המידה שבה העיבוד התת מודע של הכאב, או ה"נוסיספציה", של מטופל ניתוחי מנוהל כראוי על ידי הרופא המרדים שלו, תשפיע ישירות על מידת תופעות הלוואי של התרופה לאחר הניתוח שהם יחוו והצורך בטיפול נוסף בכאב שהם ידרשו. . אבל כאב הוא תחושה סובייקטיבית למדידה, גם כשהמטופלים ערים, ופחות כשהם מחוסרי הכרה. במחקר חדש, חוקרים של MIT ומסצ'וסטס הכללי של בית החולים (MGH) מתארים קבוצה של מודלים סטטיסטיים שכמתו באופן אובייקטיבי נוציספציה במהלך ניתוח. בסופו של דבר, הם מקווים לעזור לרופאים מרדימים לייעל את מינון התרופה ולמזער את הכאב ותופעות הלוואי שלאחר הניתוח.
הדגמים החדשים משלבים נתונים שנרשמו בקפידה במשך 18,582 דקות של 101 ניתוחי בטן בגברים ונשים ב-MGH. בהנחייתה של הסטודנטית לתואר שני ב-MIT לשעבר, Sandya Subramanian, כיום עוזרת פרופסור באוניברסיטת ברקלי ובאוניברסיטת סן פרנסיסקו, החוקרים אספו וניתחו נתונים מחמישה חיישנים פיזיולוגיים, כאשר מטופלים חוו בסך הכל 49,878 "גירויים נוציספטיביים" ברורים (כגון חתכים או צריבה) . יתרה מכך, הצוות רשם אילו תרופות ניתנו, וכמה ומתי, כדי להביא בחשבון את ההשפעות שלהן על נוסיספציה או מדדים קרדיווסקולריים. לאחר מכן הם השתמשו בכל הנתונים כדי לפתח קבוצה של מודלים סטטיסטיים שעשו ביצועים טובים בהצביעו בדיעבד על תגובת הגוף לגירויים נוציספטיביים.
מטרת הצוות היא לספק מידע מדויק, אובייקטיבי ועקרוני פיסיולוגי כזה בזמן אמת לרופאים מרדימים שנאלצים כיום להסתמך במידה רבה על אינטואיציה וניסיון עבר בהחלטה כיצד לתת תרופות לשיכוך כאב במהלך הניתוח. אם רופאי מרדים נותנים יותר מדי, חולים עלולים לחוות תופעות לוואי החל מבחילות ועד דליריום. אם הם נותנים מעט מדי, המטופלים עלולים לחוש כאב מוגזם לאחר שהם מתעוררים.
"העבודה של סנדיה עזרה לנו לבסס דרך עקרונית להבין ולמדוד נוסיספציה (כאב לא מודע) במהלך הרדמה כללית", אמר מחבר המחקר הבכיר אמרי נ. בראון, פרופסור אדוארד הוד טפלין להנדסה רפואית ומדעי המוח החישוביים במכון פיקואר ללמידה ו זיכרון, המכון להנדסה ומדע רפואי, והמחלקה למדעי המוח והקוגניציה ב-MIT. בראון הוא גם רופא מרדים ב-MGH ופרופסור בבית הספר לרפואה בהרווארד. "המטרה הבאה שלנו היא להפוך את התובנות שהשגנו ממחקריה של סנדיה לאמינות ומעשיות עבור רופאים מרדימים לשימוש במהלך הניתוח."
ניתוח וסטטיסטיקה
המחקר, שפורסם ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים, החל כפרויקט עבודת הדוקטורט של Subramanian במעבדתו של בראון בשנת 2017. הניסיונות הקודמים הטובים ביותר למודל אובייקטיבי של nociception הסתמכו אך ורק על אלקטרוקרדיוגרמה (ECG, אינדיקטור עקיף לשונות קצב הלב) או מערכות אחרות שעשויות לשלב יותר מדידה אחת, אבל התבססו על ניסויי מעבדה באמצעות גירויי כאב שאינם משתווים בעוצמתם לכאב ניתוחי או אושרו על ידי צבירת נקודות זמן בודדות בלבד על פני ניתוחים מרובים של חולים, אמר Subramanian.
אין מקום אחר לחקור כאב ניתוחי מלבד חדר הניתוח. רצינו לא רק לפתח את האלגוריתמים באמצעות נתונים מניתוח, אלא גם לאמת אותם בהקשר שבו אנחנו רוצים שמישהו ישתמש בהם. אם אנו מבקשים מהם לעקוב אחר תחושת רעש מרגע לרגע במהלך ניתוח אינדיבידואלי, עלינו לאמת זאת באותה דרך".
סנדיה סוברמניאן, לשעבר סטודנטית לתואר שני ב-MIT, עוזרת פרופסור באוניברסיטת ברקלי ובאוניברסיטת סן פרנסיסקו
אז היא ובראון פעלו כדי לקדם את הטכנולוגיה על ידי איסוף נתונים מרובי חיישנים במהלך כל מהלך הניתוחים בפועל ועל ידי התחשבות בהשפעות המבלבלות של התרופות הניתנות. בדרך זו, הם קיוו לפתח מודל שיוכל ליצור תחזיות מדויקות שיישארו תקפות עבור אותו מטופל לאורך כל הניתוח.
חלק מהשיפורים שהשיג הצוות נבע ממעקב אחר דפוסי קצב הלב וגם מוליכות העור. שינויים בשני הגורמים הפיזיולוגיים הללו יכולים להוות אינדיקציות לתגובת "הילחם או ברח" הראשונית של הגוף לנוסיספציה או לכאב, אך תרופות מסוימות המשמשות במהלך הניתוח משפיעות ישירות על מצב הלב וכלי הדם, בעוד שמוליכות העור (או "EDA", פעילות אלקטרודרית) נותרת בלתי מושפעת. . המחקר מודד לא רק א.ק.ג. אלא גם מגבה אותו ב-PPG, מדד אופטי לדופק (כמו חיישן החמצן בשעון חכם), מכיוון שאותות אק"ג יכולים לפעמים להרעיש בגלל כל הציוד החשמלי שזמזם בחדר הניתוח. באופן דומה, Subramanian עצרה את מדדי ה-EDA עם מדידות של טמפרטורת העור כדי להבטיח ששינויים בהולכה של העור מזיעה נובעים מ- nociception ולא רק שהמטופל חם מדי. המחקר גם עקב אחר הנשימה.
לאחר מכן, המחברים ביצעו ניתוחים סטטיסטיים כדי לפתח מדדים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית מכל אחד מהאותות הקרדיווסקולריים והמוליכות העור. וברגע שכל מדד הוקם, ניתוח סטטיסטי נוסף אפשר לעקוב אחר המדדים יחד כדי לייצר מודלים שיוכלו ליצור חיזויים מדויקים ועקרוניים של מתי התרחשה נוציספציה ושל תגובת הגוף.
מסמר רעש
בארבע גרסאות של המודל, Subramanian "פיקח" עליהם על ידי הזנתם במידע על מתי התרחשו גירויים נוציספטיביים בפועל, כך שהם יוכלו ללמוד את הקשר בין המדידות הפיזיולוגיות לבין שכיחות אירועים מעוררי כאב. בחלק מהגרסאות המאומנות הללו היא השאירה מידע על סמים ובחלק מהגרסאות היא השתמשה בגישות סטטיסטיות שונות (או "רגרסיה לינארית" או "יער אקראי"). בגרסה חמישית של המודל, המבוססת על גישת "מרחב המדינה", היא השאירה אותו ללא פיקוח, כלומר היה עליו ללמוד להסיק רגעים של nociception אך ורק מהמדדים הפיזיולוגיים. היא השוותה את כל חמש הגרסאות של הדגם שלה לאחד מהסטנדרטים הנוכחיים בתעשייה, מודל מעקב ECG שנקרא ANI.
ניתן להמחיש את הפלט של כל דגם כגרף המשרטט את מידת הניחוש החזוי לאורך זמן. ANI פועלת בדיוק מעל הסיכוי אבל מיושם בזמן אמת. הדגם הלא מפוקח פעל טוב יותר מ-ANI, אם כי לא בדיוק כמו הדגמים המפוקחים. הביצועים הטובים ביותר של אלה היו כאלה ששילבו מידע על תרופות והשתמשו בגישת "יער אקראי". ובכל זאת, מציינים המחברים, העובדה שהמודל הבלתי מפוקח פעל בצורה משמעותית יותר מהמקרה מעידה על כך שאכן קיימת חתימה הניתנת לזיהוי אובייקטיבית של המצב הנוציספטיבי של הגוף גם כשמסתכלים על פני מטופלים שונים.
"מסגרת מרחב מצבי המשתמשת בתצפיות פיזיולוגיות רב-חושיות יעילה בחשיפת המצב הנוציספטיבי המרומז הזה עם הגדרה עקבית על פני מספר נושאים", כתבו סוברמניאן, בראון ושותפיהם. "זהו צעד חשוב לקראת הגדרת מדד למעקב אחר נוציספציה מבלי לכלול מידע נוציספטיבי של 'אמת קרקע', המעשית ביותר עבור מדרגיות ויישום במסגרות קליניות."
ואכן, השלבים הבאים של המחקר הם הגדלת דגימת הנתונים ושכלול המודלים כך שיוכלו בסופו של דבר להיות מיושמים בחדר הניתוח. זה ידרוש לאפשר להם לחזות נוציספציה בזמן אמת, ולא בניתוח פוסט-הוק. כאשר ההתקדמות הזו תתבצע, זה יאפשר לרופאים מרדימים או לרופאים אינטנסיביים להודיע על שיפוטם לגבי מינון תרופות הכאב. בהמשך העתיד, המודל יוכל ליידע מערכות בלולאה סגורה המנתנות תרופות באופן אוטומטי תחת פיקוחו של הרופא המרדים.
"המחקר שלנו הוא צעד ראשון וחשוב לקראת פיתוח סמנים אובייקטיביים למעקב אחר נוסיספציה כירורגית", סיכמו המחברים. "סמנים אלו יאפשרו הערכה אובייקטיבית של נוציספציה במסגרות קליניות מורכבות אחרות, כמו טיפול נמרץ, וכן יזרז פיתוח עתידי של מערכות בקרה בלולאה סגורה עבור nociception."
בנוסף לסוברמניאן ובראון, מחברי העיתון הנוספים הם בריאן טסנג, מרסלה דל כרמן, אנקת'רין גודמן, דאגלס דאל וריקרדו ברביירי.
מימון מ-The JPB Foundation, The Picower Institute for Learning and Memory, George J. Elbaum (MIT '59, SM '63, PhD '67), Mimi Jensen, Diane B. Greene (MIT, SM '78), מנדל רוזנבלום, ביל סוונסון, קאתי ולו פאגליה, תורמים שנתיים לקרן יוזמת ההרדמה, הקרן הלאומית למדע ולמשרד MIT לחינוך לתארים מתקדמים Collabmore-Rogers Fellowship תמכו במחקר.
