Dobowy pomiar temperatury wewnętrznej i zewnętrznej ciała za pomocą systemu VitalSense

Transkrypt

1 Dobowy pomiar temperatury wewnętrznej i zewnętrznej ciała za pomocą systemu VitalSense Circadian cycle of core and superficial body temperature measurement by VitalSense system Paweł Zalewski 1, Jacek J. Klawe 2, Katarzyna Buszko 3, Małgorzata Tafil-Klawe 4, Małgorzata Łukowicz 1 1 Katedra i Zakład Laseroterapii i Fizjoterapii CM UMK, ul. M. Skłodowskiej-Curie 9, Bydgoszcz, tel. +48 (0) , p.zalewski@cm.umk.pl 2 Katedra i Zakład Higieny i Epidemiologii CM UMK, ul. M. Skłodowskiej-Curie 9, Bydgoszcz 3 Katedra Podstaw Teoretycznych Nauk Biomedycznych i Informatyki Medycznej, Zakład Teorii Układów Biomedycznych CM UMK, ul. Jagiellońska 13, Bydgoszcz 4 Katedra Fizjologii, Zakład Fizjologii Człowieka CM UMK, ul. Karłowicza 24, Bydgoszcz Streszczenie Prawidłowy i wiarygodny pomiar wewnętrznej i zewnętrznej temperatury ciała stanowi ważny element w monitorowaniu parametrów życiowych organizmu człowieka, zarówno w warunkach prawidłowych, jak i w różnych stanach chorobowych. Temperatura krwi w tętnicy płucnej jest uznawana za najbardziej zbliżoną do temperatury głębokiej ciała. Istnieje kilka sposobów pomiaru wewnętrznej i zewnętrznej temperatury ciała, m.in. przy użyciu termometru, termistorów wewnętrznych i zewnętrznych lub kapsułek telemetrycznych. W niniejszym opracowaniu przedstawiono sposób pomiaru okołodobowych zmian wewnętrznej i zewnętrznej temperatury ciała przy użyciu systemu VitalSense. Badania zostały przeprowadzone na grupie sześciu zdrowych mężczyzn w wieku lat (średnia wieku 22,1 lat). W przypadku temperatury wewnętrznej najniższa średnia wartość wyniosła 36,8 +/- 0,47 C, najwyższa średnia wartość wyniosła 37,19 +/- 0,19 C. W przypadku średniej temperatury zewnętrznej najniższa średnia wartość wyniosła 33,55 +/- 1,67 C, najwyższa 34,87 +/- 0,95 C. Najniższa zanotowana temperatura zewnętrzna wyniosła 30,03 C, a najwyższa 36,76 C. W każdym przypadku na poziomie istotności α=0,05 stwierdzono występowanie statystycznie istotnej różnicy między średnią temperaturą zewnętrzną T zew a średnią temperaturą wewnętrzną T wew (p<0,05). Obserwowane różnice w analizowanych średnich temperaturach wahały się w zakresie 2,50-3,30 C. W większości przypadków obserwuje się istotną statystycznie korelację między temperaturą wewnętrzną a temperaturą zewnętrzną. Odnotowano ujemne korelacje (r = -0,4467, p = 0,0000; r = -0,3478, p = 0,0000) między temperaturami. Zanotowane dodatnie korelacje między temperaturą zewnętrzną T zew a temperaturą wewnętrzną T wew były słabe (r = 0,016, r = 0,06), a w niektórych przypadkach nieistotne statystycznie (p>0,05). Bezprzewodowy system pomiaru temperatury wewnętrznej i zewnętrznej ciała VitalSense jest przydatnym i wiarygodnym narzędziem pomiaru temperatury ciała, które może znaleźć zarówno zastosowanie kliniczne, jak i naukowo- -badawcze. Słowa kluczowe: pomiar temperatury, rytm okołodobowy Abstract Correct and reliable measurement of superficial and core body temperature is a very important monitoring factor of the vital body activities. It is essential to monitor both normal-physiological and abnormal-pathological body temperature. Temperature of blood in pulmonary artery (PA) is regarded as the "gold standard" measurement for the core body temperature. Body temperature may be measured by means of clinical thermometers, external and internal thermistors or telemetric capsules. This study was undertaken to examine circadian changes of external and internal body temperature that were measured by VitalSense system. The examinations were performed on six male volunteers (age 22,1 +/- 4,8 years. The mean minimum core body temperature was 36,8 +/- 0,47 C and the mean maximum core body temperature: 37,19 +/- 0,19 C. The minimum core body temperature amounted 35,00 C and maximum 38,02 C The mean minimum superficial body temperature was 33,55 +/- 1,67 C and the mean maximum superficial body temperature was 34,87 +/- 0,95 C. The minimum superficial body temperature was 30,03 C and maximum 36,76 C. The range of differences between mean superficial body temperature T zew and mean core body temperature T wew was significant (p<0.05). The observed variations of mean temperatures oscillated between 2,50-3,30 C. In most cases superficial and core body temperature were correlated. Minus correlations (r= , p=0.0000; r= , p=0.0000) between temperatures were also observed. Weak positive correlations between superficial T zew and core body temperatures T wew (r=0,016, r=0.06) were noted, however not statistically significant (p>0,05). VitalSense is a wireless system for superficial and core body temperature measurement that can be used as a clinical or scientific device. Key words: body temperature measurement, circadian rhythm Wstęp Do najważniejszych czynników, wpływających na wytwarzanie podstawowego produktu przemian metabolicznych ciepła, należą podstawowa przemiana materii i aktywność mięśni szkieletowych. Metabolizm hormonów, głównie tyroksyny, adrenaliny i noradrenaliny ma również istotny wpływ na proces wytwarzania ciepła w organizmie [1, 2]. Temperatura głęboka utrzymuje się na względnie stałym poziomie, a jej wahania wynoszą ok. 0,6 C [1, 2]. Za średnią, prawidłową temperaturę wnętrza ciała przyjmuje się temperaturę w przedziale od 36,6 C do 37 C, jednakże czynniki wewnętrzne i zewnętrzne mogą spowodować wzrost temperatury do 38,3-40 C lub jej spadek do ok. 35,5 C [1, 2, 3]. Prawidłowy i wiarygodny pomiar wewnętrznej i zewnętrznej temperatury ciała stanowi ważny element w monitorowa- 133

2 niu parametrów życiowych organizmu człowieka zarówno w warunkach prawidłowych, jak i w różnych stanach chorobowych. W przypadku pomiaru temperatury wewnętrznej, Giuliano i wsp. wskazuje na temperaturę krwi w tętnicy płucnej (PA) jako właściwą temperaturę wnętrza ciała. Pomiar temperatury wewnątrz przełyku na wysokości serca koreluje z temperaturą krwi w tętnicy płucnej (średnia różnica -0,1+/-0,5 C) [Robinson i wsp.]. Innym, dość dokładnym i stosunkowo łatwo dostępnym sposobem pomiaru temperatury wnętrza ciała jest pomiar rektalny, który istotnie koreluje z pomiarem temperatury w tętnicy płucnej oraz w przełyku (średnia różnica -0,4+/-1,0 C) [Robinson i wsp.]. Kolejnym sposobem pomiaru temperatury głębokiej jest pomiar jej wartości przy użyciu czujnika podczerwieni, umieszczanego w okolicy błony bębenkowej (TM). Temperatura błony bębenkowej jest porównywalna z temperaturą krwi w tętnicy płucnej (średnia różnica -0,3+/-0,5 C) [Erickson and Meyer]. Wartość temperatury błony bębenkowej różni się po obu stronach (średnia różnica 0,58 C) i choć jest dość silnie skorelowana z temperaturą panującą w tętnicy płucnej, to kliniczne zastosowanie tego pomiaru jest mało przydatne [4, 5, 6]. Najbardziej powszechnym, stosunkowo wiarygodnym oraz łatwo dostępnym pomiarem temperatury ciała jest jej pomiar w dole pachowym. Porównując otrzymane wartości temperatury w dole pachowym do wartości temperatury w tętnicy płucnej, obserwuje się różnice w pomiarze uzyskane po stronie lewej i prawej (średnia różnica 0,47 C i 0,50 C) [Fulbrook i wsp.; 5]. Kolejną metodą pomiaru wewnętrznej i zewnętrznej temperatury ciała jest zastosowanie zdalnych czujników temperatury, transmitujących mierzone wartości drogą radiową. Stosowanie kapsułki temetrycznej oraz czujnika dermalnego (skórnego) zostało zapoczątkowane już w 1968 roku (Mackay). Elektroniczny system pomiarowy i nadawczy jest wciąż ulepszany, w celu uzyskania coraz bardziej wiarygodnych i stabilnych pomiarów [Sparling i wsp., O'Brein i wsp., Coyne i wsp.; 3, 7]. Jedną z obecnie stosowanych metod temetrycznego pomiaru temperatury jest system VitalSense firmy Mini Mitter. System ten opiera się na zastosowaniu wewnętrznych i zewnętrznych czujników temperatury, przekazujących wyniki pomiarów drogą radiową. Czujnik temperatury wewnętrznej stanowi kapsułka, odporna na działanie enzymów trawiennych Jonah TM Core Body Temperature Capsule (CBTC). Korelacja pomiędzy pomiarami temperatury przy użyciu CBTC a temperaturą krwi w tętnicy płucnej jest bardzo silna i wynosi r 2 = 0,96, p<0,001 [3, 7, 8, 9]. Cel Celem niniejszego opracowania jest przedstawienie metody pomiaru wewnętrznej i zewnętrznej temperatury ciała za pomocą systemu VitalSense. Materiał i metody Fot. 1 Czujnik temperatury wewnętrznej systemu VitalSense Jonah TM Core Body Temperature Capsule (CBTC) Fot. 2 Czujnik temperatury zewnętrznej systemu VitalSense Wirelss Dermal Temperature Patch Fot. 3 Zdalny monitor temperatury systemu VitalSense The VitalSense Monitor Badania zostały przeprowadzone na grupie sześciu zdrowych mężczyzn w wieku lat (średnia wieku 22,1 lat). Badane osoby były w pełni zdrowe, przez cały okres pomiaru temperatury nie zwiększały swojej aktywności fizycznej, poza wykonywaniem codziennych czynności. Badani nie byli również poddawani oddziaływaniu innych czynników, które mogłyby wpłynąć na zmianę temperatury ciała. Pomiary temperatury wewnętrznej i zewnętrznej ciała badanych osób wykonano przy użyciu systemu VitalSense firmy Mini Mitter. Temperatura wewnętrzna mierzona była za pomocą kapsułki temetrycznej (zakres mierzonych temperatur od 25 C do 50 C), która została połknięta przez osoby badane (fot. 1). Temperaturę zewnętrzną mierzono, używając samoprzylepnego termistora, zakres mierzonych temperatur wynosi od -20 C do 60 C (fot. 2). Samoprzylepny czujnik temperatury zewnętrznej umieszczono w lewym, górnym segmencie klatki piersiowej w linii środkowo-obojczykowej. System VitalSense dokonywał pomiarów z dokładnością do 0,1 C, z częstotliwością odświeżania co 15 s. Wartości temperatur były przekazywane na drodze radiowej do specjalnego odbiornika monitora, gdzie następnie były zapisywane w jego pamięci wewnętrznej (fot. 3). Podczas badania dokonano pomiaru temperatury zewnętrznej (T zew ) i wewnętrznej (T wew ) co 1 minuta, przez 1300 do 3000 minut. Uzyskane dane zostały wyeksportowane do komputera PC, a następnie poddane analizie statystycznej. W statystycznej analizie zebranych danych zawarto statystykę opisową zarejestrowanych temperatur. Ponadto porównano pomiary temperatury zewnętrznej i wewnętrznej, używając testu t-studenta dla zmiennych powiązanych, oraz 134

3 Rys. 1 Przykładowy okołodobowy przebieg zarejestrowanych temperatur: (T wew ) wewnętrznej oraz (T zew ) zewnętrznej Wyniki Przykładowy przebieg zarejestrowanych temperatur przedstawia rys. 1. Zgromadzone dane podczas rejestracji przez system VitalSense dają możliwość ścisłego określenia rozpoczęcia pomiaru temperatury wewnętrznej i zewnętrznej, jej szczegółowego przebiegu oraz zakończenia rejestracji wartości temperatury dla każdego z czujników. W tabeli 1 zestawiono średnie wartości i odchylenia standardowe średniej, wartość minimalną i maksymalną zarejestrowanej temperatury zewnętrznej i wewnętrznej we wszystkich analizowanych przypadkach. Na rys. 2-5 przedstawiono wielokrotne wykresy pudełkowe z odpowiednimi statystykami opisowymi dla wszystkich badanych osób. Rys. 2 i 4 przedstawiają średnią temperaturę, odchylenie standardowe oraz błąd standardowy. Natomiast rys. 3 i 5 przedstawiają medianę, kwartyle i rozstęp dla zarejestrowanych temperatur. W przypadku temperatury wewnętrznej najniższa średnia wartość wyniosła 36,8 C +/- 0,49 C przypadek 3, natomiast najwyższa średnia wartość wyniosła 37,19 C +/- 0,19 C przypadek 5 (rys. 2). Najniższa zanotowana temperatura wewnętrzna wyniosła 35,00 C, a najwyższa 38,02 C. W większości analizowanych przypadków 75% odnotowanych temperatur nie przekraczało wartości 37,5 C, podczas gdy 25% zarejestrowanych temperatur sięgało powyżej 36,50 C (rys. 3). W przypadku średniej temperatury zewnętrznej, najniższa średnia wartość wyniosła 33,55 C +/- 1,67 C przypadek 3, natomiast najwyższa 34,87 C +/- 0,95 C przypadek 4 (rys. 4). Najniższa zanotowana temperatura zewnętrzna wyniosła 30,03 C, a najwyższa 36,76 C. W większości analizowanych przypadków 75% odnotowanych temperatur nie przekraczało wartości 35,00 C, natomiast zwykle 25% zarejestrowanych pomiarów temperatury sięgało powyżej 33,00 C (rys. 5). Rys. 2 Wykres pudełkowy dla średniej temperatury wewnętrznej dla każdej z badanych osób Tabela 1 Średnie wartości i odchylenia standardowe średniej, minimalna i maksymalna wartość zarejestrowanych temperatur: zewnętrznej i wewnętrznej dla każdej z badanych osób Średnia T Odchylenie standardowe S T T min T max T wew (1) 36,85 0, ,30 37,49 T zew (1) 34,14 0, ,13 35,91 T wew (2) 36,85 0, ,36 37,30 T zew (2) 34,04 0, ,76 36,35 T wew (3) 36,80 0, ,01 37,70 T zew (3) 33,55 1, ,03 35,94 T wew (4) 37,02 0, ,00 38,02 T zew (4) 34,87 0, ,74 36,76 T wew (5) 37,19 0, ,59 37,91 T zew (5) 34,36 1, ,11 36,70 T wew (6) 37,02 0, ,57 37,59 T zew (6) 34,46 0, ,04 36,47 przeprowadzono analizę regresji z testem istotności współczynnika korelacji Pearsona. W celu porównania pomiarów w badanej próbce, przeprowadzono analizę wariancji dla pomiarów powtarzanych. Wszystkie testy statystyczne zostały przeprowadzone na poziomie istotności α=0,05. Ponadto przeprowadzono analizę braków danych przez wyznaczenie procentowych wskaźników struktury. Wyniki przeprowadzonych badań zestawiono w tabelach oraz zilustrowano odpowiednimi wykresami. Do analizy i prezentacji zebranych danych użyto programu Statistica w wersji 6.0. Rys. 3 Wykres pudełkowy dla mediany temperatury wewnętrznej T wew dla każdej z badanych osób Rys. 4 Wykres pudełkowy dla średniej temperatury zewnętrznej T zew dla każdej z badanych osób 135

4 Rys. 5 Wykres pudełkowy dla mediany temperatury zewnętrznej T zew dla każdej z badanych osób Rys. 8 Przykładowy wykres rozrzutu danych z dopasowaną prostą i zaznaczonym 95-proc. przedziałem ufności dla przypadku 3 Rys. 6 Przykładowy wykres rozrzutu danych z wykresami pudełkowymi dla średniej temperatury zewnętrznej T zew ± S Tzew (poziomy wykres) i średniej temperatury wewnętrznej T wew ± S Twew (pionowy wykres) oraz wyniki analizy regresji liniowej dla przypadku 3 Rys. 7 Wykres rozrzutu danych z wykresami pudełkowymi dla średniej temperatury zewnętrznej T zew ± S Tzew (poziomy wykres) i średniej temperatury wewnętrznej T wew ± S Twew (pionowy wykres) oraz wyniki analizy regresji liniowej dla przypadku 6 Przedstawione wyniki pokazują, że zarejestrowane wartości temperatury zewnętrznej i wewnętrznej wykazują znaczne różnice. W celu sprawdzenia różnic między tymi temperaturami, przeprowadzono test t-studenta dla zmiennych powiązanych. W każdym przypadku na poziomie istotności α=0,05 stwierdzono występowanie statystycznie istotnej różnicy między średnią temperaturą zewnętrzną T zew a średnią temperaturą wewnętrzną T wew (p<0,05). Obserwowane różnice w analizowanych średnich temperaturach wahały się w zakresie 2,50-3,30 C. Rys. 9 Przykładowy wykres rozrzutu danych z dopasowaną prostą i zaznaczonym 95-proc. przedziałem ufności dla przypadku 6 Dla przedstawionych pomiarów temperatury zbadano zależność między temperaturą zewnętrzną a temperaturą wewnętrzną. W większości przypadków obserwuje się istotną statystycznie korelację między temperaturą wewnętrzną a temperaturą zewnętrzną. Na szczególną uwagę zasługują odnotowane ujemne korelacje (r = -0,4467, p = 0,0000; r = -0,3478, p = 0,0000) między temperaturami. W wymienionych przypadkach wzrostowi temperatury zewnętrznej T zew towarzyszy obniżanie się temperatury wewnętrznej T wew. Powyższe wnioski ilustruje wykres rozrzutu danych z dołączonymi wykresami pudełkowymi dla średniej temperatury zewnętrznej i wewnętrznej (rys. 6, 7). Do wykresu dołączono dane z analizy regresji: wartość współczynnika korelacji Pearsona r, wartości p-value, otrzymane w teście istotności współczynnika korelacji, oraz wzór opisujący prostą regresji liniowej (rys. 6, 7). Przedstawiono również analogiczny wykres rozrzutu danych z dopasowaną prostą oraz zaznaczonym 95-proc. przedziałem ufności (rys. 8, 9). Zanotowane dodatnie korelacje między temperaturą zewnętrzną T zew a temperaturą wewnętrzną T wew były słabe (r = 0,016, r = 0,06) i w niektórych przypadkach nieistotne statystycznie (p>0,05). W przeprowadzonych pomiarach temperatur interesująca okazała się analiza braków danych, a ocena przyczyn, z jakich one wystąpiły, pozwala na udoskonalenie pomiaru w przyszłości. Ryc. 10 przedstawia procentowe wskaźniki struktury dla braków danych w poszczególnych pomiarach. Zaobserwowano znacznie większe ubytki danych w pomiarze temperatury wewnętrznej niż w przypadku pomiaru temperatury zewnętrznej. Ubytki danych w stosunku do każdego pomiaru w przypadku temperatury wewnętrznej wynoszą od 16,10% do 55,36%. Natomiast w przypadku pomiaru temperatury zewnętrznej od 0,44% do 15,86%. Warto zwrócić uwagę na fakt, że w pomiarze 3 otrzymano istotną statystycznie ujemną korelację między temperaturą wewnętrzną a temperaturą zewnętrz- 136

5 Rys. 10 Procentowe wskaźniki struktury dla braków danych w pomiarze temperatur zewnętrznej i wewnętrznej dla każdego przypadku ną, a ubytek danych pomiaru obydwu temperatur jest niewielki rzędu 15-16%. Dyskusja Uzyskane wyniki rejestracji temperatury zewnętrznej i wewnętrznej w sposób jednoznaczny ukazują jej dobową zmienność oraz istotną zależność temperatury zewnętrznej od temperatury wewnętrznej ciała. W tych przypadkach, gdzie rejestracja temperatury przebiegała ze stosunkowo niskim poziomem utraty danych, obserwowano istotną statystycznie ujemną wartość korelacji między temperaturą wewnętrzną a zewnętrzną ciała (rys. 6, 10). Przedstawione wyniki potwierdzają obserwacje, że wzrostowi temperatury wewnętrznej towarzyszy spadek temperatury zewnętrznej ciała oraz odwrotnie, spadkowi temperatury wewnętrznej towarzyszy wzrost temperatury zewnętrznej ciała (rys. 1). Zakres zarejestrowanych temperatur, zarówno wewnętrznej, jak i zewnętrznej, oscylował w zakresie fizjologicznych norm, co dodatkowo potwierdza wiarygodność zastosowanego systemu pomiaru [1, 2]. Tym samym można założyć, że prawidłowo zarejestrowane wartości temperatury zewnętrznej i wewnętrznej ciała, w warunkach norm fizjologicznych powinny korelować ze sobą w sposób ujemny (rys. 10). Wyniki analizy statystycznej uzyskanych pomiarów zależą od ilości zarejestrowanych pomiarów, co z kolei uwarunkowane jest wskaźnikiem utraty danych podczas pomiaru. Im mniejsza ilość utraty danych, tym pomiar jest bardziej wiarygodny i przydatny z punktu naukowo-badawczego lub klinicznego. System VitalSense umożliwia zarejestrowanie wiarygodnych pomiarów temperatury, jednakże ich ilość jest ściśle uzależniona od przestrzegania procedury pomiaru przez osoby badane. Struktura zebranych danych, znaczna przewaga pomiarów temperatury zewnętrznej nad pomiarami temperatury wewnętrznej, wskazuje na występowanie trudności w transmisji uzyskanych pomiarów z kapsułki CBTC. Aby umożliwić zarejestrowanie jak najwięcej wartości temperatury wewnętrznej, odległość monitora czyli właściwego odbiornika danych nie może przekraczać 50 cm od okolicy jamy brzusznej. Zasięg dla czujnika temperatury zewnętrznej jest zdecydowanie większy i wynosi do cm. Analizując uzyskane wyniki pomiarów temperatury, można uznać, że zdalny, bezprzewodowy system pomiaru temperatury wewnętrznej i zewnętrznej ciała VitalSense jest przydatnym i wiarygodnym narzędziem pomiaru temperatury ciała. System ten, ze względu na swą funkcjonalność i rzetelność, może być stosowany zarówno jako narzędzie pomiarowe w praktyce klinicznej, jak i w pracy naukowo-badawczej. Wnioski 1. System VitalSense jest wiarygodnym narzędziem zdalnego pomiaru temperatury ciała. 2. Im mniejszy stopień utraty danych podczas rejestracji temperatury, tym uzyskane wyniki są bardziej wiarygodne. 3. Przestrzeganie prawidłowej metodyki pomiaru temperatury przy użyciu systemu VitalSense warunkuje niski poziom utraty danych. Literatura 1. S.J. Konturek: Fizjologia człowieka. Podręcznik dla studentów medycyny, Elsevier Urban&Partner, Wrocław W.Z. Traczyk, A. Trzebski: Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa A.C. Guyton: Textbook of Medical Physiology, W.B. Saunders Company, Philadelphia and London J.E. McKenzie, D.W. Osgood: Validation of a new telemetric core temperature monitor, Journal of Thermal Biology, vol. 29, 2004, s P. Fulbrook: Core body temperature measurement: a comparison of axilla, tympanic membrane and pulmonary artery blood temperature. Intensive Crit. Care Nursing, vol. 13, 1997, s R.S. Erikson, L.T. Meyer: Accuracy of infrared ear thermometry and other temperature methods in adults, Am. J. Crit. Care, vol. 3, 1994, s C. O'Brein, R.W. Hoyt, M.J. Buller, J.W. Castellani: Telemetry pill measurement of core temperature in humans during active heating and cooling, Med. Sci. Sports Exercise, vol. 45, 1998, s M.D. Coyne, C.M. Kesick, T.J. Doherty, M.A. Kolka: Circadian rhythm changes in core temperature over the menstrual cycle: method for noninvasive monitoring. Am. J. Physiol. Regulatory Integrative Comp. Physiol., vol. 279, 2000, s T.J. Doherty, M.D. Coyne, C.M. Kesick, L.A. Stephenson: CIRCAD: Automated Analysis of Circadian Core Temperature Data, Natick, MA. US Army Res. Inst. Env. Med., otrzymano / received: r. zaakceptowano / accepted: r. 137