Ultradźwiękowy pomiar lepkości krwi – nowy parametr życiowy w diagnostyce chorób serca
Przez dziesięciolecia lekarze polegali na podstawowych parametrach życiowych – tętnie, ciśnieniu krwi, temperaturze i poziomie tlenu – aby oceniać stan zdrowia pacjentów. Jednak naukowcy z Uniwersytetu Missouri są przekonani, że pomijany był jeden istotny wskaźnik: lepkość krwi, czyli to, jak gęsta lub „lepka” jest krew podczas przepływu przez naczynia. Opracowali oni przełomową technologię, która pozwala monitorować ten parametr bezinwazyjnie i w czasie rzeczywistym.
Lepkość krwi odgrywa ukrytą, ale kluczową rolę w wielu chorobach – wiąże się z sześcioma z dziesięciu głównych przyczyn zgonów w Stanach Zjednoczonych, w tym z chorobami serca, udarem i nowotworami.
Gęstsza, wolniej płynąca krew zmusza serce do cięższej pracy i zwiększa ryzyko zakrzepów oraz uszkodzeń tkanek – wyjaśnia dr Nilesh Salvi, główny autor badania i naukowiec w College of Agriculture, Food and Natural Resources Uniwersytetu Missouri.
– Ciśnienie krwi mówi nam, co dzieje się ze ścianami naczyń, ale nie z samą krwią. Lepkość może być tym brakującym elementem – podkreśla Salvi.
Nowe urządzenie wykorzystuje fale ultradźwiękowe do pomiaru lepkości krwi w czasie rzeczywistym, jednak prawdziwa innowacja kryje się w jego oprogramowaniu. System delikatnie wprawia krew w drgania za pomocą ciągłej fali dźwiękowej i jednocześnie rejestruje jej odpowiedź. Następnie specjalny algorytm analizuje sposób, w jaki dźwięk rozchodzi się przez krew i tkanki. Dzięki zaawansowanej matematyce i przetwarzaniu sygnałów urządzenie może po raz pierwszy jednocześnie określać gęstość i lepkość krwi z jednego pomiaru.
Od silników spalinowych do medycyny
Co ciekawe, ta technologia nie została pierwotnie zaprojektowana z myślą o medycynie.
Salvi opracował ją podczas pracy nad czujnikami monitorującymi jakość oleju w silnikach. Założył nawet firmę zajmującą się rozwojem czujników do badania stanu smarów w czasie rzeczywistym.
Pod wpływem swojego mentora, prof. Jinglu Tana z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Biomedycznej, Salvi zaczął badać możliwość zastosowania tych samych zasad w analizie płynów biologicznych. Tan pomógł mu udoskonalić naukowe podstawy projektu.
Kiedy potencjał medyczny stał się oczywisty, do zespołu dołączył prof. William Fay z Wydziału Farmakologii Medycznej i Fizjologii Uniwersytetu Missouri. Jego doświadczenie kliniczne umożliwiło połączenie inżynierii i badań biomedycznych.
– Pomiar lepkości krwi od zawsze był trudny – mówi prof. Fay. – Wymaga specjalistycznego sprzętu laboratoryjnego, którego większość szpitali nie posiada. To nowe urządzenie może całkowicie zmienić sytuację – daje precyzyjne pomiary w czasie rzeczywistym, bez pobierania krwi.
Tradycyjnie lepkość określa się na podstawie próbek krwi, co samo w sobie może zmieniać jej właściwości. Urządzenie z Missouri mierzy lepkość wewnątrz organizmu (in situ), dzięki czemu odzwierciedla jej rzeczywiste zachowanie.
– Krew to żywy organ – przypomina prof. Tan. – Nie można jej wyjąć z organizmu i oczekiwać, że zachowa się tak samo. Pomiar w ciele czyni tę metodę wyjątkowo wiarygodną.
Nowe możliwości w diagnostyce i terapii
Technologia może zrewolucjonizować monitorowanie chorób takich jak niedokrwistość sierpowatokrwinkowa, w której nieregularny kształt erytrocytów zwiększa lepkość krwi i zagraża narządom. Ciągły pomiar mógłby pomóc lekarzom dostosowywać transfuzje i leczenie farmakologiczne do aktualnych potrzeb pacjenta, a nie jedynie do planowych terminów badań.
Zespół badawczy kontynuuje prace nad przygotowaniem technologii do badań klinicznych na ludziach. Długoterminowym celem Salviego jest włączenie lepkości krwi do zestawu rutynowych parametrów życiowych – obok tętna, ciśnienia i saturacji.
Ponieważ system jest głównie programowy, może działać na tanim, łatwo dostępnym sprzęcie, co otwiera drogę do stworzenia przenośnych lub nawet ubieralnych urządzeń medycznych.
– To nie tylko nowe urządzenie, ale zupełnie nowy sposób patrzenia na ludzkie ciało – mówi Salvi. – Gdy zaczniemy obserwować lepkość krwi w czasie rzeczywistym, zrozumiemy przepływ krwi i rozwój chorób na poziomie, którego dotąd nie osiągnęliśmy.
Źródło: Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, „A model-based method for in situ viscosity measurement with continuous-wave ultrasound”
DOI: https://doi.org/10.1115/1.4065582
