통한 혈액 샘플링 기술을 사용하여 인간 연구 참가자로부터 24시간 이상 빈번한 혈액 샘플을 안정적으로 얻는 데 관련된 단계를 충분히 자세히 설명하는 것입니다. 많은 수면 및 일주기 실험실에서 사용하는 기술 20,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36는 수면 중 혈액 샘플을 수집하는 것과 관련된 기술적 문제를 해결합니다. 다음 섹션에서는 기술 자체에 대해 추가 비디오 데모와 함께 설명합니다. 또한 이 방법을 활용한 임상 연구의 대표적인 데이터를 제시합니다. 마지막으로, 이 기사는 임상 연구에서 이 방법을 사용하는 데 따른 제한 사항, 함정 및 중요한 고려 사항에 대한 논의로 마무리됩니다.

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프로토콜

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이 백서에 설명된 방법은 현재 Colorado State University의 Institutional Review Board와 Colorado Multiple Institutional Review Board에서 승인한 프로토콜에 사용됩니다. 대표 데이터는 참여 전에 서면 동의서를 얻은 연구에서 도출되었습니다. 사용된 모든 소모품 및 장비는 재료 표에 나열되어 있습니다. 추가 방법 고려 사항은 설명에 나와 있습니다.

1. 연장선의 설치 및 부착

알림: 임상 절차를 수행하기 전에 최소 70%의 이소프로필 알코올이 함유된 용액을 사용하여 적절한 손 위생을 수행해야 합니다. 장갑, 실험복, 발가락이 막힌 신발을 포함하되 이에 국한되지 않는 개인 보호 장비(PPE)는 항상 착용해야 합니다.

  1. 벽을 통한 샘플링을 위한 설정(그림 1)
    1. 참가자실 밖에서 채혈 스테이션에 일회용 흡수 패드, 3방향 스톱콕 밸브, 120인치 연장선, 10mL 식염수 플러시 주사기, 보온 장치용 10mL 식염수 플러시 주사기, 폐기물용 5mL 주사기, 채혈용 3mL 주사기(채혈량에 따라 크기가 달라질 수 있음), 및 생물학적 위험 폐기물 용기. 모든 소모품은 재료 표에 나열되어 있습니다.
  2. 벽을 통한 샘플링을 위해 연장선을 부착합니다.
    1. 일회용 흡수 패드에서 연장선의 암 Luer 잠금 쪽에 3방향 스톱콕을 부착합니다.
      알림: 스톱콕의 노출된 끝이 표면(장갑 낀 손 포함)에 닿지 않도록 하십시오. 오염된 경우 마개를 교체하여 멸균을 보장하십시오.
    2. 10mL 식염수 플러시와 3mL 샘플 주사기(밀봉이 파손된 상태)를 마개에 놓습니다.
      알림: 스톱콕이 연장선에 부착되면 나머지 2개의 스톱콕 부착 부위는 동일합니다. 그러므로, 식염수 세척 및 샘플 주사기는 남아 있는 마개 부착물 중 하나에 놓일 수 있습니다. 밀봉을 해제하는 것은 주사기가 참가자에게 부착되기 전에 주사기 플런저를 뒤로 당겨 해제하는 것을 의미하며, 밀봉 파손으로 인한 급성 음압으로 인해 혈관이 손상되지 않도록 합니다.
    3. 마개의 OFF 탭을 비틀어 연장선이 3mL 샘플 주사기에 닫히도록 합니다. 이렇게 하면 마개가 열리고 10mL 식염수가 플러시됩니다.
    4. 연장선을 통해 식염수를 밀어 넣습니다. 식염수가 라인 끝에 도달하면 조심스럽게 캡을 제거하고 식염수가 컵 및/또는 흡수 패드에 떨어지도록 하여 라인이 식염수로 완전히 채워지도록 합니다. 이제 프라이밍된 연장선 끝에 캡을 다시 부착합니다.
    5. 스톱콕의 OFF 탭을 비틀어 라인이 두 주사기에 닫히도록 합니다. 마개에 부착된 주사기는 그대로 두십시오.
      참고: 라인의 최대 부피는 3.4mL입니다.
    6. 벽면 포트를 통해 연장선의 캡이 있는 끝을 참가자 방으로 공급합니다. 라인을 멸균 상태로 유지하기 위해 캡이 제자리에 남아 있는지 확인하십시오.
    7. 참가자의 회의실로 이동하여 참가자에게 내선선을 부착합니다. 연장선의 말단부와 IV 확장 세트(참가자와 연결됨)의 부착 부위를 멸균 알코올 준비 패드로 청소합니다.
    8. 연장선의 캡을 제거하고 연장선을 IV 확장 세트(참가자에 연결됨)에 연결합니다.
    9. 연장선이 IV에 연결되면 대기실로 돌아갑니다.
      1. 마개에서 사용한 식염수 플러시를 제거하여 버리고 예열된 10mL 식염수 플러시를 부착합니다. 스톱콕의 OFF 탭을 비틀어 샘플 주사기에 대한 라인을 닫습니다. 이렇게 하면 마개가 열리고 새로운 10mL 식염수 플러시가 발생합니다.
      2. 누출이 없는지 확인하기 위해 식염수를 연장선에 밀어 넣고 IV는 여전히 특허입니다. 스톱콕의 OFF 탭을 비틀어 라인이 두 주사기에 닫히도록 합니다.
        알림: 식염수 세척은 인체 온도(37°C/98.6°F)를 초과해서는 안 됩니다. 온난화 장치에 놓인 온도계를 사용하여 식염수 온도를 확인하십시오. 확장 라인의 부피는 3.4mL +이고 IV 확장 세트의 부피는 1mL이므로 전체 라인을 세척하려면 최소 4.4mL의 식염수가 필요합니다.
    10. 스톱콕의 OFF 탭을 비틀면서 식염수를 천천히 밀어 두 주사기의 라인을 닫습니다. 이렇게 하면 연장선의 압력이 유지되고 혈액의 역류가 최소화됩니다.
    11. 연장선이 성공적으로 설정되면 참가자의 방으로 돌아가 IV 확장 세트를 자체 접착성 탄성 붕대로 감싸 수면 중에 당겨지지 않도록 합니다. 연장선을 테이프로 침대 프레임에 고정합니다.
    12. 참가자와 수면 선호도(예: 옆으로 자는 사람, 똑바로 누워 자는 사람 등)에 대해 논의하고 수면 중 자유롭게 움직일 수 있도록 여분의 튜브를 제공합니다. 참가자에게 동작 범위를 테스트하도록 요청합니다.
      참고: 참가자에게 화장실을 사용하기 위해 연장선을 분리하기 위해 직원 지원을 요청해야 한다는 점을 상기시키는 것이 중요합니다.

2. 연장선을 통해서 혈액 표본 추출

  1. 혈액 샘플 채취.
    1. 채혈하기 전에 연장선에 여전히 식염수가 주입되어 있는지 확인하고 스톱콕의 OFF 탭이 꼬여 라인이 양쪽 주사기에 닫혀 있는지 확인하십시오.
      1. 연장선에서 혈액이 보이면 최소 4.4mL의 따뜻한 식염수를 세척하여 연장선과 IV 연장 세트의 혈액을 제거합니다.
    2. 마개에 5mL 주사기 1개(폐기물 주사기) 1개와 3mL 주사기 1개(샘플 주사기)를 부착합니다. 마개의 OFF 탭을 돌려 5mL 주사기(폐주사기)의 연장선을 엽니다.
      참고: 혈액 샘플을 채취하기 전에 연장선의 식염수와 IV 확장 세트로 구성된 "폐기물" 주사기를 뽑아 폐기해야 합니다.
    3. 전혈이 주사기에 들어가기 시작할 때까지 5mL 주사기로 뽑습니다(최소 4.4mL의 배설물 다음).
      알림: 폐주사기에 있는 액체의 색은 투명하게 시작하여 분홍색으로 시작하여 연장선이 전혈로 채워지면 마지막으로 짙은 빨간색으로 이어집니다.
    4. 5mL 주사기에 전혈이 보이면 스톱콕의 OFF 탭을 비틀어 5mL 폐주사기의 라인을 닫습니다.
    5. 3mL 주사기로 원하는 양의 혈액을 뽑습니다. 스톱콕의 OFF 탭을 비틀어 양쪽 주사기의 연장선을 닫습니다.
      알림: 혈액 응고 위험을 줄이기 위해 혈액이 연장선에 5분 이상 남아 있으면 안 됩니다. 채혈이 느린 경우 여러 개의 작은 샘플링 주사기를 사용하여 정맥에 가해지는 압력을 줄일 수 있습니다. 채혈 시간을 결정하기 위해 타이머를 설정합니다. 5분에 혈액 응고를 방지하기 위해 라인을 세척합니다. 새로운 추첨을 시도하거나 추첨을 건너뛸 수 있습니다. 일부 프로토콜은 혈액 손실을 최소화하기 위해 폐주사기를 다시 주입하는 것과 같은 혈액 보존 기술을 통합하지만 이 프로토콜은 그러한 조치를 구현하지 않습니다.
    6. 5mL 폐주사기를 제거하고 따뜻한 10mL 식염수 세척제로 교체합니다.
    7. 스톱콕의 OFF 탭을 돌려 빈 3mL 주사기의 라인을 닫습니다. 이렇게 하면 식염수 플러시 라인이 열립니다.
    8. 가열된 식염수를 최대 10mL까지 밀어 연장선에 혈액이 남지 않도록 합니다.
    9. 스톱콕의 OFF 탭을 비틀어 두 주사기의 라인을 닫습니다.
      1. 스톱콕의 OFF 탭을 비틀면서 식염수를 천천히 밀어 두 주사기의 라인을 닫습니다. 이렇게 하면 연장선의 압력이 유지되고 혈액의 역류가 최소화됩니다.
      2. 주사기에 남아 있는 식염수를 사용하여 마개를 통해 빈 3mL 주사기로 씻어냅니다. 식염수 주사기를 제거하고 3mL 주사기를 뒤로 당겨 마개에 남아 있는 액체를 제거하여 식염수의 마개를 더 제거합니다.
    10. 다음 추첨을 준비하기 위해 모든 주사기를 교체하십시오.
      알림: 주사기가 부착되지 않은 상태로 마개 포트를 두면 무균성이 손상되므로 두지 마십시오.

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결과

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수면 중 벽을 통한 혈액 샘플링을 사용하는 24시간 멜라토닌
위에서 설명한 방법을 사용하면 단일 시점 샘플에서 놓칠 수 있는 순환 요인의 24시간 패턴을 평가할 수 있습니다. 벽을 통한 혈액 샘플링으로 자주 측정되는 호르몬인 멜라토닌은 전방 시상하부의 시교차상핵(SCN)에 있는 중앙 생체 시계의 리듬을 평가하기 위해 가장 널리 받아들여지는 대리물 역할을 합니다. 인간은 SCN에 직접 접근하는 것이 불가능하기 때문에, 멜라토닌은 일주기 타이밍을 모니터링하는 간접적이지만 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다37. 그림 2 는 대표적인 연구 참가자의 24시간 혈장 멜라토닌 프로파일을 희미한 조명 조건(<5lux)에서 측정한 것입니다. 멜라토닌 수치는 생물학적 저녁에 상승하기 시작하고 생물학적 아침에 감소합니다. 멜라토닌의 초기 상승은 희미한 빛 멜라...

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토론

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여기에 제시된 벽을 통한 혈액 채취 방법은 참가자의 방해를 최소화하면서 수면 중 혈액을 수집하기 위해 수면 및 일주기 연구에서 널리 사용됩니다. 연장선의 준비, 설정 및 사용을 포함하여 설명된 절차는 임상 및 연구 환경 모두에서 광범위하게 적용됩니다. 이 기술을 사용함으로써 연구원들은 예정된 수면 시간을 포함하여 24시간 동안 혈액 샘플을 성공적으로 얻을 수 있습니다. 또한, 수면다원검사(PSG)는 이상적인 조건에서 이 접근 방식이 채혈 중 최소한의 각성을 유도하고 거의 70%의 성공률을 달성한다는 것을 확인합니다. 더욱이, 이 방법은 혈전 형성을 방지하기 위해 응고 인자를 억제하기 위해 빈번한 샘플링에 일반적으로 사용되는 헤파린 식염수의 사용을 필요로 하지 않습니다40. 헤파린은 또한 지단백질 리파아제를 활성화하여 혈장 지방 분해 활성을 향상시켜 혈장 지질 수치41,42

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공개 사항

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저자는 설명할 것이 없습니다.

감사의 글

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이 연구는 GSM 및 R01DK125653에 대한 T32HL149646와 JLB에 대한 R01HL168081의 일부 지원을 받았습니다. 또한 Colorado Clinical & Translational Sciences Institute(CCTSI)와 University of Colorado Anschutz Medical Campus Clinical Translational Research Center의 전문 연구 간호사인 Stephanie Laing RN, BSN에게 이 원고의 최종 버전에 대한 방법을 검토하고 통찰력과 편집을 제공해 준 것에 대해 감사드립니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
9인치 스탠다드 보어 IV 확장 세트, 1 mL 프라이밍 부피, 탈착식 스마트사이트 바늘 없는 커넥터, 슬라이드 클램프 및 스핀 수컷 루어 락메드라인IME22059EH
0.9% 염화나트륨 주입 USP 10 mL, 10 mL 플러시 주사기 ZR엑셀시어 메디컬EMZE010001
알코올 준비 패드메드라인MDS090737
BD Insyte 오토가드 윙드 20G 카테터메드라인381534
BD 플라스티팍 3 mL 주사기피셔 사이언티브309657
코플렉스NL메드라인5200CP
IV 연장 세트 192인치, 소구경 튜빙중환자실 의료B2202물품을 주문하려면 ICU 메디컬에 계정을 만들어야 합니다
부직포 거즈 스펀지메드라인NON25223
테가덤메드라인1624W
울트라(TM) 3방향 스톡콕/스위블 수컷 루어 락메드라인MX2311L

참고문헌

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