Sepsis ist eine lebensbedrohliche Reaktion auf Infektionen und psychische Erkrankungen wie posttraumatische Belastungsstörung (PTBS). Ein Team aus Ingenieuren und Medizinern der University of California San Diego hat ein flexibles, klebstoffintegriertes Gerät entwickelt, um die zervikale Nervenaktivität beim Menschen nicht-invasiv zu messen. Dieses Tool könnte möglicherweise dazu verwendet werden, die Behandlung von Patienten mit Sepsis zu informieren und zu verbessern.
Die Studie baut auf den zahlreichen und grundlegenden Funktionen des zervikalen Vagusnervs auf, dem oberen Teil des Vagusnervs, der den Darm mit dem Darm verbindet Einnahme von Medikamenten. Der zervikale Vagusnerv überwacht lebenswichtige körperliche Prozesse wie Immunantwort und Verdauung, übermittelt Informationen über die Gesundheit benachbarter innerer Organe und spielt eine Rolle bei schweren psychiatrischen Erkrankungen wie Stimmung und Angst Erkrankungen.
Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler zervikale elektroneurographische Beweise für autonome Biotypen (Kampf oder Flucht versus Ruhe und Verdauung) identifiziert haben, die bei verschiedenen Herausforderungen des autonomen oder unwillkürlichen Nervensystems bemerkenswert konsistent sind.
Wissenschaftler können die elektrische Aktivität über verschiedene Nerven aufzeichnen, indem sie die flexible Anordnung von Elektroden des neuen Geräts verwenden, die sich von der unteren Vorderseite des Halses bis zum oberen Rücken erstrecken. Die Echtzeit-Datenvisualisierung wird durch eine integrierte Benutzeroberfläche ermöglicht, und die Personen werden basierend auf der Reaktion ihres Nervensystems auf Stress in einem speziell entwickelten Algorithmus gruppiert.
Wissenschaftler führten eine Reihe von Tests durch, bei denen die Studienteilnehmer ihre Hand in Eiswasser legen und halten mussten, gefolgt von einer zeitgesteuerten Atemübung, um menschliche autonome Biotypen oder Gruppen von Patienten zu untersuchen, deren unwillkürliches Nervensystem ähnlich auf Stress reagierte. Vor und nach der Eiswasser-Herausforderung und während der Atemübung zeichnete das Array die Herzfrequenz der Probanden und die Signalübertragung der Zervikalnerven oder Elektroneurographie auf.
Es wurde festgestellt, dass die Studienteilnehmer durchweg in zwei unterschiedliche Biotypgruppen fielen: diejenigen, deren neurale Aktivität und Herzfrequenz während beider Tests zunahmen, und diejenigen, die den gegenteiligen Trend zeigten. Der einzigartige Algorithmus des Geräts identifizierte Unterschiede in der Reaktion spezifischer Nervencluster auf Stressoren wie Schmerzen, die durch das Eiswasser verursacht werden, und körperliche Symptome wie Schwitzen und eine erhöhte Herzfrequenz im Zusammenhang mit der zeitgesteuerten Atmungsherausforderung.
Co-Autor Todd Coleman, Ph.D., Professor am Department of Bioengineering an der UC San Diego Jacobs School of Engineering, sagte, „Die Ergebnisse sind spannend. Das Array konnte die Aktivität des autonomen Nervensystems aufzeichnen, und wir waren angenehm überrascht, konsistente autonome Reaktionen über Stresstest-Herausforderungen hinweg zu beobachten. Es ist jedoch noch mehr Arbeit erforderlich, um unsere Sensorfähigkeiten in größeren Populationen zu demonstrieren.“
„Obwohl das Elektrodenarray die genauen Nerven, die als Reaktion auf den Stress und die Schmerzen der Kaltwasserherausforderung feuern, nicht identifizieren konnte, hoffen wir, dass es eines Tages bei der Diagnose und Behandlung von Erkrankungen wie PTBS und Sepsis"
„Ihr neues Gerät könnte Klinikern schließlich dabei helfen, das Ansprechen der Patienten auf die Therapie zu messen PTSD, wie zum Beispiel tiefe Atemübungen, die während der Achtsamkeitsmeditation eingesetzt werden, indem die neuronale Feuerung im Vagusnerv überwacht wird.
Die Wissenschaftler planen außerdem, das Array mit zusätzlicher Hardware für einen drahtlosen, tragbaren Sensor zu integrieren, der außerhalb des Labors eingesetzt werden kann. Sie entwickeln jetzt Pläne für eine klinische Studie zum Nachweis von Sepsis im Krankenhaus.
Journal Referenz:
- Bu, Y., Kurniawan, JF, Prince, J. et al. Ein flexibles Elektrodenarray mit haftender Oberfläche, das zur zervikalen Elektroneurographie während einer sequentiellen autonomen Belastungsherausforderung geeignet ist. Sci Rep 12, 19467 (2022). DOI: 10.1038 / s41598-022-21817-w
