Az ESTECK tudományos alapjai

A Magyar Orvos 2009/1-2. száma alapján

Ki hitt az elején az EKG-ban? Min múlik egy metódus, egy technika, egy gyógyszer, egy műszer elterjedése vagy elfelejtődése? Az értékes, az innovatív és eredeti mindig megtalálja-e az őt megillető helyet az orvostudomány eszköztárában? Egyáltalán, a tudásnak milyen térbeni és időbeni konstellációja szükségeltetik, hogy egy új módszer létrejöhessen?
2003-ban, Franciaországban pontosan százegy év késlekedés után megszületett egy orvosi diagnosztikai eszköz, az elektro intersticiális szken, azaz az EIS készülék. Ez egy non-invazív műszer, mellyel a test intersticiális folyadéktereinek ionösszetételét mérjük és elemezzük kronoamperometriás módszerrel. Dr. Albert Maarek neuro-fiziológus és csapata azonban nem állt napi kapcsolatban a készülék megalkotásának elvi alapját leíró amerikai elektro-kémikussal, Frederick Gardner Cottrellel, aki már 1948-ban, korán meghalt. Cottrell az elektrosztatikus precipitátor megépítésén, az Amerikai Bányatársaság igazgatásán túl, illetve még ezeket megelőzve 1902-ben publikálta a róla elnevezett egyenletet:

I = nFAco(D)1/2/π1/2t1/2

A betűket szavakra váltva, illetve tartalommal megtöltve: egy folyadéktéren átvezetett egyenáram időben változó erősségéből és az elektróda felületéből kiszámolható a folyadékban található ionok minőségi és mennyiségi összetétele. Ezért ez a módszer tudományos névadója: krono-ampero-metria. Ezt a Csipkerózsika álmát alvó ismeretet „csókolta homlokon” Maarek doktor. Az EIS készülék megalkotásához azonban másra is szükség volt. Többek között egy magyar tudóscsapat, dr. Gilányi Magdolna és munkatársainak tevékenységére. Az ő munkásságuk oldotta fel azt a tudományos paradoxont, mely szerint a Donnan-equilibrium nem érvényesül az interstíciumban. Ez olyan, mintha egy fizikusnak azt mondanánk, nincs gravitáció a hetedik és a nyolcadik emelet között. Mégis évtizedekig ez volt a tudományosan elfogadott nézet. Az interstícium a sejtek működési „milieu interieur”-e. Integrált, komplex, gél-mátrix szerkezetű tér. Fizikailag a sejtek, vér- és nyirokerek közötti kötőszöveti terület. Kicsi a sejtsűrűsége, fibroblasztokat, hízósejteket, kerek sejteket találunk itt. Jelentős extracelluláris makromolekula-tartalom jellemzi, melynek főbb alkotói a kollagén, az elasztin, glükózaminoglikánok, plazmafehérjék, extracellulárisan expresszálódó glikoproteinek. A bioszintézis és szekréció a sejtek által történik. Rajta keresztül valósul meg a transzkapilláris folyadékkicserélődés, a sejt-sejt kapcsolat. Az interstícium a sejtek, a vér és a nyirokrendszer közötti anyagtranszport molekuláris útja. Jellemző rá a homogén/heterogén (egy/kétfázisú) rendszer kettőssége, a makromolekula és polielektrolit jelleg. Benne a poliszacharidok ozmotikus nyomása viriál sorral közelíthető. Sajátossága a magas vízkötő képesség, duzzadási egyensúlya az ozmotikus és elasztikus erők viszonya alapján történik meg. Struktúrájával akadályozza a „bulk” áramlást. Térfogatkizáró, elektrolitkizáró szerepet tölt be. Két ellentétes funkciót párhuzamosan valósít meg a nagy molekulák szűrése; „sieve effect”, és a gélkromatográfiás oszlophatás révén. Anyagainak típusa, koncentrációja és szerveződése meghatározza az intersticiális mátrix hidratációjának mértékét, permeabilitási és mechanikai tulajdonságait, ezáltal a szövetek fiziológiás funkcióját. A különböző forrásokból gyűlő ismeretanyag gyakorlati felhasználását végül a számítástechnika fejlődése tette lehetővé. Orvosi diagnosztikai eszköz született, ahhoz hasonló matematikai modell alapján, mint ahogyan a röntgenfelvételek százaiból egy számítógép mátrixanalízissel CT-képet „számol”. Következett a tapasztalatgyűjtés, standardizálás hosszú és aprólékos folyamata. A mérések főként Franciaországban, de Moszkvában és az Egyesült Államokban is folytak. Több ezer mérés után megszületett az egészséges populációra jellemző referenciagörbe. Ezek után homogén betegcsoportok vizsgálata következett. Megszülettek az adott patológiára jellemző mérésminták. Több érdekes eredményre jutottak. Az első, hogy megfelelően nagy esetszámot vizsgálva, az egészséges és a „vegyes” (egészséges és különböző diagnózisú) csoportokat összehasonlítva, a referenciagörbe azonos lesz. A referenciagörbék azonban eltérnek valamelyest egymástól földrajzi régiónként. Mi magyarok például a franciákhoz képest depressziósabbak és „gyomorbajosabbak” vagyunk. A következő, mindenképpen elgondolkodtató észlelés az volt, hogy olyan betegségek esetében is, amikor klinikailag egyetlen szerv érintett (pl. hepatitisz), a görbe szinte minden pontja eltérést mutat, vagyis az egész szervezet válaszát látjuk. Még izgalmasabb az az észlelés, hogy a klinikailag hasonló, de eltérő etiológiájú betegségek esetén a két referenciagörbe jelentős eltéréseket mutat (pl. vírusos vagy gyógyszer indukálta hepatitisz). A készülék agya egy általános felhasználású számítógép – praktikusan egy laptop –, melyre az EIS szoftver feltelepítése történik. Ebben találhatók a számítások matematikai formulái, a több ezer addig elvégzett mérés eredményeként összeállított referenciagörbék, a beteg értékelését és az eredmények bemutatását segítő háromdimenziós grafikák, táblázatok és szöveges elemzések. Így egy-egy vizsgálat eredményeit – a számítógépet hónunk alá csapva – máshol újra kiértékelhetjük, kollégánkkal konzultálhatunk róla. A készülék tartozéka még egy kisméretű külső hardver (black-box), a kábelek, valamint a láb és kéz elhelyezésére szolgáló lapelektródák, az egyszer használatos homlokelektródák csatlakozói. Mindezek a szállításhoz kis fémkoffert kaptak. A mérést a test hat pontján elhelyezett elektródákkal végezzük. Két plantáris, két planáris elektróda és a frontális régió két oldalára ragasztott elektródapár indítja el, illetve fogadja a gyenge egyenáramú jeleket. A vizsgálat során az elektródákból aktuálisan mindig kettő vesz részt a mérésben, meghatározott polaritással (anód vagy katód). A készülék a lehetséges harminc mérési variációból (n2-n) huszonkét mérést végez el egymásutánban. Három mérési sorozat követi egymást. Az első és a harmadik egyenárammal, az interstícium vizsgálatára. Az első mérési sor a konduktivitást hivatott meghatározni, a harmadik az ionogrammot. Az itt folyó 1,28 V feszültségű egyenáramnak két fontos tulajdonsága van. Egyrészt nem haladja meg a másfél voltot, ezáltal nem kezdődik meg a szervezetben a vízbontás, így páciensünket nem kell figyelmeztetnünk a durranógáz keletkezésének kockázataira és mellékhatásaira. Másrészt az egyenáram nem hajlandó behatolni az intracelluláris térbe, a sejteket elkerülve az intersticiális térben folyik. Nevezhetnénk ez alapján sokkal inkább „görbáramnak”. A második mérési sorozatban a készülék változó frekvenciájú váltóáramot használ, a testösszetételt vizsgálva. Információt ad többek között a zsírtartalomról, az izomtömegről, a teljes víztömegről. A kardiovaszkuláris, metabolikus rizikó megállapításában a zsírtartalom ad támpontot. Daganatos betegeknél a legfontosabb prognosztikus adat az intra- és extracelluláris víztér aránya, illetve annak változása. A sorozatmérések befejezésével a szoftver összeveti a mért mintákat az adatbázisában tárolt referenciagörbékkel, és a kapott eredményt vizuálisan és szövegesen értékeli. A mért eredményt és az abból levont orvosi következtetést százalékos szenzitivitási és specificitási mutatókkal látja el. Könnyíti az elemzést, illetve növeli a beteg compliance-ét a teljes test, illetve a szervrendszerek háromdimenziós grafikával történő ábrázolása, a csökkent vagy növekedett vezetőképesség, az ebből számolt szervekre vetített aktivitás színkódos jelölése. Az értékelés nemcsak a mért és kalkulált adatokra terjed ki. Az EIS készülék javaslatot ad további vizsgálatok elvégzésére, de aktuális étkezési tanácsokat is összeállít páciensünknek a sav–bázis egyensúly és az ionszintek alapján. A mérés és az abból nyert információk jellegéből adódóan a berendezés az orvosi gyakorlatban a szűrővizsgálatok és a terápiakövetés területén hasznosítható a legjobban. A szűrővizsgálatok terén előnye a non-invazivitás, a gyors elvégezhetőség, a reprodukálhatóság és az átfogó, szervrendszerenkénti elemzés, valamint számos vitális paraméter, hormon- vagy neurotranszmitter szint meghatározása. A terápiakövetés során a klinikai vagy morfológiai jelek detektálható változása előtt már észlelhetőek az EIS készülékkel a sikeres vagy sikertelen terápiára adott ionmiliős válaszok. Így a készülék tulajdonképpen egy non-invazív Astrup-készülékhez hasonló, melynek mérések közötti változásából következtethetünk terápiánk sikerére, legyen az akár vérnyomáscsökkentő, antidiabetikum vagy citosztatikum. Jelenleg az Amerikai Egyesült Államok területén folyik a készülék további fejlesztése, valamint több klinikai vizsgálat, melynek fő fókusza a citosztatikus kezelés monitorozása, hiperaktív gyermekek neurotranszmitter-szintekhez kötött objektív diagnózisa, valamint a depresszió gyógyszeres terápiájának követése. A technikai fejlesztés a készülék mérési tartományának kiterjesztésére irányul, egy újabb panel hozzáépítésével, mely pulzoximetriás és szívfrekvencia-variabilitási adatokkal egészíti ki az eddigi mérési tartományt. A HRV (Heart Rate Variability) a prepartum időszakában az egyik legfontosabb és általánosan használt prognosztikus jel, beszűkülése a császármetszés egyik indikátora, felnőttgyógyászatban azonban mindeddig nem került a gyakorló medicina fókuszába.
A készülék nem csodaszer. Csábító és veszélyes a jól megkomponált grafikus elemzésre bíznunk magunkat, megúsznunk a páciens átfogó értékelését egyetlen 10 perces non-invazív vizsgálattal. Figyelem! A készülék nem vizsgál morfológiát. Nem kérdezi meg helyettünk, hogy a legutóbb felírt gyógyszert kiváltotta-e a beteg. Nincsenek referenciagörbéi ritka betegségekről. Eszébe sem jut, hogy a depresszió hátterében egy zajló válóper áll. Mérését befolyásolja a szobahőmérséklet vagy a páciens által megivott négy presszókávé. Szenzitivitásával feleslegesen ijesztheti meg betegünket, súlyos kórállapotok lehetőségét felvetve. Erőssége viszont, hogy a test olyan bugyraiból, nevezetesen az intersticiális folyadéktérből szállít nekünk rengeteg információt, melyről mindeddig alig tudtunk, és amelynek érzékenyen behangolt egyensúlya, illetve az abban bekövetkezett változások már a klinikai tünetek, a manifesztálódott kórkép megjelenése előtt szignált küldenek felénk. Praktikusan azt látjuk, hogy páciensünk milyen betegségtípus előszobájában áll. Az igazi szoftver ebben az esetben is a mi kortexünkben fejlődik ki; az 1.0-ás verzió úgy ötven elvégzett mérés után. Egy év használat után már a mérések alatt, a felvillanó oszlopok láttán diagnózisok sorjáznak a fejünkben. Ekkorra már tökéletesen működik a kommunikációs interfész közöttünk. Egy „programnyelvet” beszélünk. Az EIS készülék megtalálta helyét a praxisunkban. Tudjuk, értjük, szeretjük és helyén kezeljük.

IRODALOMJEGYZÉK
1. Schoeller D. A. et al.: Bioelectrical impedance analysis. What Does It Measure? Ann NY Acad Sci. 2000;904:159–162.
2. Rigaud B. et al.: Bioelectrical impedance techniques in medicine. Part III: Impedance imaging. First section: general concepts and hardware. Crit Rev Biomed Eng. 1996;24:467–597.
3. Brodie D. et al.: Body composition measurement: a review of hydrodensitometry, anthropometry, and impedance
methods. Nutrition. 1998;14:296–310.
4. Raja M. K. et al.: Changes in tissue water content measured with multiple-frequency bioimpedance and metabolism measured. J Appl Physiol. 2006;101:1070–1075.
5. Kraemer M. A. et al.: New model for the determination
of fluid status and body composition from bioimpedance measurements. Physiol Meas. 2006;27:901–919.
6. Gandhi O. P. et al.: Electromagnetic fields: human safety issues. Annu Rev Biomed Eng. 2002;4:211–234.
7. Hanaki N. et al.: Bioelectrical impedance analysis
to assess changes in body water compartments after digestive surgery. Hepatogastroenterology. 2006;53:723–729.
8. Van De Water J. M. et al.: Impedance cardiography: the next vital sign technology? Chest. 2003;123:2028–2033.
9. Cotter G. et al.: Impedance cardiography revisited. Physiol Meas. 2006;27:817–827.
10. Morimoto T. et al.: Measurement of the electrical
bioimpedance of breast tumors. Eur Surg Res. 1990;22:86–92.
11. Stojadinovic A. et al.: Electrical impedance scanning
for the early detection of breast cancer in young women: preliminary results. J Clin Oncol. 2005;23:2703–2715.
12. Application to the Cottrell equation to chronoamperometry
(F. G. Cottrell, Z. Physik. Chem.) 1902;42:385.
13. Kyle U. G. et al.: Composition of the ESPEN Working Group. Bioelectrical impedance analysis – part I: review of principles and methods. Clin Nutr. 2004;23:1226–1243.
14. Zhu F. et al.: Application of bioimpedance techniques to peritoneal dialysis. Contrib Nephrol. 2006;150:119–128.
15. Importance of the Cotrell equation for biosensors study.
Journal of Applied Physiology 67(5): 1210-1519, 1998
16. Ikchata M. et al.: On reconstruction in the inverse conductivity problem with one measurement. Inverse Probleme. 2000;16:785–793.
17.Willumsen N. J. et al.: High throughput electrophysiology:
New perspectives for ion channel drug discovery. Receptors and Channels. 2003;9(1):3–12.
18. Neher E.: Ion channels for communication between and within cells (Nobel Lecture). Neuron, 1992;8:605–612.
19. Owen D. et al.: Channelling drug discovery. Current trends in ion channel drug discovery research. Drug
DiscoveryWorld. 2002;3(2):48–61.
20. Marinesco et al.: Improved electrochemical detection
of biogenic amines in Aplysia using base-hydrolyzed cellulose-coated carbon fiber electrodes. J Neurosci Meth. 2002;117:87–97.
21. Niels Fogh-Andersen et al.: Composition of Interstitial
Fluid CLIN. CHEM. 1995;41(10):1522–1525.
22. Gilanyi M. et al.: Ion concentrations in subcutaneous
interstitial fluid: measured versus expected values. Am J Physiol. 1988;255:F513–9.
23. H. Guo et al.: The Quick Discrete Fourier Transform.
Proc. IEEE Conf. Acoust. Speech and Sig. Processing
(ICASSP) 1994;3:445–448.
24. A. Edelman et al.: The future fast Fourier transform?
SIAM J. Sci. Computing. 1999;20:1094–1114.
25. H. Guo et al.: Fast approximate Fourier transform via wavelets transform. Proc. SPIE Intl. Soc. Opt. Eng. 1996;2825:250–259.
26. O. V. Shentov et al.: Subband DFT. I. Definition, interpretations and extensions. Signal Processing. 1995;41(3).261–277.
27. Martin G. R. et al.: Non invasive measurement of interstitial pH profiles in normal and neoplastic tissue using fluorescence microscopy. Cancer Res. 1994(Nov1);54(21):5670–5674.
28. Ron de Kloet E. et al.: Stress and the brain: from adaptation to disease. Nature Reviews Neuroscience. PMID 15891777. 2005;6:463–475.

Copyright © 2014 drsooszoltan.hu. Minden jog fenntartva.

United Kingdom gambling site click here