Kada lekari žele da saznaju više o pacijentovom riziku od kardiovaskularnih bolesti, mogu naručiti srčani stres test. Ali kada je u pitanju rizik od moždanog udara, ne postoji ekvivalentan skalabilan i isplativ test funkcije mozga koji bi pomogao lekarima da savetuju pacijente o njihovom potencijalnom riziku. Upitnik koji pita pacijente o faktorima rizika koji doprinose trenutno je najbolji alat za procenu takvog rizika.
Sada je tim inženjera i naučnika sa Caltech-a i Keck School of Medicine of USC razvio uređaj zasnovan na slušalicama koji se može koristiti za neinvazivnu procenu rizika od moždanog udara kod pacijenta praćenjem promena u protoku i zapremini krvi dok učesnik zadržava dah. Uređaj sadrži sistem zasnovan na laseru i pokazao je obećavajuće rezultate u smislu razlikovanja pojedinaca sa niskim i visokim rizikom od moždanog udara.
Moždani udar pogađa skoro 800.000 Amerikanaca svake godine i vodeći je uzrok ozbiljne, dugotrajne invalidnosti u Sjedinjenim Državama. To je uzrokovano blokadom ili rupturom arterije u mozgu, što rezultira smanjenjem protoka krvi. U nedostatku kiseonika, ćelije mozga brzo umiru — oko 2 miliona svake minute tokom moždanog udara.
„Sa ovim uređajem, po prvi put, imaćemo način da saznamo da li je rizik da neko u budućnosti dobije moždani udar značajan ili ne na osnovu fiziološkog merenja“, kaže Sajmon Maler, vodeći autor rada koji opisuje novu tehniku i uređaj, i postdoktorskog naučnika u laboratoriji Changhuei Iang, profesora elektrotehnike, bioinženjeringa i medicinskog inženjerstva Thomasa G. Miersa na Caltech-u i istraživača Instituta za medicinska istraživanja Heritage.
„Mislimo da ovo može zaista da revolucioniše način na koji se procenjuje rizik od moždanog udara i da će na kraju pomoći lekarima da utvrde da li je rizik pacijenta stabilan ili se pogoršava.
„Očekuje se da će naša optička tehnologija za neinvazivno merenje protoka krvi biti korisna za brojne aplikacije za bolesti mozga“, kaže Jang, koji je i izvršni direktor za elektrotehniku u Caltech-u. On je napomenuo da je ovaj projekat deo veće saradnje sa dr Čarlsom Liuom, profesorom kliničke neurološke hirurgije, hirurgije, psihijatrije i bihejvioralnih nauka i biomedicinskog inženjerstva na Medicinskom fakultetu u Keck-u, i njegovim timom.
Rad pod naslovom „Korelacija rizika od moždanog udara sa dinamikom neinvazivne cerebrovaskularne perfuzije korišćenjem prenosnog laserskog uređaja za optičku spektroskopiju sa spekle kontrastom“ pojavljuje se u Biomedical Optics Ekpress.
Generalno, krvni sudovi postaju čvršći kako osoba stari, što znači da im je teže da se prošire kako bi propustili krv. To, zauzvrat, znači da je osoba sklonija moždanom udaru.
Tim Caltecha razvio je kompaktni uređaj koji sija infracrveno lasersko svetlo kroz lobanju i u mozak na jednoj lokaciji, a zatim koristi specijalnu kameru u blizini da prikupi svetlost koja se odbija nakon što je raspršena krvlju koja teče unutar krvnih sudova.
Pristup, nazvan optička spektroskopija spekle kontrasta (SCOS), meri smanjenje intenziteta svetlosti od mesta gde ono ulazi u lobanju do mesta gde se sakuplja odbijeno svetlo da bi se odredila zapremina krvi u krvnim sudovima mozga; takođe posmatra način na koji se svetlost rasipa i stvara mrlje u vidnom polju kamere.
Tačkice variraju na slikama u zavisnosti od brzine protoka krvi u krvnim sudovima. Što brže teče krv, to se brže menja polje pega.
Istraživači mogu da koriste ta merenja da izračunaju odnos protoka i zapremine krvi koja struji kroz sud kako bi dobili predstavu o riziku od moždanog udara tog pacijenta.
Tim je sproveo studiju od 50 učesnika. Oni su koristili trenutno korišćeni upitnik za rizik od moždanog udara, Klivlendski kalkulator rizika od moždanog udara, kako bi podelili učesnike u dve grupe: jednu sa niskim rizikom i jednu sa visokim rizikom. Zatim su tri minuta merili protok krvi kod svakog dobrovoljca, kvantifikujući brzinu protoka i zapreminu krvi koja stiže do mozga. Nakon jednog minuta, zamolili su učesnike da zadrže dah.
Zadržavanje daha opterećuje vaš mozak jer počinje da primećuje da uzima previše ugljen-dioksida, a nedovoljno kiseonika. Prelazi u ono što Maler naziva „režim panike“ i počinje da pumpa kiseonik iz ostatka tela u sebe. Ovo značajno povećava protok krvi u mozgu.
Kada prestanete da zadržavate dah, nivoi kiseonika se vraćaju na početnu vrednost. Iako se ovo dešava i kod ljudi sa niskim i visokim rizikom od moždanog udara, istraživači su otkrili da postoje razlike između grupa u pogledu načina na koji se krv kretala kroz sudove.
SCOS tehnika omogućava istraživačima da izmere koliko se krvni sudovi šire dok subjekt zadržava dah i koliko brže krv teče kroz sudove kao odgovor. „Ova reaktivna merenja ukazuju na krutost plovila“, kaže Jang. „Naša tehnologija omogućava da se ovakva merenja po prvi put naprave neinvazivno.“
„Ono što smo otkrili je jasan, upečatljiv dokaz o različitoj reakciji protoka krvi i zapremine krvi između dve grupe“, kaže Ju Ksi Huang, jedan od vodećih autora novog rada i diplomirani student u Jangovoj laboratoriji.
U grupi sa niskim rizikom od moždanog udara, istraživači su primetili manji porast protoka krvi tokom vežbe zadržavanja daha u poređenju sa grupom sa visokim rizikom od moždanog udara, ali veće povećanje zapremine krvi – pokazatelj da više krvi može da protiče kroz proširene krvne sudove.
„Jasno možemo videti da grupa sa većim rizikom ima veći odnos protoka i zapremine, gde imaju brži protok, ali manji volumen krvi tokom zadržavanja daha“, kaže Maler. Ovo je uzrokovano ukočenošću krvnih sudova i ukazuje na veće šanse za rupturu. „Ako bi neko došao sa izuzetno visokom vrednošću odnosa protoka i zapremine, mogli bismo posumnjati da će ta osoba imati moždani udar u bliskoj budućnosti.
Tim sprovodi dodatna istraživanja koristeći trenutni prototip uređaja za snimanje na pacijentima u bolnici u Visalia, Kalifornija, kako bi prikupio dodatne podatke od veće, raznovrsnije populacije. Istraživači takođe planiraju da ugrade mašinsko učenje u proces prikupljanja podataka uređaja i da sprovedu kliničko ispitivanje koje bi uključivalo praćenje pacijenata tokom više od dve godine kako bi se poboljšala tehnologija.
Oni se nadaju da bi se uređaj na kraju mogao široko koristiti ne samo za predskrining rizika od moždanog udara, već i da pomogne u otkrivanju gde se tačno u mozgu moždani udar već dogodio.
