Model symulujący klinicznie istotną hipoksję u ludzi
22 grudnia 2016
Symulacja niedotlenienia u ludzi zazwyczaj była przeprowadzana poprzez wdychanie mieszanin gazów hipoksycznych. W tym badaniu wykorzystano nurków z bezdechem do symulacji dynamicznej hipoksji u ludzi. Ponadto fizjologiczne zmiany w kinetyce desaturacji i ponownego nasycenia oceniano za pomocą nieinwazyjnych narzędzi, takich jak spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIRS) i nasycenie natlenieniem obwodowym (SpO2).
Ogólnym celem tego modelu jest symulacja niedotlenienia i hiperkapnii spowodowanej bezdechem w modelu ludzkim, ze szczególnym uwzględnieniem przerywanego bezdechu, który występuje podczas bezdechu sennego, oraz sytuacji awaryjnych, takich jak niedrożność dróg oddechowych. Model ten może pomóc w zrozumieniu mechanizmów fizjologicznych pozwalających uniknąć niedotlenienia mózgu pomimo przedłużającego się bezdechu. Główną zaletą tego dynamicznego modelu jest to, że możemy symulować klinicznie istotną hipoksję u ludzi.
Niedotlenienie zależne od bezdechu często zmniejsza częstość akcji serca. Niedotlenienie spowodowane obniżonym poziomem tlenu i wdychanym powietrzem zwiększa częstość akcji serca. W ten sposób różne modele niedotlenienia wywołują przeciwstawne efekty w krążeniu.
Nasz powtarzalny model pozwala nam badać różne urządzenia techniczne. Daje nam to możliwość skupienia się na różnych fizjologicznych aspektach bezdechu bez zmiany konfiguracji lub modelu. Przed przymocowaniem elektrod do obiektu wyczyść punkty mocowania za pomocą 70% alkoholu.
Teraz umieść elektrodę NIRS na czołowym biegunowym dwóch miejscach po prawej stronie czoła, powyżej brwi i po prawej stronie bruzdy strzałkowej. Użyj drugiej elektrody, aby zmierzyć natlenienie tkanek obwodowych. Umieść go po wewnętrznej stronie dolnego ramienia.
Unikaj umieszczania tej elektrody nad splotem żylnym lub tętnicą. Nasycenie powinno być większe niż 80%Przed obliczeniem wartości natlenienia tkanek mózgowych poczekaj, aż sygnał NIRS pokaże zmianę 3% lub mniej przez co najmniej pięć minut. Podobnie poczekaj, aż sygnał obwodowego poziomu tlenu ustabilizuje się.
Następnie umieść elektrody EKG na klatce piersiowej, gdzie nie ma włosów. Umieść przewód R na głowie mostkowo-żebrowej mięśnia piersiowego większego po prawej stronie. Umieść L-lead na głowie mostkowo-żebrowej mięśnia piersiowego większego po lewej stronie.
Umieść przewód C na piątej przestrzeni międzyżebrowej pośrodku przyśrodkowej linii obojczyka. Umieść przewód F na lewej dolnej krawędzi żebra i umieść przewód N na prawej dolnej krawędzi żebra. Teraz zmierz pulsoksymetrię obwodową z opuszka palca na tej samej kończynie, która służy do pomiaru natlenienia tkanek obwodowych.
Następnie zmierz nieinwazyjne ciśnienie krwi za pomocą mankietu do pomiaru ciśnienia krwi na przeciwległym kończynie od pomiaru pulsoksymetrii obwodowej. W ustawieniach programowalnych wybierz interwał jednominutowy i wybierz NIBP. Co najmniej 20 minut przed bezdechem należy założyć linię dożylną do przyśrodkowej żyły łokciowej na prawym lub lewym ramieniu w celu pobrania próbek krwi w trakcie i po bezdechu.
Przed rozpoczęciem zsynchronizuj wewnętrzne zegary urządzeń monitorujących, aby pomiary były zsynchronizowane. Następnie wyślij sieciowy z komputera do urządzenia monitorującego. Podłącz go do stacji dokującej.
Następnie zaprogramuj odpowiednie ustawienia sieciowe, a oprogramowanie będzie mogło sterować urządzeniem i zapisywać dane. Ustaw monitor tak, aby dane nie były widoczne dla fotografowanej osoby. Sprawdź sygnały z elektrod NIRS.
Jeśli któryś z nich jest zbyt niekonsekwentny, zmień położenie elektrody. Pamiętaj, aby unikać umieszczania elektrody nad większym splotem żylnym lub jakimikolwiek tętnicami. Sygnał powinien się wtedy ustabilizować.
Bardzo zmienny sygnał mózgowy NIRS może być spowodowany hiperwentylacją. Poinstruuj badanego, aby oddychał wolniej przy mniejszej objętości oddechowej i ponownie oceń sygnał. Poproś badanych, aby odpoczywali przez co najmniej 15 minut w pozycji leżącej i poinstruuj ich, aby oddychali normalnie, używając 15 lub mniej oddechów na minutę.
Przed pobraniem linii bazowej pobierz próbki krwi. Dwie rzeczy, o których należy pamiętać, to nie używać pierwszych pięciu mililitrów pobranej krwi i zawsze przepłukiwać cewnik po każdym pobraniu sterylnym roztworem soli fizjologicznej. Przez cały czas trwania testu pobieraj próbki krwi w razie potrzeby.
Przed kontynuowaniem dokładnie sprawdź funkcjonalność i jakość sygnału każdego urządzenia. Upewnij się również, że elektrody nie mogą zostać usunięte przez mimowolne ruchy osoby badanej pod koniec bezdechu. W ostatnich dwóch minutach przygotowań do testu na bezdech odliczaj czas ustnie.
Następnie poproś badanego, aby wskazał palcami ostatnie trzy wdechy. Koniec ostatniego oddechu oznacza początek bezdechu. Zapisz ten punkt czasowy na urządzeniu NIRS.
Bezdech powinien być wykonywany tak długo, jak to możliwe. W drugiej połowie ruchy klatki piersiowej i brzucha są powszechne i wskazują na fazę walki. Koniec bezdechu wyznacza pierwsza inspiracja.
Zapisz ten punkt czasowy na urządzeniu NIRS. Aby przetworzyć dane z urządzenia monitorującego, otwórz zapisany plik na komputerze. Najpierw kliknij przycisk przeglądu, aby uzyskać dostęp do monitora trendów i wybierz narzędzia, a następnie opcję w podmasce menu.
W razie potrzeby przedział czasu można zmienić za pomocą interwału trendu. Teraz wybierz trendy maski i zapisz dane. Korzystaj z wynikowych trendów.
txt, aby otworzyć go w programie arkusza kalkulacyjnego, w którym można go analizować. Aby przetworzyć dane z urządzenia NIRS, otwórz oprogramowanie na komputerze i podłącz urządzenie NIRS przez Wi-Fi. Następnie przenieś dane z urządzenia NIRS i zapisz je w formacie CSV, aby otworzyć je jako arkusz kalkulacyjny.
W analizie nie należy uwzględniać trzech ostatnich wdechów przed bezdechem w wartościach wyjściowych ani pierwszych 30 sekund po maksymalnym wdechu na początku bezdechu. Podczas sześciominutowego bezdechu u jednego z badanych wykonano jednoczesne zapisy obwodowego nasycenia tlenem i NIRS. Co ciekawe, po rozpoczęciu bezdechu spadek saturacji tlenem został wykryty wcześniej przez obwodowe monitorowanie saturacji tlenem, w porównaniu z monitorowaniem NIRS mózgu.
W badaniu przeprowadzonym na dziesięciu nurkach z bezdechem wartości NIRS w mózgu spadły znacznie później niż wartości saturacji mierzone za pomocą pulsoksymetrii. Nawet w porównaniu z pulsoksymetrią, peryferyjne NIRS wykazywały najwcześniejszą desaturację. Po wznowieniu oddychania ponowne nasycenie wykryto znacznie wcześniej za pomocą mózgowego NIRS w porównaniu z obwodowym nasyceniem O2 mierzonym za pomocą pulsoksymetrii.
Nie stwierdzono znaczącego opóźnienia czasowego między peryferyjnym NIRS a pulsoksymetrią. Z innego punktu widzenia wartości desaturacji i całkowity czas bezdechu zostały znormalizowane do 100%Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak mierzyć nasycenie O2 w różnych częściach ciała. Nasze badania ujawniły mechanizmy fizjologiczne pozwalające uniknąć uszkodzeń spowodowanych hipoksyjnością.
W przypadku bezdechu redystrybucja przepływu krwi pomaga utrzymać odpowiedni dopływ tlenu do mózgu, podczas gdy tkanki obwodowe są już odciążone.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
W niniejszym badaniu wykorzystano nurków bezdechowych do symulacji dynamicznej hipoksji u ludzi, koncentrując się na fizjologicznych zmianach w kinetyce desaturacji i resaturacji. Do oceny tych zmian zastosowano narzędzia nieinwazyjne, takie jak spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIRS) oraz obwodowa saturacja tlenem (SpO 2 ).
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Fizjologia
- Badania nad hipoksją
Wstęp
- Symulacja hipoksji tradycyjnie polegała na wdychaniu hipoksycznych mieszanin gazowych.
- Niniejsze badanie analizuje nowatorski model z wykorzystaniem nurków bezdechowych.
- Zrozumienie mechanizmów hipoksji jest kluczowe dla zapobiegania uszkodzeniom mózgu podczas przedłużonej bezdechu.
- Różne modele hipoksji mogą wywierać zróżnicowany wpływ na częstotliwość akcji serca i krążenie.
Cel badania
- Symulacja hipoksji i hiperkapnii indukowanej bezdechem u ludzi.
- Koncentracja na przerywanym bezdechu w kontekście bezdechu sennego oraz stanów nagłych związanych z niedrożnością dróg oddechowych.
- Badanie mechanizmów fizjologicznych chroniących mózg przed uszkodzeniami hipoksycznymi.
Zastosowane Metody
- Wykorzystanie nurków bezdechowych do stworzenia dynamicznego modelu hipoksji.
- Ocena kinetyki desaturacji i resaturacji.
- Zastosowanie spektroskopii bliskiej podczerwieni (NIRS).
- Monitorowanie obwodowego nasycenia tlenem (SpO 2 ).
Główne wyniki
- Dynamiczną hipoksję można skutecznie symulować u ludzi.
- W różnych modelach hipoksji zaobserwowano fizjologiczne zmiany częstości akcji serca.
- Nieinwazyjne narzędzia dostarczyły cennych informacji na temat kinetyki desaturacji.
- Model ten może pomóc w zrozumieniu wpływu bezdechu na zdrowie mózgu.
Wnioski
- Badanie przedstawia klinicznie istotny model symulacji hipoksji.
- Zrozumienie skutków hipoksji może pomóc w opracowaniu strategii leczenia.
- Model ten znajduje potencjalne zastosowanie w medycynie snu oraz w opiece ratunkowej.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Symulowanie klinicznie istotnej hipoksji u ludzi pozwala na wypełnienie krytycznej luki w badaniach translacyjnych nad schorzeniami takimi jak bezdech senny i ostra niedrożność dróg oddechowych. Model ten umożliwia bezpośrednie badanie mechanizmów fizjologicznych chroniących organy wrażliwe na niedotlenienie, co zwiększa pewność prognostyczną w ramach wczesnej walidacji punktów uchwytu. Podejście to usprawnia proces podejmowania decyzji dotyczących portfolio dzięki dostarczeniu danych istotnych dla człowieka w zakresie dynamiki natlenienia i odpowiedzi kompensacyjnych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie szlaków kompensacyjnych, które utrzymują oksygenację mózgu podczas stresu hipoksycznego.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez wyjaśnienie mechanizmów leżących u podstaw tolerancji na hipoksję u ludzi.
- Zapewnia funkcjonalną walidację celów zaangażowanych w wykrywanie poziomu tlenu i odpowiedź naczyniową.
Przesiewanie i opracowanie testu
- Ułatwia przygotowanie zwalidowanych fizjologicznych modeli ludzkich do dalszych analiz związanych z hipoksją.
- Umożliwia powtarzalny pomiar wysycenia tlenem w obrębie mózgu i obwodowo z wykorzystaniem NIRS oraz pulsoksymetrii.
- Wspiera standaryzację wyników ilościowych do oceny związków w programach modulujących hipoksję.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Jest zgodny z systemami istotnymi dla przebiegu choroby poprzez modelowanie przerywanej hipoksji, obserwowanej u pacjentów z bezdechem sennym.
- Zapewnia ciągłość od ludzkich danych fizjologicznych do przedklinicznej walidacji strategii neuroprotekcyjnych.
- Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o kinetykę natlenienia istotną dla organizmu człowieka.
Integracja potoku i przepływu pracy
Model ten wpisuje się w kontinuum procesu badawczego, od wczesnych studiów mechanistycznych po przedkliniczną ocenę interwencji ukierunkowanych na hipoksję.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących redystrybucji przepływu krwi i dostarczania tlenu podczas hipoksji wywołanej bezdechem.
- Przesiew: Zapewnia powtarzalne, ilościowe odczyty nasycenia tlenem do opracowywania testów.
- Analityka: Umożliwia zsynchronizowany, multimodalny pomiar parametrów fizjologicznych w celu rzetelnego porównania danych.
- Badania translacyjne: Łączy ludzkie reakcje fizjologiczne z dopasowaniem biomarkerów przedklinicznych w badaniach nad hipoksją.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwach: Oferuje wielokrotnego użytku model ludzki do oceny urządzeń, interwencji i hipotez mechanistycznych w hipoksji.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów związanych z hipoksją.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne i skalowalne pomiary w różnych badaniach.
- Wartość strategiczna: Wspiera decyzje dotyczące kontynuacji lub przerwania badań (go/no-go) i zmniejsza ryzyko biologiczne na późnych etapach programów skoncentrowanych na hipoksji.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację zasobów ukierunkowanych na hipoksję i neuroprotekcję z uwzględnieniem poziomu ryzyka.
Uwagi dotyczące implementacji
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie monitorowania fizjologicznego człowieka i modelowania hipoksji.
- Wymaga dostępu do NIRS, pulsoksymetrii, EKG oraz zsynchronizowanych systemów akwizycji danych.
- Wymaga rygorystycznej standaryzacji protokołów pomiarowych i analizy danych pomiędzy zespołami.
- Możliżna jest konieczność adaptacji dla różnych populacji badanych lub modeli chorób.
- Ograniczenia praktyczne obejmują bezpieczeństwo badanych oraz potrzebę posiadania specjalistycznej infrastruktury monitorującej.
