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Nov 10, 2023

Beurteilung der transkutanen Nähe

Wissenschaftliche Berichte Band 13,

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 4537 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Der plötzliche Herzstillstand (SCA) ist weltweit eine der häufigsten Todesursachen. Das Intervall zwischen Herzstillstand und Wiederbelebung ist ein entscheidender Faktor für die Patientenergebnisse und unterstreicht die klinische Notwendigkeit einer zuverlässigen und zeitnahen Erkennung von Herzstillstand. Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), eine nicht-invasive optische Technik, könnte für diese Anwendung von Nutzen sein. Wir untersuchten transkutanes NIRS als Methode zur Erkennung von Pentobarbital-induzierten Veränderungen während eines Herzstillstands bei acht Yucatan-Miniaturschweinen. NIRS-Messungen während eines Herzstillstands wurden mit dem invasiv erfassten Karotisblutdruck und dem Sauerstoffpartialdruck (PO2) des Rückenmarksgewebes verglichen. Wir beobachteten statistisch signifikante Abnahmen des mittleren arteriellen Drucks (MAP) 64,68 mmHg ± 13,08, p < 0,0001), des Rückenmarks-PO2 (38,16 mmHg ± 20,04, p = 0,0028) und der NIRS-abgeleiteten Gewebesauerstoffsättigung (TSI %) (14,50 %). ± 3,80, p < 0,0001) vom Ausgangswert bis 5 Minuten nach der Verabreichung von Pentobarbital. Die Änderung der Hämodynamik von Euthanasie bis zum ersten Mal war für MAP und TSI (%) ähnlich [MAP (10,43 ± 4,73 s) vs. TSI (%) (12,04 ± 1,85 s), p = 0,3714]. Während der Baseline-Zeiträume (p > 0,99) und nach der Verabreichung von Pentobarbital (p = 0,97) wurde kein signifikanter Unterschied zwischen NIRS und blutdruckabgeleiteten Pulsfrequenzen festgestellt. Transkutanes NIRS zeigte das Potenzial, schnelle hämodynamische Veränderungen aufgrund eines Herzstillstands in Zeiträumen zu identifizieren, die den invasiven Indizes ähneln. Wir kommen zu dem Schluss, dass die transkutane NIRS-Überwachung einen neuartigen, nicht-invasiven Ansatz zur Erkennung von plötzlichem Herzstillstand darstellen könnte, der weitere Untersuchungen erfordert.

Der plötzliche Herzstillstand (SCA) ist weltweit eine der häufigsten Todesursachen und macht 15–20 % aller natürlichen Todesfälle in den USA und Westeuropa aus1,2. SCA ist definiert als das plötzliche Aufhören wirksamer ventrikulärer Kontraktionen, was zu einer unzureichenden Herzleistung und einem hämodynamischen Kollaps führt3. Der Verlust der systemischen Durchblutung ist tödlich, wenn er nicht sofort erkannt und durch die Einleitung hochwertiger Wiederbelebungsmaßnahmen behandelt wird4. Die Wiederbelebung ist im Allgemeinen am erfolgreichsten, wenn sie innerhalb von fünf Minuten nach dem Kreislaufkollaps durchgeführt wird5,6,7. Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass nur 25 % der SCAs von unbeteiligten Zeugen beobachtet werden. Daher sind in den meisten Fällen keine Zeugen verfügbar, die eine lebensrettende Behandlung durchführen oder den Rettungsdienst (EMS) kontaktieren könnten, was die Zeit bis zur Einleitung von Wiederbelebungsmaßnahmen verlängert8. Wenn Rettungskräfte vor Ort eintreffen, entscheiden sie sich daher in etwa 50 % der Fälle gegen einen Wiederbelebungsversuch, da lebensrettende Maßnahmen in diesem Stadium als zwecklos erachtet werden8. Um die Zeit bis zur Wiederbelebung zu verkürzen, müssen kostengünstige, tragbare Systeme entwickelt werden, mit denen Parameter im Zusammenhang mit der Herzaktivität nichtinvasiv überwacht werden können. Dies hat das Potenzial, die durchschnittliche Zeit bis zur Wiederbelebung durch die schnelle Erkennung von plötzlichem Herzstillstand und die automatische Benachrichtigung der medizinischen Disponenten zu verkürzen. Der Einsatz einer solchen Technologie ist von besonderem Interesse bei Hochrisikopopulationen, einschließlich Patienten mit einer Vorgeschichte von Herzstillstand, angeborenen Herzfehlern oder Kardiomyopathie2.

Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ist eine nichtinvasive optische Biosensortechnik, mit der Änderungen der Gewebesauerstoffversorgung und der Hämodynamik in Echtzeit transkutan überwacht werden können9,10,11,12,13,14. Die NIRS-Technologie basiert auf ähnlichen physikalischen Prinzipien wie die Photoplethysmographie (PPG), eine Technologie, die mit dem Aufkommen der Pulsoximetrie routinemäßige Anwendung in der klinischen Praxis gefunden hat15,16,17,18. PPG-Sensoren verwenden zwei Lichtquellen (üblicherweise eine Rot/Grün- und eine Infrarotlichtquelle), um die arterielle Blutsauerstoffversorgung zu bewerten, indem sie lokale Blutvolumenänderungen erkennen, die sich aus der systolischen Herzaktivität ergeben19,20. Diese pulsierenden Änderungen der Lichtabsorption werden von einem Fotodetektor erfasst und in eine Schätzung der arteriellen Sauerstoffsättigung (SpO2) umgewandelt, basierend auf der optischen Weglänge des Mediums und dem Beer-Lambert-Gesetz19,21. Ein Nachteil von PPG-Sensoren besteht darin, dass sie einen pulsierenden Blutfluss benötigen, um eine zuverlässige Schätzung der Sauerstoffsättigung zu ermöglichen, was ihre Verwendung in Situationen einschränken kann, in denen der Puls schwach ist oder fehlt, wie zum Beispiel bei Herzstillstand22,23,24.

Die Dauerstrich-NIRS verwendet ähnliche Prinzipien wie die Pulsoximetrie und nutzt Nahinfrarotlicht (zwischen 650 und 1000 nm), um in Gewebe einzudringen und die von Gewebechromophoren (hauptsächlich Hämoglobin und Wasser) absorbierte Lichtmenge zu messen25. Durch die Verwendung mehrerer Quelle-Detektor-Paare in einer ortsaufgelösten Konfiguration kann NIRS Änderungen in der Sauerstoffzufuhr und dem Sauerstoffverbrauch des Gewebes überwachen, indem es die folgenden Parameter misst: Oxyhämoglobin (O2Hb), Desoxyhämoglobin (HHb), Gesamthämoglobin (THb = O2Hb + HHb). ; ein Maß für lokale Blutvolumenänderungen) und die Hämoglobindifferenz (Hbdiff = O2Hb-HHb, ein indirektes Maß für die Sauerstoffverwertung)]26. Darüber hinaus ist es möglich, eine absolute Schätzung der lokalen Gewebesauerstoffsättigung26,27,28 (Gewebssättigungsindex oder TSI; ausgedrückt in %) abzuleiten, die Beiträge von arteriellen (25 %), kapillaren (5 %) und venösen ( 70%) Fächer gleichermaßen29. Wichtig ist, dass transkutane NIRS-Sensoren mit Abtastraten von 10 Hz und mehr die Auswirkung der kontraktilen Herzaktivität auf die Hämodynamik des Gewebes erkennen und überwachen können, ähnlich wie bei der PPG-basierten Überwachung; Im Gegensatz zu PPG-basierten Technologien ist der pulsierende Blutfluss jedoch keine Voraussetzung für die Schätzung der Sauerstoffversorgung des Gewebes, was bedeutet, dass NIRS bei der Erkennung und Überwachung von plötzlichem Herzstillstand möglicherweise einen besseren Nutzen hat12.

Ziel der Studie war es zu bewerten, ob transkutanes NIRS in unserem Schweinemodell Veränderungen des Pulses und der Gewebesauerstoffversorgung während eines Pentobarbital-induzierten Herzstillstands erkennen kann. Nach intravenöser Verabreichung von Pentobarbital wurden Veränderungen des NIRS-abgeleiteten Gewebesättigungsindex [TSI (%), absoluter Wert] und des sauerstoffhaltigen Hämoglobins (O2Hb, relativer Wert) kontinuierlich überwacht. Wir verglichen diese Ergebnisse mit der invasiven Blutdrucküberwachung nach Goldstandard und einem invasiven Messgerät für die Sauerstoffversorgung des Rückenmarks. Solche Informationen sind für die Bewertung der NIRS-basierten Überwachung als Kandidat für die Erkennung von plötzlichem Herzstillstand außerhalb des Krankenhauses von wesentlicher Bedeutung.

Diese Untersuchung wurde in Abstimmung mit einer Studie zur Bewertung der Sauerstoffversorgung des Gewebes bei Verletzungen durch Quetschung und Kompression des Rückenmarks durchgeführt30. Alle in dieser Studie durchgeführten Tierprotokolle und -verfahren wurden vom Animal Care Committee der University of British Columbia (UBC) genehmigt und entsprachen den Richtlinien des Canadian Council of Animal Care und des US Army Medical Research and Material Command (USAMRMC). und Animal Care and Use Review Office (ACURO). Das UBC Center for Comparative Medicine hat die Anästhesie- und Analgesieprotokolle erstellt. Die Studie entsprach den ARRIVE-Richtlinien.

Daten von acht weiblichen Yucatan-Miniaturschweinen (Gewicht 24–31 kg) wurden im Rahmen anderer NIRS-Studien zur Untersuchung der Hämodynamik des Rückenmarks nach einer Rückenmarksverletzung (SCI) analysiert. Die Tiere wurden wie zuvor beschrieben für die Operation vorbereitet, intubiert und anästhesiert31,32. Die Tiere wurden mit intramuskulärem Telazol (4–6 mg/kg), Xylazin (1 mg/kg) und Atropin (0,02–0,04 mg/kg) vorbehandelt. Zur Anästhesieeinleitung wurde Propofol (2 mg/kg) oder Isofluran (2–3 % in O2) verwendet, bevor die Tiere einer endotrachealen Intubation unterzogen wurden. Zur Aufrechterhaltung der Anästhesie wurden kontinuierlich Propofol (8 mg/kg/h), Fentanyl (12 µg/kg/h), Ketamin (11 mg/kg/h) und Midazolam (0,1–0,5 mg/kg/h) eingesetzt Infusion (CRI) und nach Ermessen eines Tierarztes angepasst. Die Tiere wurden mechanisch mit einer Beatmungsfrequenz von 10–12 Atemzügen/min und einem Atemzugvolumen von 6–10 ml/kg mit 1,4 l (70 %) Stickstoff und 0,6 l (30 %) Sauerstoff beatmet (Veterinary Anaesthesia Ventilator Modell 2002, Hallowell EMC, Pittsfield, MA). Während des gesamten Verfahrens wurden die Tiere standardmäßig überwacht, einschließlich der Überwachung des Blutdrucks, des endexspiratorischen Kohlendioxids, der Herzfrequenz und der Sauerstoffsättigung.

Die Halsschlagader und die Halsvene wurden durch stumpfe Dissektion freigelegt. Die Halsschlagader wurde katheterisiert (20 Gauge Arterial Catheterization Set FA-04018; Arrow International, Reading, PA, USA), um den invasiven Blutdruck mit einer Frequenz von entweder 10 Hz oder 100 Hz (je nach Versuchsprotokoll) zu überwachen. Der mittlere arterielle Druck (MAP) wurde als gewichteter Durchschnitt aus dem arteriellen Blutdruck (1/3 systolisch + 2/3 diastolisch) berechnet. Diese Daten wurden mit der LabChart Pro-Software (AD Instruments, Colorado Springs, Colorado, USA) erfasst. Die Halsvene wurde katheterisiert (6–8 French Multi-Lumen Central Venous Catheterization Set CE-12703; Arrow International), um einen zentralvenösen Zugang für die Infusion von IV-Medikamenten während der Operation zu erhalten. Anschließend wurde das Tier umgedreht und eine dorsale Laminektomie durchgeführt, wobei das Tier beidseitig mit Pedikelschrauben instrumentiert wurde. Bei 5/8 Tieren wurde eine Quetschungs-Kompressionsverletzung des Rückenmarks auf der Höhe von T10 induziert, wie zuvor beschrieben30.

Daten zum Sauerstoffpartialdruck des Rückenmarks (PO2) wurden invasiv mithilfe eines Satzes intraparenchymaler Sensoren (NX-BF/OF/E; Oxford Optronics, Oxford, UK) gesammelt, was es uns ermöglichte, oberflächlich gemessene Änderungen der Sauerstoffversorgung (durch NIRS) zu vergleichen ) zu denen, die im Rückenmarksparenchym gemessen werden. Jede Sonde enthält an der Spitze drei Sensoren (Temperatur, Blutfluss und PO2; Spitzendurchmesser 450 μm). Der Sensor misst den Gewebe-PO2 mithilfe einer Fluoreszenzlösch- und Glasfasertechnik33 und zeichnet ihn mit einer Abtastrate von 1 Hz auf. Abhängig vom Versuchsprotokoll wurden eine oder zwei intraparenchymale (IP) Sonden in das Rückenmarksparenchym eingeführt (Abb. 1c), wie in Cheung et al.30 beschrieben. Die Sonden wurden so eingeführt, dass sich die Sondenspitzen in der weißen Substanz des Rückenmarks in einer Tiefe von etwa 3–4 mm unter der Dura befanden. Die Sondenplatzierung wurde mittels Ultraschallbildgebung überprüft (L14-5/38, 38-mm-Linear-Array-Sonde, Ultrasonix RP; BK Ultrasound, Richmond, BC, Kanada und VisualSonics Mx400, 30 MgHz, Toronto, Kanada). Die Sonden wurden an OxyLab/OxyFlow-Kanalmonitore (Oxford Optronics, Oxford, UK) angeschlossen und die Daten wurden in die LabChart Pro-Software (AD Instruments, Colorado Springs, Colorado, USA) gestreamt.

Repräsentativer Versuchsaufbau. (a) Platzierung des NIRS-Sensors (PortaMon, Artinis Medical Systems, Niederlande) am linken Hinterbeinmuskel eines Yucatan-Minischweins. (b) Die Unterseite des NIRS-Sensors besteht aus einer Fotodiode (Lichtempfangselement) und drei LEDs (die jeweils Licht bei zwei Wellenlängen übertragen; ~ 765 nm und ~ 850 nm). Die Interoptodenabstände von der Fotodiode zu den einzelnen LEDs sind wie folgt: 30 mm, 35 mm und 40 mm. Die drei LEDs emittieren eine optische Gesamtleistung von 0,88 mW, 1,78 mW bzw. 3,67 mW. (c) Intraoperative Platzierung von intraparenchymalen (IP) Sonden des Rückenmarks, um lokale Veränderungen des Rückenmarks-PO2 als Reaktion auf Euthanasie zu messen. Im Rahmen anderer NIRS-Studien wurden IP-Sonden platziert. IP-Sonden, intraparenchymale Sonden, PO2-Sauerstoffpartialdruck, NIRS-Nahinfrarotspektroskopie.

Bei jeder Operation wurde ein transkutanes NIRS-Gerät verwendet (Abb. 1a, b). Ein tragbarer kompakter NIRS-Sensor (PortaMon/PortaLite, Artinis Medical Systems, Niederlande) wurde am Bauch des Bizeps-Femoris-Muskels der Hinterbeine des Tieres angebracht. Der NIRS-Sensor ist ein Dauerstrich-NIRS-System mit zwei Wellenlängen (765 und 850 nm), das drei LED-Paare in einer SRS-Konfiguration (Ortsaufgelöste Spektroskopie) und eine einzelne Fotodiode enthält. Basierend auf der SRS-Konfiguration und dem modifizierten Beer-Lambert-Gesetz27 erhalten wir Informationen über die folgenden Parameter: Oxyhämoglobin (O2Hb, μM/L), Desoxyhämoglobin (HHb, μM/L), Gesamthämoglobin (THb = O2Hb + HHb, μM/ L) und die Hämoglobindifferenz (Hbdiff = O2Hb-HHb, μM/L)]. Darüber hinaus können wir die lokale Sauerstoffsättigung des Gewebes (Gewebssättigungsindex oder TSI, ausgedrückt in %) basierend auf Gl. abschätzen. (1), nach Korrektur der Gewebestreuung. Der reduzierte Streukoeffizient wurde angepasst, um den der menschlichen Muskulatur widerzuspiegeln (es wurden keine Anpassungen vorgenommen, um mögliche Unterschiede zwischen menschlichem und Schweinegewebe zu berücksichtigen).

NIRS-Daten wurden mit der Software OxySoft Version 3.0.95 (Artinis Medical Systems, Niederlande) bei einer Abtastfrequenz von 10 Hz erfasst. Jeder NIRS-Sensor wurde mit doppelseitigem Klebeband befestigt, um einen Druck auf das darunter liegende Gewebe zu vermeiden (Abb. 1a). Anschließend wurde der NIRS-Sensor mit einem sterilen OP-Tuch abgedeckt, um ihn während der Datenerfassung vom Umgebungslicht zu isolieren.

Die Tiere wurden mit intravenösem Pentobarbital-Natrium eingeschläfert, das über einen zentralen jugularvenösen Zugang in einer Standarddosis von 120 mg/kg über 5 s verabreicht wurde. Pentobarbital ist ein kurzwirksames Barbiturat und Sedativ-Hypnotikum mit langjähriger Anwendung in der Tierarztpraxis zur Anästhesie und Euthanasie34. Der primäre Wirkungsmechanismus führt zu einer GABAA-vermittelten ZNS-Dysfunktion, die zu einer kritischen Depression der Markzentren im Hirnstamm führt, was zu einer schnell einsetzenden Apnoe34,35 und einem Herz-Kreislauf-Kollaps mit Merkmalen wie Bradykardie36,37, refraktärer Hypotonie35,37 und verminderter Kontraktilität des Myokards37 führt. Der Startzeitpunkt der Pentobarbitalverabreichung wurde in LabChart markiert. Während der Verabreichung von Pentobarbital wurden die Schweine weiterhin mechanisch beatmet und mit Sauerstoff versorgt. Somit war der Mechanismus des Herzstillstands nicht sekundär zur Pentobarbital-induzierten Apnoe (d. h. Atemstillstand, der zu einem sekundären Herzstillstand führen kann), sondern vielmehr ein primärer Herzkollaps. Als der Herzrhythmus im transösophagealen EKG aufhörte, wurde die Beatmung abgebrochen und der Tod wurde von einem zugelassenen Veterinärtechniker durch Auskultation auf Atem- und Herzgeräusche und Prüfung auf einen tastbaren peripheren Puls (Ohr oder Schwanz) bestätigt. Während dieser Zeit blieb die gesamte Überwachung eingeschaltet und NIRS-, invasive Blutdruck- und PO2-Signale des Rückenmarks wurden bis zu 5 Minuten nach der Euthanasie weiterhin erfasst.

Alle Daten wurden zur anschließenden Analyse mit 10 Hz erneut abgetastet. Bei allen Tieren wurden NIRS- und LabChart-Daten offline durch das Vorhandensein von Artefaktmustern in den Signalen abgeglichen. Solche Muster resultieren aus verschiedenen Bewegungsartefakten und können zur Identifizierung häufiger Ereignisse in den Zeitreihenmessungen verwendet werden. Die Daten wurden mithilfe eines Omnibus-Normalitätstests von D'Agostino Pearson auf Normalverteilung untersucht. Der Zeitpunkt der Euthanasie wurde anhand einer Ereignismarkierung ermittelt, die während der Operation in LabChart eingefügt wurde. Das Analysefenster wurde als 10 Minuten vor dem Einfügen des Ereignismarkers und dann 5 Minuten nach dem Hinzufügen des Ereignisses identifiziert (insgesamt 15 Minuten). Die relativen NIRS-Parameter (O2Hb, HHb, THb und Hbdiff) wurden auf den Z-Score auf die ersten 5 Minuten dieses Fensters normalisiert und in Standardabweichungseinheiten (sdu) ausgedrückt. Wir untersuchten den mittleren arteriellen Druck (MAP), den NIRS TSI (%) und die PO2-Werte des Rückenmarks in den letzten 10 s der Aufzeichnung nach der Euthanasie und verglichen sie mit den durchschnittlichen Ausgangswerten vor der Euthanasie (erhoben über 60 s) unter Verwendung gepaarter Schülerwerte t-Test (Signifikanzniveau p < 0,05).

Vergleiche zwischen dem Zeitpunkt der Pentobarbital-Infusion und der ersten nachweisbaren Änderung des NIRS-TSI (%), des Rückenmarks-PO2 und der invasiven MAP-Signale wurden mithilfe eines gepaarten Student-t-Tests berechnet. Wir definierten die „erste erkennbare Änderung“ im absteigenden Signal als die Zeit vom Einfügen des Euthanasie-Markers in LabChart bis zum ersten Abfall des Signals zwei Standardabweichungen unter seiner Grundlinie (der Grundlinienwert wurde als Mittelwert während der Last-Minute-Vorhersage definiert). -Pentobarbital-Infusion; siehe Abb. 4a).

Um Pulsfrequenz und -amplitude aus Kathetermessungen des karotiden arteriellen Blutdrucks (ABP) und der NIRS-O2Hb-Signaldynamik (ausgewählt aufgrund der herausragenden Herzkomponenten in ihren jeweiligen Zeitreihen) zu erhalten, werden Kurzzeit-Fourier-Transformationsanalysen (STFT) (fs = 10 Hz; FFT-Länge von 528 Proben; Fensterüberlappung von 24 % wurden an Z-Score-normalisierten Signalen durchgeführt. Es wurden drei separate 60-s-Analysefenster ausgewählt. Diese repräsentieren (1) Grundliniensignale, (2) das 60-s-Intervall unmittelbar nach der Pentobarbital-Infusion und (3) Post-Euthanasie-Signale. Aus diesen STFT-Fenstern wurden Pulsfrequenzen (Hz) und Pulsamplituden (dB) abgeleitet (angezeigt als mittlere ± 95 %-Konfidenzintervalle). Gruppenunterschiede (ABP vs. O2HB-abgeleitete Pulsamplitude und Pulsfrequenz) wurden mithilfe eines zweiseitigen, ungepaarten Student-t-Tests oder einer ANOVA mit wiederholten Messungen (Signifikanzniveau p < 0,05) für mehrere Gruppenvergleiche analysiert.

Alle Analysen wurden mit der Software GraphPad Prism 9.0.0 (GraphPad Software, La Jolla, CA, USA), MATLAB (Version R2021a, Natick, Massachusetts, USA) oder Python-Bibliotheken (Python Software Foundation) durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) (oder ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM), wenn anders angegeben) dargestellt.

Alle für diese Studie verwendeten Tierprotokolle und -verfahren entsprachen den Richtlinien des Canadian Council on Animal Care und wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) der University of British Columbia überprüft und genehmigt (Protokoll Nr. A20- 0217 und A16-0311, genehmigt am 26. Oktober 2020 bzw. 17. Februar 2017) und dem Animal Care and Use Review Office (ACURO) der US-Armee und dem Naval Information Warfare Center [Auszeichnung Nr. N6600120-2- 4046, genehmigt am 21. Dezember 2020 (NIWC, USAMRMC-Protokoll Nr. NIWC-7783.e002) bzw. Auszeichnung Nr. W81XWH-16-1-0602, genehmigt am 16. Mai 2017].

Im Vergleich zum Ausgangswert sank der Karotis-MAP 5 Minuten nach der Pentobarbital-Verabreichung um 64,68 mmHg ± 13,08 (n = 7; Student-t-Test, p < 0,0001; Tabelle 1, Abb. 2a, 3a). Die mittlere Abnahme des Rückenmarks-PO2 betrug 38,16 mmHg ± 20,04 (n = 6; Student-t-Test, p = 0,0028; Tabelle 1, Abb. 2b, 3b). In ähnlicher Weise beobachteten wir einen statistisch signifikanten Rückgang des TSI (%) (n = 8; Student-t-Test, p < 0,0001; Tabelle 1, Abb. 2c, e, 3c), der im Durchschnitt um 14,50 % ± 3,80 sank die ersten 5 Min. Relative NIRS-Messungen zeigten (Abb. 2d, f): eine Abnahme des sauerstoffhaltigen Hämoglobins (O2Hb; − 84,33 sdu ± 38,65); ein gleichzeitiger Anstieg des desoxygenierten Hämoglobinanteils (HHb; 87,66 sdu ± 65,62); und eine Abnahme des Parameters der Hämoglobindifferenz (Hbdiff; − 127,23 sdu ± 67,75) bei allen Tieren.

Transkutanes NIRS, Karotis-Blutdruck und PO2-Reaktionen des Rückenmarks auf die Verabreichung von Pentobarbital. Gemittelte Spuren von (a) MAP (n = 7 Tiere, ± SEM), (b) Rückenmarks-PO2, (n = 6, ± SEM), (c) TSI (%) (n = 8, ± SEM) und (d) relative Änderungen der NIRS-Parameter von O2Hb, HHb, THb und Hbdiff (n = 8 ± SEM). Der 5-Minuten-Zeitpunkt (gestrichelte Linie) bezeichnet den Zeitpunkt der Pentobarbital-Verabreichung. (e,f) Delta-Änderungen der Sterbehilfe im Vergleich zu einem 60-sekündigen Ausgangswert vor der Sterbehilfe. TSI (%) Gewebesättigungsindex, Hbdiff-Hämoglobindifferenz, O2Hb-sauerstoffhaltiges Hämoglobin, HHb-desoxygeniertes Hämoglobin, THb-Gesamthämoglobin, MAP-mittlerer arterieller Druck, PO2-Sauerstoffpartialdruck, BSL-Basislinie, EUT-Euthanasie.

Vergleich der Karotis-MAP, des Rückenmarks-PO2 und des TSI (%) vor und nach der Euthanasie. Boxplots (IQR + Min.- und Max.-Werte) der Werte vor der Euthanasie (BSL; gemittelt über 60 s vor der Pentobarbitalinfusion) und Post-Euthanasie (EUT; gemittelt über die letzten 10 s der Aufzeichnung) in (a) MAP ( mmHg) (n = 7, p < 0,0001) (b) Rückenmarks-PO2 (mmHg) (n = 6, p = 0,0028) und (c) TSI (%) (n = 8, p < 0,0001). Gruppenvergleiche waren analysiert unter Verwendung eines gepaarten Studenten-T-Tests (Signifikanzniveau p < 0,05). TSI (%) Gewebesättigungsindex, mittlerer arterieller MAP-Druck, PO2-Sauerstoffpartialdruck, BSL-Basislinie, EUT-Euthanasie.

Die Zeit bis zur ersten Änderung des MAP betrug 10,43 ± 4,73 s (Abb. 4b). Der vom NIRS abgeleitete TSI (%) fiel auf 12,04 ± 1,85 s (Abb. 4b). Bei 5/6 Tieren (da bei 2/8 Tieren keine Informationen zum Rückenmarks-PO2 verfügbar waren) reagierten die Rückenmarks-PO2-Messungen am langsamsten: Es dauerte 25,02 ± 9,237 s, um eine Änderung des Rückenmarks-PO2 zwei Standardabweichungen unter der Basislinie zu registrieren (Abb. 4b). Der Unterschied in der Erkennungszeit zwischen MAP und NIRS-abgeleitetem TSI (%) (n = 7, gepaarter Student-t-Test, p = 0,3714, Signifikanzniveau p < 0,05) war nicht signifikant.

Euthanasie-zu-erst-Änderung der Hämodynamik für MAP, Rückenmarks-PO2 und NIRS-abgeleiteter TSI (%) und O2Hb. (a) Repräsentative Zahl einer NIRS-TSI-Spur (%) vor und unmittelbar nach der Pentobarbital-Infusion. Der erste festgestellte Abfall des Signals wurde als der erste Wert definiert, der zwei Standardabweichungen unter dem Ausgangswert lag (ermittelt in den letzten 60 Sekunden vor der Verabreichung von Pentobarbital). (b) Zeit (Sek.) bis zur ersten Änderung des Karotis-MAP, des Rückenmarks-PO2 und der TSI-Signale der Hinterbeine (%) als Reaktion auf Euthanasie ± SD. MAP vs. TSI (%) (n = 7; p = 0,3714) und MAP vs. Rückenmarks-PO2 (n = 6, p = 0,0006) wurden mithilfe gepaarter Student-T-Tests analysiert (Signifikanzniveau p < 0,05); TSI (%) Gewebesättigungsindex, MAP mittlerer arterieller Druck, PO2-Sauerstoffpartialdruck.

Bei allen Tieren waren die aus O2Hb und ABP berechneten Pulsfrequenzen vergleichbar (siehe Abbildung 5 für eine repräsentative STFT-Analyse), und es wurde kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den aus O2Hb und ABP abgeleiteten Pulsfrequenzen bei der Euthanasie vor der Euthanasie (p > 0,99) und der Euthanasie festgestellt (p = 0,97) und Analysefenster nach der Euthanasie (n = 8, Student-T-Test, Signifikanzniveau p < 0,05; Tabelle 2, Abb. 6d–f). Bei 6/8 Tieren stellten wir einen vorübergehenden Anstieg der Pulsfrequenz nach Pentobarbital-Infusion fest (siehe ergänzende Abbildungen S1–S3, S5–7). Bei 2/8 Tieren begann die Pulsfrequenz unmittelbar nach der Einleitung der Euthanasie zu sinken (siehe ergänzende Abbildungen S4 und S8).

Repräsentative Kurzzeit-Fourier-Transformationsanalysen. STFT-Farbkarten von (a) Karotis-ABP- und (c) NIRS-O2Hb-Signalen über ein 15-minütiges Fenster. Die Pentobarbital-Infusion begann nach 600 s. (b,d) Für die anschließende Analyse wurden drei Analysefenster ausgewählt, die verschiedene Stadien der Sterbehilfe bezeichnen. O2Hb-sauerstoffhaltiges Hämoglobin, arterieller ABP-Blutdruck, BSL-Basislinie, EUT-Euthanasie, STFT-Kurzzeit-Fourier-Transformation (für STFT-Farbkarten einzelner Tiere siehe ergänzende Abbildungen 1–8).

Vergleich von ABP- und NIRS-abgeleiteten Pulsfrequenz- und Amplitudenänderungen als Reaktion auf die Verabreichung von Pentobarbital. Mittlere ABP- und O2Hb-abgeleitete Pulsamplituden (dB) (n = 8) während (a) der Grundlinie (p = 0,0014) und (b) der Euthanasie (p = 0,0009) (Student-t-Test, Signifikanzniveau p < 0,05). (c) ABP- und O2Hb-Pulsamplituden (dB) bei BSL vs. EUT (ANOVA mit wiederholter Messung, angepasste p-Werte: ABP BSL vs. EUT p = 0,0047 und O2Hb BSL vs. EUT p = 0,0132; Signifikanzniveau p < 0,05). Mittlere ABP- und O2Hb-abgeleitete Pulsfrequenzen (Hz) (n = 8) während (d) der Grundlinie (p > 0,99), (e) der Euthanasie (p = 0,97) und (f) nach der Euthanasie (p kann nicht berechnet werden). Gruppenvergleiche wurden mithilfe eines Studenten-T-Tests analysiert (Signifikanzniveau p < 0,05). ns nicht signifikant, O2Hb-sauerstoffhaltiges Hämoglobin, ABP arterieller Blutdruck, BSL-Basislinie, EUT-Euthanasie.

Die Pulsamplituden (dB) waren bei ABP stärker als bei NIRS-O2Hb-Signalen (Abb. 6a, b). Dieser Unterschied war zu Studienbeginn (n = 8, Student-t-Test, p = 0,0014, Signifikanzniveau p < 0,05; Abb. 6a) und nach der Verabreichung von Pentobarbital (n = 8, Student-t-Test, p = 0,0009, Niveau) signifikant Signifikanz p < 0,05; Abb. 6b). Schließlich sahen wir statistisch signifikante Abnahmen der ABP- und NIRS-abgeleiteten O2Hb-Pulsamplituden als Reaktion auf die Verabreichung von Pentobarbital im Vergleich zum Ausgangswert (n = 8, ANOVA mit wiederholten Messungen, angepasste p-Werte: ABP BSL vs. EUT p = 0,0047 und O2Hb BSL vs. EUT p = 0,0132; Signifikanzniveau p < 0,05; Abb. 6c).

Anhand eines Schweinemodells des primären Herzstillstands untersuchten wir Veränderungen bei NIRS-Messungen während eines Herzstillstands und verglichen sie mit invasiven Messungen der Sauerstoffversorgung des Rückenmarks und der Blutdrucküberwachung. Zwar gibt es mehrere Berichte, in denen die zerebrale NIRS-Überwachung zur Beurteilung der Rückkehr zum spontanen Kreislauf (ROSC) und der Qualität der Wiederbelebung nach einem plötzlichen Herzstillstand eingesetzt wird38,39,40,41,42,43,44,45, doch der Einsatz der transkutanen NIRS-Überwachung in diesem Setting ist nicht zu übersehen Die Erkennung von Herzstillständen wurde noch nicht erforscht und stellt ein potenziell neues Forschungsgebiet dar. Unsere Ergebnisse zeigten eine schnelle und deutliche Veränderung der NIRS-Signale während und nach einem Herzstillstand, ähnlich wie bei invasiven hämodynamischen Messungen. Insgesamt belegen diese Ergebnisse den Nutzen der Muskel-NIRS-basierten Überwachung für die SCA-Erkennung; Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um die Wirksamkeit festzustellen.

In dieser Studie verwendeten wir Pentobarbital-Natrium, um in unserem Schweinemodell Sterbehilfe einzuleiten. Pentobarbital schwächt die Markzentren im Hirnstamm und verursacht einen schnellen Tod durch Atemdepression34,35 und Herz-Kreislauf-Kollaps35,36,37. Es gibt zwei Hauptmodelle für einen Herzstillstand: (1) primärer Herzstillstand mit direkter Beeinträchtigung des Herzgewebes, was zum Stillstand der effektiven Herzleistung und daraus resultierender Hypoxie des gesamten Körpers führt; und (2) primärer Atemstillstand, der eine Hypoxie des gesamten Körpers (einschließlich der des Herzgewebes) verursacht, was zu einem sekundären Herzstillstand führt. Obwohl Phenobarbital eine Atemdepression verursacht, wurden in dieser Studie mechanische Beatmung und Sauerstoffversorgung nach der Verabreichung von Pentobarbital fortgesetzt (zur Verhinderung einer Hypoxie), was mit einem primären Herzstillstand vereinbar ist. Weitere Forschung ist erforderlich, um physiologische Veränderungen zu untersuchen, die bei einem Atemstillstand zu einem sekundären Herzstillstand führen, wie er häufiger bei Säuglingen, Kindern und Erwachsenen mit opioidbedingtem Herzstillstand oder anderen Atemwegsursachen auftritt46. Da NIRS die Sauerstoffversorgung des Gewebes misst, kann es bei der Erkennung eines Atemstillstands vor einem Herzstillstand von großem Nutzen sein.

Wir beobachteten eine beträchtliche Variabilität zwischen den Tieren bei den Messungen des Rückenmarks-PO2 vor der Euthanasie, was auf Unterschiede in der Platzierung der IP-Sonden und der kleinen Probenahmefläche zurückzuführen sein könnte (angeblich etwa 0,5–1 mm3,47). Diese Einschränkungen führen zu PO2-Werten im Rückenmark, die möglicherweise sehr empfindlich auf Unterschiede in der Gewebezusammensetzung und der lokalen Mikrovaskulatur reagieren. In ähnlicher Weise zeigten die MAP-Ausgangswerte eine bemerkenswerte Variabilität, was angesichts der großen Bandbreite physiologischer Blutdrucke nicht überraschend ist. Der TSI (%) vor der Euthanasie war bei allen Tieren vergleichbar, was darauf hindeutet, dass die regionale Sauerstoffsättigung im Hinterbein des anästhesierten Tieres bevorzugt in einem bestimmten Bereich gehalten wird.

Während MAP und Rückenmarks-PO2 innerhalb der ersten 5 Minuten nach Einleitung der Euthanasie auf Werte abfielen, die unter denen für lebendes Gewebe beobachtet wurden, beobachteten wir einen geringeren Rückgang des TSI (%) (14,50 % ± 3,80). In einem Fall sank der TSI (%) von 76,08 % auf 62,63 % (Tier Nr. 8, Tabelle 1). Aufgrund eines vergleichsweise hohen TSI (%) zu Studienbeginn könnte dieser mit dem vollständigen Ausfall der Herzfunktion bei diesem Tier verbundene Rückgang im physiologischen TSI-Bereich (%) eines anderen Tieres liegen (siehe Tiere Nr. 1–2, Tabelle 1). Dies deutet darauf hin, dass ein bestimmter TSI-Wert (%) möglicherweise nicht ausreicht, um plötzliche Herzereignisse zu erkennen, sondern stattdessen an diagnostischem Wert gewinnt, wenn er im Kontext von NIRS-abgeleiteten hämodynamischen Trends, Pulsfrequenzänderungen und patientenspezifischen Basis-TSI-Messungen (%) interpretiert wird . Wichtig ist, dass der TSI (%) nicht die arterielle Sauerstoffsättigung widerspiegelt (d. h. die Menge an Sauerstoff im arteriellen Strom, die Geweben und Organen zur Verfügung steht), sondern vielmehr ein Index für die Sauerstoffanreicherung im Verhältnis zum Gesamthämoglobin auf mikrovaskulärer Gewebeebene48 ist, die sowohl aus arteriellem als auch venösem Gewebe besteht Komponenten und umfasst daher höchstwahrscheinlich „unzugänglichen“ Sauerstoff, der in venösen Kompartimenten eingeschlossen ist. Darüber hinaus ist es wichtig zu berücksichtigen, dass andere lokale und systemische Bedingungen zu ähnlichen Rückgängen des TSI (%) führen könnten. Dies sollte hervorgehoben werden, wenn man es in den breiteren Kontext der Diskussion der Spezifität der Verwendung von NIRS-abgeleiteten Änderungen in der Einstellung der SCA-Erkennung stellt. Unsere Gruppe hat kürzlich in unserem Schweinemodell gezeigt, dass kontrollierte Hypoxieperioden bis zu einem SpO2-Zielwert von 70 % zu einer TSI-%-Abnahme von 10,5 ± 1 % führen, wie vom PortaMon NIRS-Sensor am Hinterbein des Tieres aufgezeichnet49. Obwohl es klinisch gesehen unwahrscheinlich ist, dass solch schwere Hypoxie-Episoden routinemäßig auftreten; Andere Forscher haben über einen Rückgang der NIRS-abgeleiteten Gewebesättigungsindizes in verschiedenen klinischen Situationen berichtet, der zu einer Gewebeminderdurchblutung, einschließlich Gefäßerkrankungen50 und Schock51,52,53, führt.

Wir beobachteten außerdem, dass die Änderungsrate sowohl für MAP als auch für Rückenmarks-PO2 innerhalb der ersten Minute nach der Pentobarbital-Infusion am höchsten war, sobald ein signifikanter Abfall des Signals unter den Ausgangswert festgestellt wurde. Dies steht im Einklang mit früheren Berichten aus einer Hundestudie, bei der Pentobarbital dazu führte, dass der MAP nach einer durchschnittlichen Zeit von 52,6 s auf nicht mehr nachweisbare Werte abfiel54. Die TSI-Änderungsrate (%) war langsamer und zeigte 5 Minuten nach der Euthanasie einen leicht abnehmenden Trend. MAP spiegelt den mittleren Blutdruck über einen einzelnen Herzzyklus wider und ist daher sehr anfällig für den Verlust effektiver ventrikulärer Kontraktionen und eine verminderte Herzleistung. Andererseits misst NIRS die „Auswirkung“ dieses Verlusts der kontraktilen Aktivität auf das darunter liegende Gewebe, das zum Zeitpunkt des Herzstillstands noch metabolisch aktiv ist55,56. Ohne systemische Zirkulation könnte dieser kontinuierliche Sauerstoffaustausch die Ursache für den stetigen Rückgang der NIRS-bedingten Muskelsauerstoffsättigung über einen längeren Zeitraum sein.

Insbesondere der Vergleich zwischen der Zeit von der Pentobarbital-Verabreichung bis zum ersten nachweisbaren Abfall des NIRS-abgeleiteten TSI (%) gegenüber einem vordefinierten Ausgangswert zeigt die hohe Empfindlichkeit von NIRS bei der nichtinvasiven Erkennung systemischer Veränderungen der Gewebesauerstoffversorgung. Im Gegensatz dazu verlief der erste nachweisbare Abfall des spinalen PO2 deutlich langsamer. Der PO2 des Rückenmarks stellt den lokalen Sauerstoffpartialdruck (dh „gelösten“ Sauerstoff) im Gewebe dar und liefert somit einen Hinweis auf die Sauerstoffverfügbarkeit auf zellulärer Ebene. Da anfänglich Sauerstoff von den Hämoglobin-Bindungsstellen freigesetzt wird, um den Stoffwechselbedarf des Gewebes zu decken, bleibt der lokale PO2 im Rückenmark stabil, bis der Stoffwechselbedarf des Gewebes die Sauerstofffreisetzungskapazität des Hämoglobins übersteigt. Es sollten jedoch auch andere Faktoren berücksichtigt werden, wie etwa mögliche Verzögerungen bei den Reaktionszeiten der IP-Sonde und niedrige Abtastraten.

Wir verglichen auch die mittleren NIRS-O2Hb- und Karotis-ABP-abgeleiteten Pulsamplituden zu drei verschiedenen Zeitpunkten (vor, während und nach der Euthanasie). Bei allen Tieren waren die von ABP abgeleiteten Pulsamplituden stärker als die von NIRS abgeleiteten, sowohl vor als auch unmittelbar nach der intravenösen Pentobarbital-Infusion. Dies ist nicht überraschend, da beide Signale aus unterschiedlichen Quellen stammen. Die invasive Blutdrucküberwachung wird durch die Überwachung zyklischer Druckänderungen in einem der großen Gefäße erreicht, die von der Aorta abzweigen. NIRS hingegen misst Pulsänderungen indirekt, indem es die Auswirkung des pulsierenden Blutflusses auf die zugrunde liegende Gewebedynamik an einer Stelle distal des Herzens erfasst. Wie bereits erwähnt, erfasst NIRS Veränderungen, die auf mikrovaskulärer Ebene auftreten, und erfasst dabei Beiträge von arteriolärem, kapillarem und venulärem Blut gleichermaßen. Wichtig ist, dass Venolen und Kapillaren nicht wesentlich zur Ausbreitung der Druckwellenform beitragen, während sie dennoch einen erheblichen Teil des NIRS-Signals ausmachen. Dies wird zu der verringerten Pulsamplitude beitragen, die im NIRS-Signal im Vergleich zum ABP beobachtet wird. Bemerkenswert ist, dass wir bei sechs von acht Tieren das Vorhandensein von Herzaktivität beobachteten, nachdem der Tod klinisch bestätigt worden war, was mit früheren Berichten übereinstimmt, dass solche Signale nach der Pentobarbital-Infusion 5,5–16 Minuten lang anhalten können54. Bemerkenswert ist, dass sowohl die ABP- als auch die NIRS-abgeleiteten mittleren Pulsamplituden während der Euthanasie abnahmen (im Vergleich zum Ausgangswert), was auf eine Abnahme der von beiden Systemen erfassten kardialen inotropen Aktivität hinweist. Die Echtzeit-NIRS-basierte Pulsamplitudenüberwachung stellt einen potenziell neuen Weg zur Erkennung eines Herzstillstands dar und regt zu weiteren Untersuchungen an.

Wir beobachteten auch eine starke Übereinstimmung zwischen NIRS- und ABP-abgeleiteten Pulsfrequenzen der Halsschlagader während der drei unterschiedlichen Analysefenster, wie durch Kurzzeit-Fourier-Transformationsanalysen gezeigt wurde. Bemerkenswerterweise beobachteten wir bei sechs von acht Tieren einen vorübergehenden Anstieg der Herzfrequenz während und unmittelbar nach der Infusion von Pentobarbital, was mit früheren Erkenntnissen übereinstimmt54. Dies deutet darauf hin, dass die NIRS-abgeleiteten Pulsamplituden insgesamt an dieser weiter entfernten Körperstelle zwar schwächer sind, das NIRS-System jedoch Änderungen der Pentobarbital-induzierten Pulsfrequenz vor und während einer Herzfunktionsstörung mit hoher Empfindlichkeit erfasst, wenn es mit der invasiven Blutdrucküberwachung verglichen wird. Basierend auf diesen Ergebnissen kommen wir zu dem Schluss, dass transkutanes NIRS in diesem Umfeld zur Bereitstellung ähnlicher Informationen eingesetzt werden kann. Wir konnten diese Bewertung nicht an IP-abgeleiteten Parametern durchführen, da die niedrige Abtastfrequenz des kombinierten OxyLite/OxyFlow-Systems uns daran hinderte, pulsierende Blutflussänderungen zu erkennen, die von Schlag zu Schlag auftreten.

Mehrere andere Technologien wurden für die nicht-invasive Erkennung von plötzlichem Herzstillstand außerhalb des Krankenhauses untersucht. Dazu gehört die Verwendung tragbarer EKG-basierter Überwachungs-/Defibrillationssysteme, die sich als vielversprechend für die Reduzierung der Mortalität bei Hochrisikopatienten erwiesen haben, wenn sie nach einem Myokardinfarkt57 und einer linksventrikulären Dysfunktion58 getragen werden. Darüber hinaus sind auf Smartwatches/Armbändern basierende Herzfrequenzüberwachungssysteme mit Photoplethysmographie (PPG) verfügbar59,60,61,62,63. Da PPG-Sensoren jedoch auf einem pulsierenden Blutfluss basieren, werden sie weniger zuverlässig oder können in Zeiten systemischer Hypotonie, Unterkühlung oder schlechter peripherer Durchblutung möglicherweise keine Messung zurückgeben24,64,65. Daher wurde die PPG-Überwachung hauptsächlich auf ihre Fähigkeit hin untersucht, Veränderungen der Herzfrequenz und der Herzfrequenzvariabilität zu erfassen, um die Rückkehr zum spontanen Kreislauf (ROSC) während der Herz-Lungen-Wiederbelebung zu überwachen59,66 und die Langzeitüberwachung und das Screening von Herzrhythmusstörungen wie zuvor überprüft62. Die Fähigkeit von NIRS, das Aufhören von Herzpulsationen zu erfassen und gleichzeitig Änderungen der Sauerstoffversorgung des Gewebes zu überwachen (auch ohne Pulswellenform), legt nahe, dass NIRS ein hilfreiches Instrument sein könnte, um einen Herzstillstand außerhalb des Krankenhauses zu erkennen und sein Fortschreiten zu verfolgen bis ROSC wieder aufgenommen wird. Dies würde die Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs zwischen NIRS-bedingten Oxygenierungsänderungen während des Fortschreitens des Herzstillstands und der klinischen Prognose weiter erleichtern. Schließlich wurden intelligente Geräte verwendet, um agonale Atemmuster zu erfassen und so SCA67 zu erkennen. Agonale Atmung ist ein Hirnstammreflex, der aus schwerer Hypoxie resultiert. Allerdings kommt es nur bei 55 % der beobachteten Herzstillstandsfälle zu agonaler Atmung68. Die daraus resultierende geringe Empfindlichkeit schränkt den weit verbreiteten Einsatz einer solchen Überwachung im Rahmen der SCA-Erkennung ein.

Insgesamt deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass NIRS für die schnelle Erkennung eines Herzstillstands von Nutzen sein könnte. Jüngste technische Fortschritte bei elektrooptischen Komponenten und der NIRS-Technologie ermöglichen die Entwicklung kompakter, tragbarer, empfindlicher, kostengünstiger und flexibler NIRS-Sensoren mit geringem Stromverbrauch. Durch die Integration miniaturisierter NIRS-Sensoren mit anderen relevanten tragbaren Biosensoren könnten neuartige multimodale Sensoransätze für eine umfassende Überwachung von Vitalfunktionen sowie die Vorhersage und schnelle Diagnose kritischer Herzfunktionsstörungen entstehen.

Es gibt mehrere Einschränkungen für das, was wir berichten. Erstens gibt es zwar viele verschiedene Ätiologien und physiologische Variationen beim menschlichen plötzlichen Herzstillstand, unser Pentobarbital-induziertes Schweinemodell des Euthanasie-bedingten plötzlichen Herzstillstands kann sich jedoch von der menschlichen Erfahrung unterscheiden. Dies ist besonders relevant, da die Zeit von der Pentobarbital-Infusion bis zum bestätigten Tod unbekannt ist, was unsere Fähigkeit einschränkt, Ergebnisse auf ein klinisch relevanteres Szenario zu extrapolieren. Zweitens sind physiologische Daten anfällig für geringfügige Fehler bei der Ausrichtung, da sie mit unterschiedlicher Aufzeichnungssoftware erfasst und anschließend offline anhand von Artefaktmustern im Signal abgeglichen wurden. Angesichts der Einzigartigkeit der Artefaktmuster in den Signalen erwarten wir jedoch, wenn überhaupt, eine minimale Fehlausrichtung innerhalb der Datensätze. Ebenso erwarten wir eine gewisse Variabilität zwischen den Tieren aufgrund von Diskrepanzen im genauen Zeitpunkt der Einführung des Euthanasiemarkers, der die intravenöse Verabreichung von Pentobarbital anzeigt. Abschließend muss unbedingt darauf hingewiesen werden, dass bei der Berechnung des Gewebesättigungsindex, der für den menschlichen Gebrauch festgelegt wurde, keine Anpassungen an den Streukoeffizienten vorgenommen wurden, um mögliche Unterschiede zwischen Mensch und Schwein zu berücksichtigen. Ohne Modellanpassungen vorzunehmen, gehen wir davon aus, dass die folgenden Unterschiede zwischen den Arten die Berechnung beeinflussen könnten und in nachfolgenden Studien weiter untersucht werden sollten: (1) Hautpigmentierung, (2) Hauttextur, (3) Hautdicke und (4) subkutanes Fett Gewebedicke.

Die transkutane NIRS-Überwachung könnte einen neuartigen, praktikablen, nicht-invasiven Ansatz zur SCA-Erkennung darstellen, der weitere Untersuchungen erfordert. Die Fähigkeit des transkutanen NIRS, gleichzeitig das Aufhören der Herzpulsaktivität zu erfassen und gleichzeitig Veränderungen in der Sauerstoffversorgung des Gewebes zu überwachen, könnte zur Entwicklung neuartiger, tragbarer optischer Sensoren für die Früherkennung von Herzstillstand und deren anschließende Verfolgung führen. Dies kann die Behandlung unbeobachteter Herzstillstände verbessern und den Zugang zu lebensrettenden Maßnahmen beschleunigen.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken den Mitarbeitern des UBC Kwon Research Lab und des UBC Center for Comparative Medicine für die Unterstützung dieser komplexen In-vivo-Experimente und die Betreuung der an den Studien beteiligten Tiere. Diese Studie wurde durch einen Translational Research Award des US-Verteidigungsministeriums, Spinal Cord Injury Research Program (SCIRP), unterstützt. Mahsa Khalili erhält einen Trainee Award, Brian Grunau einen Health Professional-Investigator Award und Babak Shadgan einen Scholar Award des Michael Smith Health Research BC.

Diese Studie wurde durch einen Translational Research Award des US-Verteidigungsministeriums, Spinal Cord Injury Research Program (SCIRP), SC130007, der Michael Smith Foundation for Health Research (MSFHR), Award No. AWD-00482, den Defense Advanced Research Projects unterstützt Agentur (DARPA), Vertragsnummer N660012024046 und MITACS-Auszeichnungsnummer IT25703. Die geäußerten Ansichten, Meinungen und/oder Erkenntnisse sind die des Autors und sollten nicht als offizielle Ansichten oder Richtlinien des Verteidigungsministeriums oder der US-Regierung interpretiert werden.

International Collaboration on Repair Discoveries (ICORD), University of British Columbia, 818 West 10th Avenue, Vancouver, BC, V5Z 1M9, Kanada

Katharina Raschdorf, Arman Mohseni, Amanda Cheung, Kitty So, Neda Manouchehri und Babak Shadgan

Abteilung für Neurowissenschaften, University of British Columbia, 2215 Wesbrook Mall, Vancouver, BC, V6T 1Z3, Kanada

Katharina Raschdorf & Babak Shadgan

School of Biomedical Engineering (SBME), University of British Columbia, 2222 Health Sciences Mall, Vancouver, BC, V6T 1Z4, Kanada

Kaavya Hogle, Saud Lingawi, Calvin Kuo und Babak Shadgan

Abteilung für Notfallmedizin, University of British Columbia und St. Paul's Hospital, Vancouver, BC, Kanada

Mahsa Khalili, Brian Grunau und Jim Christenson

Abteilung für Orthopädie, University of British Columbia, 2775 Laurel Street, Vancouver, BC, V5Z 1M9, Kanada

Runde Shadgan

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Konzeptualisierung, BS und KR; Methodik, KR; formale Analyse, KR; Analysevalidierung, BG, KC, JC und BS; Datenerfassung und Kuratierung, BS, KR, KS, AC, NM; Schreiben (Originalentwurfsvorbereitung), KR und AM; Schreiben (Rezension und Bearbeitung), BS, CK, BG, JC, MK und SL; Visualisierung, KR Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und sind damit einverstanden.

Korrespondenz mit Babak Shadgan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Raschdorf, K., Mohseni, A., Hogle, K. et al. Evaluierung der transkutanen Nahinfrarotspektroskopie zur Früherkennung eines Herzstillstands im Tiermodell. Sci Rep 13, 4537 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31637-1

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Eingegangen: 31. Juli 2022

Angenommen: 15. März 2023

Veröffentlicht: 20. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31637-1

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