RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Catherine A. Bellissimo1, Idunn S. Morris2,3,4, Jenna Wong1, Ewan C. Goligher1,2,3,5
1Toronto General Hospital Research Institute, 2Interdepartmental Division of Critical Care Medicine,University of Toronto, 3Department of Physiology, Faculty of Medicine,University of Toronto, 4Deparatment of Intensive Care Medicine,Nepean Hospital, 5Division of Respirology, Department of Medicine,University Health Network
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Grubość i funkcja membrany może być oceniana u zdrowych osób i krytycznie chorych pacjentów za pomocą ultrasonografii przyłóżkowej. Technika ta oferuje dokładną, powtarzalną, wykonalną i dobrze tolerowaną metodę oceny struktury i funkcji membrany.
Przepona jest głównym składnikiem pompy mięśniowej układu oddechowego. Dysfunkcja przepony może powodować duszność i nietolerancję wysiłku oraz predysponuje osoby dotknięte chorobą do niewydolności oddechowej. U pacjentów wentylowanych mechanicznie przepona jest podatna na atrofię i dysfunkcję w wyniku nieużywania i innych mechanizmów. Przyczynia się to do niepowodzenia w odstawieniu od piersi i słabych długoterminowych wyników klinicznych. Ultrasonografia przyłóżkowa zapewnia ważną i powtarzalną metodę oceny grubości membrany i aktywności skurczowej (frakcji pogrubiającej podczas wdechu), która może być z łatwością stosowana zarówno przez klinicystów, jak i badaczy. W tym artykule przedstawiono najlepsze praktyki pomiaru grubości membrany i ilościowego określania pogrubienia membrany podczas oddychania oddechowego lub maksymalnego wdechu. Po opanowaniu technika ta może być stosowana do diagnozowania i prognozowania dysfunkcji przepony oraz kierowania i monitorowania odpowiedzi na leczenie w czasie zarówno u osób zdrowych, jak i pacjentów z ostrymi lub przewlekłymi chorobami.
Ultradźwięki odnoszą się do fal dźwiękowych wykraczających poza górne granice słyszalności ludzkiego słuchu. Ultradźwięki mają wiele zastosowań poza opieką zdrowotną, z których najbardziej znanym jest prawdopodobnie opracowanie SONAR (nawigacji dźwiękowej i zasięgu) do użytku wojskowego podczas I wojny światowej1; Ultradźwięki są obecnie rutynowo stosowane w diagnostyce medycznej i terapii. Ultrasonografia medyczna lub ultrasonografia diagnostyczna wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości (>20 kHz) do dostarczania obrazów struktur tkanek miękkich w ciele. Te fale dźwiękowe są pulsowane z częstotliwością od 1 do 20 milionów cykli/s (megaherców, MHz), które mogą być przesyłane do organizmu w celu zbadania struktur anatomicznych, takich jak wątroba, serce i mięśnie szkieletowe. Ultrasonografia przyłóżkowa coraz częściej staje się podstawą oceny i leczenia chorób krytycznych.
Pierwsze zastosowanie ultradźwięków w medycynie miało miejsce w latach czterdziestych XX wieku przez dr Karla Dussika, który próbował zlokalizować guzy mózgu, mierząc transmisję wiązek ultradźwiękowych przez głowę2. Wraz z postępem technologicznym opracowano nowe techniki, w tym tryb amplitudy (tryb A) i tryb jasności (tryb B)3, a następnie w 1960 roku opracowano skanery dwuwymiarowe4,5. Dziedzina ultrasonografii diagnostycznej stała się nieoceniona w praktyce klinicznej, ponieważ pozwala uniknąć narażenia na promieniowanie jonizujące i może być uzyskana przy łóżku pacjenta, unikając konieczności transportu wewnątrzszpitalnego z powiązanym ryzykiem. Ultradźwięki są bezpieczne, dobrze tolerowane, niezawodne i powtarzalne u pacjentów6,7.
Membrana to cienka, kopułkowata struktura mięśniowa, która działa jak główna pompa oddechowa napędzająca spontaniczną wentylację u ludzi. Przepona oddziela jamę piersiową i brzuszną i składa się z trzech oddzielnych segmentów: ścięgna centralnego, przepony żebrowej i przepony podudzia (
Przezklatkowe badanie ultrasonograficzne przepony zyskuje coraz większą uwagę ze względu na swoją zdolność do monitorowania grubości membrany w strefie przystawienia (Rysunek 1)11,12,13. Przepona została po raz pierwszy uwidoczniona za pomocą ultradźwięków w 1975 roku przez Habera i wsp.14. Kurczliwość przepony i skrócenie mięśni podczas wdechu można określić ilościowo za pomocą ultradźwięków w trybie M do monitorowania grubości membrany (Tdi) i frakcji pogrubienia (TFdi). Ta ocena kurczliwości stanowi miarę wydolności mięśniowej przepony przy danym poziomie napędu wdechowego i wysiłku. Ultrasonografia przyłóżkowa zapewnia bezpieczne, powtarzalne i wiarygodne pomiary funkcji i architektury membrany. U pacjentów wentylowanych mechanicznie zmiany grubości przepony w czasie można wykorzystać do oceny negatywnych skutków wentylacji mechanicznej, w tym skutków miotraumy spowodowanej nadmierną pomocą (atrofia; zmniejszająca się grubość końcowo-wydechowa w czasie) lub niedostateczną pomocą (uraz wywołany obciążeniem prowadzący do stanu zapalnego, obrzęku; prawdopodobnie reprezentowany przez zwiększającą się grubość końcowo-wydechową w czasie)15. Zmiany te są skorelowane z niekorzystnymi wynikami klinicznymi16. Pomiar TFdi podczas oddychania oddechowego pozwala na ocenę aktywności przepony oddechowej (tj. wysiłku wdechowego). Pomiar TFdi podczas maksymalnego wysiłku wdechowego (TFdi,max) zapewnia ocenę wytrzymałości membrany (ponieważ zdolność membrany do generowania siły jest związana z jej zdolnością do kurczenia się i skracania).
Istnieje zasadniczy konsensus co do optymalnego protokołu do pozyskiwania i analizowania pomiarów17. Kompetencja w obrazowaniu ultrasonograficznym membrany wymaga umiarkowanie stromej krzywej uczenia się; Niezbędne jest dokładne przeszkolenie w zakresie techniki i jej potencjalnych pułapek. Badania wykazały, że biegłość w ultrasonografii membranowej można zdobyć w krótkim czasie dzięki zdalnemu szkoleniu internetowemu18. Dlatego protokół ten został zoptymalizowany, aby zapewnić spójny pomiar grubości membrany i frakcji pogrubienia, który można zastosować zarówno u osób zdrowych, jak i pacjentów z podejrzeniem patologii układu oddechowego19
Badania wykorzystujące tę technikę otrzymały zgodę etyczną od Rady ds. Etyki Badań przy University Health Network, Toronto, Kanada.
1. Ocena grubości membrany i frakcji pogrubienia podczas oddychania oddechowego


Rysunek 1: Przegląd anatomii przepony i umiejscowienia sondy ultradźwiękowej. (A) Struktury anatomiczne dla ultrasonografii przepony żebrowej. Przepona składa się ze ścięgna centralnego, przepony żebrowej i przepony podudzi. (B,C) Aby uwidocznić przeponę żebrową w strefie przystawienia w badaniu ultrasonograficznym, pacjenta umieszcza się w pozycji półleżącej i znajduje się ósma, dziewiąta lub dziesiątaprzestrzeń międzyżebrowa. Sonda ultradźwiękowa o wysokiej częstotliwości (>12 MHz) z matrycą liniową jest umieszczona równolegle do żeber w przestrzeni międzyżebrowej wzdłuż linii środkowej pachy, aby uwidocznić przeponę żebrową jako przekrój poprzeczny. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Tabela 1: Częste problemy w ultrasonografii przezprzeponowej Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.
2. Ocena maksymalnej frakcji pogrubienia membrany
UWAGA: Maksymalna frakcja pogrubienia membrany może być oceniona podczas tej samej sesji doświadczalnej co grubość membrany.


Rysunek 3: Przykłady minimalnej i maksymalnej frakcji pogrubienia membrany. (A) Grubość membrany ultradźwiękowej (Tdi) i frakcja pogrubiająca (TFdi) zostały zmierzone w obecności minimalnego skurczu przepony. W razie potrzeby wyreguluj prędkość zamiatania; dwa oddechy są używane do oceny TFdi. W przypadku braku wyraźnej grubości wdechu szczytu, czas wysiłku wdechowego określa się klinicznie przy łóżku pacjenta. TFdi jest tutaj obliczane jako 11%, ale zostanie uśrednione dla kolejnych dwóch oddechów (w sumie czterech oddechów uchwyconych na dwóch obrazach). (B) Maksymalna frakcja pogrubienia przepony mierzona podczas maksymalnych wysiłków wdechowych (TFdi,max) jest stymulowana albo przez trenowanie pacjenta w celu podejmowania maksymalnych wysiłków wolicjonalnych, albo zgodnie z mauverem Mariniego, jeśli pacjent nie jest w stanie być trenowany i występuje P0,1 >2 cm H2O. TFdi,max oblicza się tutaj jako 208%, jednak największa wartość uzyskana po kilku (co najmniej trzech) próbach zostanie zapisana jako TFdi,max. Istnieje wyraźna różnica w TFdi i Tdi podczas maksymalnego wdechu (B) w porównaniu z minimalnym wysiłkiem wdechowym (A). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Zgodnie z tym protokołem, grubość membrany i frakcja pogrubienia mogą być mierzone jako nieinwazyjne i powtarzalne sposoby oceny struktury i funkcji membrany. Pomiary można wykonywać przy łóżku pacjenta i zapisywać w celu analizy w trybie offline. Pomiary te można uzyskiwać wielokrotnie w czasie, aby ocenić zmiany w strukturze i funkcji membrany w ujęciu wzdłużnym.
U zdrowych dorosłych, spoczynkowa grubość membrany wydechowej może wynosić od 1,5 mm do 5,0 mm, w zależności od wzrostu, płci i pozycji sondy21. U zdrowych osób dorosłych oddychających w spoczynku TFdi oddechowe zwykle waha się między 15%-30%. Podczas maksymalnych wysiłków wdechowych TFdi,max zazwyczaj waha się między 30% a 130%13,21,22. Maksymalne TFdi <20% to diagnostyka ciężkiej dysfunkcji membrany13,21. Tabela 2 podsumowuje grubość membrany i frakcję pogrubienia w stanie krytycznym w stanie
krytycznym.Tabela 2: Wartości referencyjne dla grubości membrany i frakcji pogrubienia11,13,19,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.
U krytycznie chorych pacjentów otrzymujących inwazyjną wentylację mechaniczną, wyjściowa grubość membrany mierzona na początku niewydolności oddechowej jest skorelowana z wynikiem klinicznym (wyższa wartość wyjściowa Tdi przewiduje niższą śmiertelność i szybsze uwolnienie od wentylacji mechanicznej). U tych pacjentów dalsza ewolucja Tdi w czasie różni się znacznie u poszczególnych pacjentów. U około 40%-50% pacjentów rozwija się atrofia (spadek Tdi w stosunku do wartości wyjściowej o ponad 10%) w ciągu pierwszego tygodnia wentylacji mechanicznej15. Niewielka podgrupa pacjentów wykazuje szybki wczesny wzrost Tdi przekraczający 10% wartości wyjściowej, co może wskazywać na uraz, stan zapalny lub obrzęk mięśni (ale nie przerost mięśni, ponieważ przerost trwa tygodnie, zanim wystąpi). TFdi,max <30% przewiduje wyższe ryzyko nieudanego odzwyczajenia od wentylacji mechanicznej23.
W przykładzie pokazanym w Rysunek 2A, grubość membrany w pierwszym oddechu (na żółto) wynosiła 1,20 mm na końcu wydechu i 1,51 mm na szczytowym wdechu. Frakcję zagęszczającą można następnie obliczyć za pomocą poniższego wzoru i wyrazić w procentach.



Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Grubość i funkcja membrany może być oceniana u zdrowych osób i krytycznie chorych pacjentów za pomocą ultrasonografii przyłóżkowej. Technika ta oferuje dokładną, powtarzalną, wykonalną i dobrze tolerowaną metodę oceny struktury i funkcji membrany.
| Przetwornik liniowy 10-15 MHz | Philips | L12-4 | Można użyć dowolnego przetwornika liniowego 10-15MHz |
| Dowolne oprogramowanie przeglądarki DICOM Przykład: Przeglądarka MicroDicom DICOM | MicroDicom | Bezpłatne oprogramowanie do analizy zastosowań niekomercyjnych: https://www.microdicom.com/company.html | |
| Aplikacja ultrasonograficzna Lumify | Philips | Inne systemy będą korzystać z własnego oprogramowania | |
| System ultrasonograficzny Lumify | Philips | Można użyć dowolnego systemu ultrasonograficznego | |
| Marker bezpieczny dla skóry | Viscot | 1450XL | Służy do oznaczania lokalizacji sondy |
| Żel ultradźwiękowy | Długość fali | NTPC201X | Można użyć dowolnego żelu do ultradźwięków |