Evaluation of a Wearable Photoplethysmography-Based Platform for Continuous Physiological Monitoring in Awake Swine Models

अरंडी के बीजों में पाए जाने वाले विष, रिसिन (ricin) द्वारा विषाक्तता एक भयानक रूप से तीव्र घटना है। एक बार शरीर में प्रवेश करने के बाद, यह कोशिकाओं की प्रोटीन बनाने की क्षमता को बंद कर देता है, जिससे कुछ ही घंटों के भीतर अंग विफल होने लगते हैं। क्षति इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती है कि जहर शरीर में कैसे पहुँचा। यदि इसे सांस के जरिए लिया जाए, तो यह फेफड़ों को तरल पदार्थ से भर देता है, जिससे सांस लेना असंभव हो जाता है। यदि इसे मांसपेशियों में इंजेक्ट किया जाए, तो यह एक ऐसी श्रृंखला शुरू करता है जिससे रक्त वाहिकाएं अनियently फैल जाती हैं, जिससे रक्तचाप गिर जाता है और शरीर ऑक्सीजन के लिए तरसने लगता है। क्योंकि पीड़ित को बचाने का समय बहुत कम होता है, इसलिए डॉक्टरों और शोधकर्ताओं को समस्या के पहले संकेतों को पहचानने का एक तरीका चाहिए, इससे पहले कि शरीर ढह जाए। पारंपरिक रूप से, इसके लिए रक्त वाहिकाओं में ट्यूब डालने और जानवरों को एनेस्थीसिया के प्रभाव में रखने की आवश्यकता होती थी, जो शरीर की प्रतिक्रिया को बदल देता है और जहर का स्वाभाविक रूप से अध्ययन करना कठिन बना देता है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक बेहतर तरीके की तलाश में थे: एक ऐसा उपकरण जो बिना छुए एक जीवित, चलते-फिरते जानवर की निगरानी कर सके, और हृदय तथा फेफड़ों के कार्य में उन सूक्ष्म बदलावों को ट्रैक कर सके जो आपदा की शुरुआत का संकेत देते हैं।

हाल ही के एक अध्ययन में, इज़राइल इंस्टीट्यूट फॉर बायोलॉजिकल रिसर्च के शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए एक नए प्रकार के पहनने योग्य मॉनिटर का परीक्षण किया कि क्या यह सूअरों में इन शुरुआती चेतावनी संकेतों को पकड़ सकता है। उन्होंने सूअरों को इसलिए चुना क्योंकि उनके हृदय और फेफड़े हमारे बहुत समान काम करते हैं, जो उन्हें मानव चिकित्सा के लिए सबसे अच्छे परीक्षण विषय बनाते हैं। टीम ने एक छाती पर पहने जाने वाले सेंसर का उपयोग किया जो पल्स और रक्त प्रवाह को पढ़ने के लिए त्वचा में प्रकाश भेजता है, जिसे फोटोप्लेथिस्मोग्राफी (photoplethysmography) कहा जाता है। यह उपकरण, जो एक छोटे पैच जैसा दिखता है, बाईस जागते हुए सूअरों को पहनाया गया था। पाँच सूअरों ने एक स्वस्थ नियंत्रण समूह के रूप में कार्य किया, जबकि अन्य को या तो उनके फेफड़ों के माध्यम से या जांघ की मांसपेशी में इंजेक्शन के माध्यम से रिसिन के संपर्क में लाया गया। लक्ष्य सरल था: क्या यह गैर-आक्रामक (non-invasive) पैच उस क्षण को पहचान सकता है जब जहर काम करना शुरू करता है, और क्या यह अंत तक गिरावट को ट्रैक कर सकता है?

परिणामों ने दिखाया कि उपकरण शरीर के संघर्ष की पहली लहर को पकड़ने में उल्लेखनीय रूप से सक्षम था। जहर दिए गए दोनों समूहों में, सेंसर ने निगरानी अवधि के लगभग चालीस से पैंतालीस प्रतिशत के हिस्से में एक स्पष्ट बदलाव का पता लगाया। जानवरों के दिल की धड़कन तेज होने लगी, और प्रत्येक धड़कन के साथ पंप किए जाने वाले रक्त की मात्रा बढ़ गई। यह शरीर का एक हताश प्रयास था, जो ऑक्सीजन के प्रवाह को बनाए रखने की कोशिश कर रहा था, बावजूद इसके कि विष हमला कर रहा था। उपकरण ने रिसिन इंजेक्ट किए गए सूअरों में रक्त वाहिकाओं के प्रतिरोध में गिरावट को भी देखा, जो एक संकेत है कि उनका परिसंचरण तंत्र खतरनाक रूप से ढीला होना शुरू हो गया है। ये शुरुआती रुझान सुसंगत और स्पष्ट थे, जो साबित करते हैं कि एक पहनने योग्य सेंसर वास्तव में एक प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली के रूप में कार्य कर सकता है, जो जानवर को बेहोश किए बिना या उसमें घुसपैंती वाली ट्यूब डाले बिना, स्थिर अवस्था से संघर्षपूर्ण अवस्था में संक्रमण को देख सकता है।

हालाँकि, जैसे-जैसे विषाक्तता अपने अंतिम, महत्वपूर्ण चरणों की ओर बढ़ी, तकनीक की सीमाएं स्पष्ट हो गईं। रिसिन इंजेक्ट किए गए सूअरों में, उपकरण रक्तचाप में उस गंभीर गिरावट को देखने में विफल रहा जो इस प्रकार के जहर के मामले में होती है। जबकि पिछले अध्ययनों में उपयोग की जाने वाली आक्रामक विधियों ने रक्तचाप में तेजी से गिरावट दिखाई थी, पहनने योग्य सेंसर ने रिपोर्ट किया कि दबाव अपेक्षाकृत स्थिर बना हुआ था। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि सेंसर त्वचा के माध्यम से यात्रा करने वाली पल्स पर निर्भर करता है, और जब शरीर सदमे (shock) में होता है, तो अंगों की रक्त वाहिकाएं इस तरह से बदल जाती हैं जो प्रकाश-आधारित रीडिंग को भ्रमित कर देती हैं। इसी तरह, जिन सूअरों ने विष को सांस के जरिए लिया था, उनके मामले में उपकरण उनकी श्वसन दर के साथ तालमेल नहीं बिठा सका। जैसे ही जानवरों ने हवा के लिए छटपटाहट शुरू की, और एक मिनट में साठ से अधिक बार सांस लेने लगे, सेंसर के सॉफ्टवेयर की एक सीमा आ गई। यह प्रति मिनट केवल लगभग चालीस सांसों तक ही गिन सका, इसलिए इसने तेज़, उथली सांसों को एकल, धीमी घटनाओं में मिला दिया, जिससे प्रभावी रूप से उनके श्वसन संकट की गंभीरता छिप गई। उपकरण फेफड़ों में तरल पदार्थ के जमा होने से भी अनभिज्ञ रहा, जो पतन का एक प्रमुख कारक है, क्योंकि यह छाती के भीतर पानी को नहीं माप सकता है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह पहनने योग्य तकनीक संकट के शुरुआती घंटों के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, जो शारीरिक परेशानी के पहले संकेतों को देखने का एक निरंतर, कम तनाव वाला तरीका प्रदान करती है। यह शोधकर्ताओं को बता सकता है कि शरीर कब लड़ना शुरू करता है, जो हस्तक्षेप के समय को निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण है। फिर भी, यह क्रिटिकल केयर में उपयोग की जाने वाली भारी-भरकम निगरानी का पूर्ण विकल्प नहीं है। एक बार जब शरीर विफलता के अंतिम चरणों में प्रवेश कर जाता है, तो गैर-आक्रामक सेंसर पूरी तस्वीर देखने की अपनी क्षमता खो देता है, जिससे रक्तचाप में गहरी गिरावट और सांस लेने की उन्मत्त गति छिप जाती है जो अंत के खेल को परिभाषित करती है। शोधकर्ता एक हाइब्रिड दृष्टिकोण का सुझाव देते हैं: शुरुआत से लगातार जानवर की निगरानी करने के लिए पहनने योग्य उपकरण का उपयोग करना, और फिर स्थिति गंभीर होने पर केवल उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले आक्रामक उपकरणों पर स्विच करना। यह संयोजन वैज्ञानिकों को समस्या को जल्दी पकड़ने और साथ ही उस विस्तृत डेटा को प्राप्त करने की अनुमति देगा जिसकी आवश्यकता तब होती है जब नुकसान की पूरी सीमा को समझना सबसे महत्वपूर्ण होता है।