Variabilita ve vyšetření normální a patologické mikrocirkulace pomocí SDF

Overview

Úvod:
Jedna z možností, jak sledovat a hodnotit mikrocirkulaci, je pomocí techniky sidestream dark-field imaging (SDF). Naším cílem bylo zhodnotit interindividuální a intraindividuální variabilitu parametrů SDF v rámci pokusu simulujícího rupturu abdominální aorty u prasat.

Metody:
Interindividuální variabilita byla hodnocena u záznamů pořízených sublinguálně a z ileostomatu. Hodnocení proběhlo zaslepeně, off-line dvěma experimentátory (zkušený a začátečník). Interindividuální variabilita byla hodnocena pomocí Bland-Altman analýzy a výsledky byly vyjádřeny jako procentuální bias a hranice shody. Hodnota bias > 15 % byla považována za signifikantní. Hodnota bias a hranice shody byly u parametrů TVD a MFI zhodnoceny zvlášť pro patologické a normální hodnoty. Intraindividuální variabilita byla hodnocena pomocí koeficientu variability.

Výsledky:
Zhodnoceno bylo 640 videí pro interindividuální variabilitu a 30 videí pro intraindividuální variabilitu. Sublinguálně byla hodnota bias pro TVD -5 % (-20 %; 12 %) a MFI -3 % (-22 %; 15 %). V ileostomatu byla hodnota bias pro TVD 7 % (-49 %; 62 %) a MFI 7 % (-31 %, 45 %). Hodnota bias denzitního parametru TVD se snižovala, pokud velikost parametru klesala směrem k patologickým hodnotám, a to jak sublinguálně, tak v ileostomatu. Intervaly spolehlivosti ale narůstaly. Hodnota bias perfuzního parametru MFI se zvyšovala, pokud hodnota parametru klesala směrem k patologicky nízkým hodnotám, a klesala, pokud se hodnota parametru zvyšovala k hodnotám patologicky vysokým. Stejnou tendenci měly i hranice shody. Koeficienty variability byly nízké pro oba hodnotitele (KV < 10 %).

Závěr:
Intraindividuální variabilita byla minimální pro oba hodnotitele. Interindividuální rozdíly byly rovněž malé (bias < 15 %). Hranice shody byly širší pro parametry denzity (TVD), povšechně pro ileostomickou mikrocirkulaci a patologické hodnoty parametrů (s výjimkou hyperdynamického flow).

Klíčová slova:
mikrocirkulace – sidestream dark-field paging – interindividuální variabilita – intraindividuálni variabilita

Úvod

Mikrocirkulace a její monitorování u kriticky nemocných se v posledních letech těší vzrůstajícímu zájmu [1]. Tato skutečnost vyplývá především z podstaty mikrocirkulace jako prostředníka mezi makrohemodynamikou a buňkou. Přestože makrocirkulace distribuje krevní tok do celého těla, je to mikrocirkulace, která zajišťuje regionální dodávku kyslíku do konkrétních tkání [2].

Zvláště veliký přínos má monitorování mikrocirkulace u stavů, kde obnovení parametrů globální hemodynamiky nevedlo k obnově adekvátní regionální perfuze tkání, a to především ve stavech s porušenou cévní autoregulací, jako je tomu u kriticky nemocných, zvláště u distribučního šoku [3].

Možností, jak mikrocirkulaci sledovat, je celá řada – od základní kliniky (teplota a barva kůže), přes techniky přímo zobrazující mikrocirkulaci, jako je např. laser doppler, orthogonal polarization spectral imaging (OPS), sidestream darkfield imaging (SDF) a intravitální mikroskopie. Dále jsou to techniky tkáňové oxygenace (Near-infrared spectroscopy, pO₂ elektrody) a techniky využívající CO₂ (sublinguální a gastrická tonometrie) [4]. I když klinické hodnocení mikrocirkulace může být prospěšné [5], budoucnost leží v technickém pokroku, a to hlavně v neinvazivních technikách (OPS, SDF, NIRS).

Hodnocení mikrocirkulace pomocí technik OPS a SDF, používajících k zobrazení mikrocirkulace (respektive erytrocytů) studené světlo, se stále více začleňuje do diagnostických procesů různých patologických stavů, především šoku [6, 7]. Bohužel, obě tyto techniky mají stále mnoho technických limitací. Krátký rigidní tubus neumožňuje zobrazení mikrocirkulace vnitřních struktur, potíže mohou nastat s obtížným pořízením záznamu (tlakové a pohybové artefakty, nečistoty na sliznicích) a s jejich následným hodnocením, které probíhá off-line, je částečně subjektivní a záleží na zkušenostech a tréninku hodnotitele [8].

Cílem této studie bylo porovnat výsledky měření SDF během experimentálního hemoragického šoku a následné intenzivní péče dvěma hodnotiteli – konkrétně zhodnotit interindividuální a intraindividuální variabilitu zkušeného hodnotitele (v minulosti zhodnoceno řádově tisíce videí) a hodnotitele v tréninku (v minulosti zhodnoceny řádově stovky videí). Hypotéza byla, že rozdíly mezi hodnotiteli budou malé, že intraindividuální variabilita bude menší u zkušeného hodnotitele a že variabilita měřených patologických hodnot parametrů mikrocirkulace bude menší než variabilita hodnot blížících se normálu.

Materiál a metodika

Porcinní model

Vyvinuli jsme model chirurgické intervence rupturujícího aneurysmatu břišní aorty s cílem popsat hemodynamické, metabolické a tkáňové změny [9]. Zkráceně – prasata byla randomizována do dvou skupin (Hemoragie a Sham), uvedena do celkové anestezie a po nezbytné chirurgické preparaci (včetně vyšití ileostomatu) a dvou hodinách recovery podstoupila 4 hodiny trvající hemoragický šok kombinovaný s nitrobřišní hypertenzí (do břišní dutiny byl instilován teplý fyziologický roztok tak, aby bylo dosaženo nitrobřišního tlaku (IAP) 20 mm Hg). Prasata krvácela podle protokolu na cílový MAP 45 mm Hg – ztráta krve 25 (20–27) ml/kg. Po skončení fáze krvácení byla infrarenálně zaklemována aorta a prasata byla resuscitována jak odebranou krví, tak nezbytným množstvím koloidů a krystaloidů. Po dvou hodinách od naložení klemy byla tato opět uvolněna a následovalo 11 hodin intenzivní péče, po kterých byl experiment ukončen. SDF záznamy byly pořízeny v osmi klíčových „time pointech“ celého experimentu (T0–T7). Detaily jsou na obrázku 1.

Experiment byl schválen etickou komisí Veterinární a farmaceutické univerzity Brno.

Pořízení a analýza záznamu

Záznam byl pořízen technikou SDF (Microscan Lens, MicroVision Medical, Amsterdam, Nizozemí) v osmi „time pointech“ experimentu vždy sublinguálně a z ileostomatu. Sliznice byla před každým záznamem jemně opláchnuta fyziologickým roztokem a zbavena nečistot a bylo pořízeno tři až pět záznamů z náhodně vybraných míst. Důsledně se dbalo na vyloučení tlakových a pohybových artefaktů, se snahou o co nejostřejší a nejkvalitnější obraz.

Videosekvence byly pořízeny a analyzovány dvěma hodnotiteli. Prvním hodnotitelem byl z každého 20s videa vybrán úsek cca 50 snímků (asi 2–3 sekundy), který byl pak ve smyčce analyzován, a to zaslepeně, off-line s použitím programu AVA 3.0 (AMS, Amsterdam, Nizozemí). Hodnoceny byly denzitní (TVD, PVD, DeBacker score) a perfuzní parametry (MFI, PPV) [10]. Hodnoty parametru ze souvisejících tří míst byly zprůměrovány a pro interindivuduální analýzu byl dále použit tento průměr. Ve stručnosti: TVD – total vessel density (mm/mm²) uvádí, kolik milimetrů kapilár se nachází na mm² sliznice. PVD – perfused vesel density ( mm/mm²) je funkční kapilární denzita, která uvádí, kolik milimetrů perfundovaných kapilár se nachází na mm² sliznice. DeBacker score uvádí počet kapilár protínajících mřížku 3 x 3 k tomuto účelu vytvořenou během analýzy obrazu, vypovídá také o heterogenitě. PPV – proportion of perfused vessels (%) je procento perfundovaných kapilár. MFI – microvascular flow index score je založen na stanovení dominantního typu toku v kapilárách ve čtyřech kvadrantech analyzovaného obrazu. Tok je charakterizován vždy buď jako žádný (0), přerušovaný (1), obleněný (2), souvislý (3) a hyperdynamický (4). Hodnoty ze všech čtyř kvadrantů jsou pak zprůměrovány.

Inter a intraindividuální variability

Variabilita byla hodnocena mezi dvěma experimentátory. Mezi zkušeným hodnotitelem (v minulosti zhodnoceno řádově tisíce videí) a hodnotitelem v tréninku (v minulosti zhodnoceny řádově stovky videí). Pro hodnocení interindividuální variability bylo analyzováno celkem 640 videí od náhodně vybraných 12 prasat, méně než 2 % (celkem 10) byla vyřazena pro nekvalitní záznam prvním experimentátorem. Pro hodnocení intraindividuální variability bylo vybráno náhodně celkem 5 videí, tato videa byla zkrácena a stabilizována prvním experimentátorem na délku tří sekund (cca 50 snímků) a následně zaslepena. Tato videa byla pak bez dalších úprav hodnocena celkem třikrát. Vzniklo tak 15 záznamů pro analýzu intraindividuální variability.

Variabilita patologických a normálních hodnot

K tomuto hodnocení jsme stanovili arbitrární hranici pro patologické a normální hodnoty pro jeden denzitní parametr (TVD) a pro jeden perfuzní parametr (MFI). Sublinguálně byla pro parametr TVD stanovena hranice 18 mm/mm² (přelom patologicky nízká/normální hodnota). V ileostomatu pak hodnota 22 mm/mm². Pro parametr MFI jsme stanovili stejnou hodnotu jak pro sublinguální, tak ileostomickou oblast. Byla-li hodnota menší než 2,5, byla považována jako patologicky nízká. Hodnota 2,5–3,5 byla považována jako normální a hodnoty větší než 3,5 jako patologicky vysoké.

Statistické hodnocení

Bland-Altmanova metoda byla použita k analýze interindividuální variability (první investigátor – druhý experimentátor/průměr obou . 100 na ose y, průměr obou na ose x). Pro zjištění rozdílu variability normálních a patologických hodnot byla následně pro každý interval hodnot zvlášť (norma versus patologie) provedena Bland-Altmanova analýza. Hodnota bias (chyba) ukazuje, zda rozdíly mají systematický charakter (zda se diference systematicky liší od nuly); hranice shody (HS) ukazují, jak moc diference kolísají (jejich směrodatná odchylka).

Pro hodnocení intraindividuální variability byl použit koeficient variability (%) – standardní odchylka/průměr). 100. Ke statistickému hodnocení byl použit program Statistica 9.0 (Statsoft CZ).

Výsledky

Interindividuální variabilita

Sublinguálně (n = 105) byla hodnota bias (hranice shody) pro TVD -4 % (-20 %; 12 %) a MFI -5 % (-26 %; 15 %) – obrázky 2 a 3. Hodnoty bias a hranice shody ostatních parametrů mikrocirkulace jsou číselně uvedeny v tabulce 1.

V ileostomatu (n = 105) byla hodnota bias (hranice shody) pro TVD 6 % (-28 %; 40 %) a MFI 11 % (-69 %; 47 %) – obrázky 4 a 5. Ostatní hodnoty bias a hranice shody – viz tabulka 1.

Intraindividuální variabilita

Koeficienty variability byly nízké (< 10 %) pro všechny hodnocené parametry a i pro obě hodnocené oblasti – tabulka 2.

Variabilita patologických a normálních hodnot

Sublinguálně bylo pro denzitní parametr TVD > 18 mm/mm² hodnoceno 80 hodnot, pro parametr TVD < 18 mm/mm² pak 25 hodnot. V ileostomatu bylo pro denzitní parametr TVD > 22 mm/mm² hodnoceno 42 hodnot, pro parametr TVD < 22 mm/mm² pak 63 hodnot.

Hodnota bias denzitního parametru TVD se snižovala, pokud velikost parametru klesala směrem k patologickým hodnotám, intervaly spolehlivosti ale zároveň narůstaly, a to jak sublinguálně, tak i v ileostomatu – tabulka 3.

Sublinguálně bylo pro perfuzní parametr MFI > 3,5 hodnoceno 30 hodnot, pro parametr MFI v intervalu 2,5–3,5 pak 65 hodnot a pro MFI < 2,5 celkem 10 hodnot. V ileostomatu bylo pro perfuzní parametr MFI > 3,5 hodnoceno 30 hodnot, pro parametr MFI v intervalu 2,5–3,5 pak 40 hodnot a pro MFI < 2,5 celkem 35 hodnot.

Pokud hodnota perfuzního parametru MFI klesala směrem k patologicky nízkým hodnotám, bias i hranice shody se zvyšovaly jak sublinguálně, tak především v ileostomatu.

Pokud ovšem hodnota parametru MFI stoupala směrem k hyperdynamickým hodnotám bias, hranice shody se snižovaly, a to jak sublinguálně, tak i v ileostomatu (viz tab. 3).

Diskuse

Hlavní zjištění

Sublinguálně byla celková interindividuální variabilita malá (bias < 15 %, HS < 30 %). V ileostomatu byla vyjádřena více (bias < 15 %, HS > 30 %). Intraindividuální variabilita byla malá pro obě oblasti (průměrný koeficient variability byl menší než 10 %).

Subanalýza patologických hodnot prokázala malou interindividuální variabilitu pro patologicky vysoké hodnoty MFI jak sublinguálně, tak i v ileostomatu (bias < 15 %, HS < 30 %). U patologicky nízkých hodnot parametru MFI byla interindividuální variabilita větší, a to především pro mikrocirkulaci v ileostomatu (bias > 15 %, HS > 30 %).

Interindividuální variabilita patologicky nízkých hodnot TVD byla nízká sublinguálně (bias < 15 %, HS < 30 %), v mikrocirkulaci ileostomatu zůstala nízká hodnota bias (< 15 %), ale došlo k nárůstu hranice shody o více než 20 %.

Obecně ale naše zjištění svědčí pro nízkou intraindividuální a interindividuální variabilitu v měření mikrocirkulace pomocí SDF. V naší výzkumné skupině tedy příliš nezáleží výsledky hodnocení na hodnotiteli, zkušenost hraje roli především u hodnocení parametru MFI při patologicky nízkých hodnotách.

Interindividuální a intraindividuální variabilita

Stejně jako my prokázal sublinguálně obecně nízkou interindividuální a intraindividuální variabilitu De Backer [11], který hodnotil variabilitu reanalýzou 3 videosekvencí a i další, kteří rovněž naměřili nízkou variabilitu, a tedy dobrou reproducibilitu sublinguálně [12, 13].

Interindividuální variabilitu v hodnocení mikrocirkulace ileostomatu analyzoval Boerma [12], který na rozdíl od nás prokázal dobrou reproducibilitu parametru MFI. Vysvětlením tohoto rozdílu může být fakt, že Boerma hodnotil mikrocirkulaci u pacientů v septickém šoku se zřejmě adekvátní léčbou, zatímco my na modelu šoku hemoragického, zpočátku (4 hodiny) bez zajištěné terapie. Dá se předpokládat, že pokles perfuze u léčených pacientů se sepsí bude menšího rozsahu než u našeho modelu zpočátku neléčeného těžkého hemoragického šoku, kde perfuze v ileostomatu klesala postupně až k nule [9]. Tato postupná změna v celé možné škále hodnot a subjektivní podstata hodnocení MFI dává podle našeho názoru prostor pro vznik větší interindividuální variability. Na druhou stranu je nutné poznamenat, že pokles perfuze v ileostomatu u neléčeného septického šoku může rovněž dosáhnout až nulových hodnot [14].

Stanovení arbitrálních hodnot pro patologické a normální hodnoty

Podle našich nejlepších znalostí nám není známo, že by v literatuře byly tyto prahové hodnoty norma/patologie oficiálně uvedeny. Arbitrální hodnoty pro rozdělení parametrů TVD a MFI na patologické a normální byly stanoveny podle výsledků naměřeným na videosekvencích z „time pointu“ T0, tedy na samém počátku experimentu, kdy prasata neměla zjevný důvod mít patologickou mikrocirkulaci. Je nicméně možné, že už i v tomto bodě experimentu byla mikrocirkulace ovlivněna [15].

Variabilita vztažená na tíži postižení mikrocirklace

Interindividuální variabilita vztažená na hodnoty jednotlivých parametrů klesala u denzitního parametru TVD se zhoršující se mikrocirkulací, což je v souladu s naší hypotézou, ale intervaly spolehlivosti pro ileostomickou mikrocirkulaci narostly asi o 20 %, což ztěžuje jednoznačnost interpretace.

Interindividuální variabilitu u parametrů mikrocirkulace v tenkém střevě analyzoval také Bracht [16], který prokázal velké rozdíly v parametrech denzity během snižující se perfuze. Pravděpodobné vysvětlení námi zjištěného menšího nárůstu hranic shody oproti Brachtovi je použitá technika. Bracht použil k hodnocení mikrocirkulace techniku OPS, která znázorňuje kapiláry, pouze pokud jimi procházejí erytrocyty. Námi použitá technika SDF s lepším kontrastem a ostrostí oproti OPS [17] byla pravděpodobně schopna lépe zachytit i minimálně perfundované kapiláry. Zároveň se domníváme, že s ubývajícím počtem kapilár se zpřesňuje semiautomatický způsob hodnocení.

U perfuzního parametru MFI byla situace opačná. Hodnota bias rostla s klesajícím průtokem a hranice shody se rovněž rozšiřovaly. Podle našeho názoru je rostoucí hodnota bias u patologicky nízkých hodnot MFI vysvětlitelná větší subjektivitou hodnocení tohoto parametru a právě díky této subjektivitě bude hrát roli i zkušenost s hodnocením. Méně zkušený hodnotitel se vzrůstající závažností hemoragického šoku průtok nadhodnocoval (viz obr. 5).

Naši hypotézu, že se interindividuální variabilita bude zmenšovat, pokud parametry budou směřovat více k patologickým hodnotám, jsme potvrdili pouze částečně, a to pro semiautomatické hodnocení parametru TVD, kde interindividuální variabilita klesala se zhoršující se mikrocirkulací (s klesajícím počtem kapilár k detekci) jak sublinguálně, tak částečně i v ileostomické mikrocirkulaci. Interindividuální variabilita se rovněž snižovala pro perfuzní parametr MFI u stavů s hyperdynamickou perfuzí.

Naopak naši hypotézu jsme nepotvrdili pro interindividuální variabilitu parametru MFI (jak sublinguálně, tak v ileostomatu) u stavů s patologicky nízkou perfuzí. Hodnocení MFI je založeno spíše na subjektivitě a interindividuální variabilita stoupala se zhoršující se mikrocirkulací.

Cut-off hodnota bias a hranice shody

Jako klinicky nevýznamná byla stanovena hodnota bias méně než 15 %, což je méně, než je standardně doporučováno v ostatních studiích v intenzivní péči [18]. Hranice shody menší než 30% byly rovněž považovány jako klinicky akceptovatelné.

Výběr videí a jejich heterogenita

Limitací této studie je výběr videí. Běžně jsou pořizována videa v délce minimálně 20 sekund, z kterých je potom analyzován nejstabilnější výřez cca 3 sekundy. V této studii provedl zmíněné výřezy první experimentátor a druhý hodnotil až tyto vybrané výřezy. Pokud by měl druhý experimentátor možnost si výběry stanovit sám, interindividuální variabilita by byla jistě větší, jako je tomu ve studii Boerma et al. [12]. Naší snahou však bylo ukázat, zda je hodnotitel po dostatečném zaškolení schopen přesně zhodnotit pořízená videa, a tedy hodnotit interindividuální variabilitu hodnocení, a ne se vyjadřovat k opakovatelnosti této metody (SDF).

Videa byla vybrána z heterogenní skupiny. Zařazena byla prasata jak v hemoragickém šoku, tak kontrolní sham-operated prasata, a to z důvodu získání větší diverzity měřených hodnot.

Závěr

Mikrocirkulaci pomocí SDF může hodnotit experimentátor po zaškolení a zhodnocení řádově stovek videí. Zkušenost hraje roli především u hodnocení parametru MFI u stavů s patologicky nízkou perfuzí.

Podpořeno IGA MZCR NS 10109-4.

Do redakce došlo dne 16. 5. 2012.

Do tisku přijato dne 25. 7. 2012.

Adresa pro korespondenci

MUDr. Ivan Čundrle jr.

Fakultní nemocnice u Sv. Anny v Brně

Pekařská 53, 656 91

e-mail: Ivan.Cundrle@seznam.cz