使用近红外光谱测量血液透析患者的组织氧合

Summary

我们提出了一种通过使用近红外光谱监测仪测量血液透析（HD）患者区域氧饱和度（rSO₂）的方案。rSO₂ 值是组织氧合的指标。这种无创和实时监测可能有助于确认HD期间器官氧合的变化。

Abstract

近红外光谱（NIRS）最近已被用作测量区域氧饱和度（rSO₂）的工具，这是组织氧合的标志物，用于心血管和脑外科手术，新生儿监测和院前医学等临床环境。近红外光谱监测设备是实时和非侵入性的，主要用于评估危重患者在手术或重症监护期间的脑氧合。到目前为止，包括血液透析（HD）在内的慢性肾脏病（CKD）患者使用近红外光谱监测是有限的;因此，我们研究了HD期间某些器官的rSO₂ 值。我们使用近红外光谱设备以2个附着波长发射近红外光，监测rSO₂ 值。HD患者仰卧位，将rSO₂ 测量传感器分别连接到额头、右肋骨和小腿，以评估大脑、肝脏和小腿肌肉中的rSO₂ 。近红外光谱监测可能是阐明HD患者器官氧合变化或影响CKD患者组织氧合的因素的新方法。本文描述了一种测量以rSO₂ 为代表的组织氧合的方案，应用于HD患者。

Introduction

近红外光谱（NIRS）已被用于评估区域氧饱和度（rSO 2），这是组织氧合的标志物，特别是在各种临床环境中的脑氧合¹，₂，³，最近已应用于接受血液透析（HD）的患者⁴，⁵，^6，7，⁸，^9，10，11. 据报道，脑 rSO₂ 与亨廷顿舞蹈症患者或非透析慢性肾脏病 （CKD） 患者的认知功能有关^11，12。然而，到目前为止，近红外光谱监测在CKD患者中的使用受到限制。

由于近红外光谱监测是实时和非侵入性的，我们评估了其作为HD患者监测设备的实用性。虽然近红外光谱主要用于测量大脑rSO 2，但我们也研究了HD期间其他器官的rSO₂值。 具体来说，将rSO 2测量传感器连接到前额，右肋骨和小腿，以分别评估大脑，肝脏和下肌肉中的rSO₂。结果表明，近红外监测可能是阐明HD患者器官氧合变化或影响CKD患者组织氧合的因素的新方法。

迄今为止，在临床环境中，在HD，血容量监测，中心静脉血氧饱和度，胸廓入院和电子听诊器引导的估计血压（BP）期间进行了连续监测¹³，^14，15;然而，低血压的预测或设备的广泛使用存在局限性。相比之下，这里的新无创方法可以提供单个器官中透析内氧动力学的实时信息。因此，这种监测方法可以允许在透析内低血压的早期阶段检测短暂的器官缺血，也可以允许HD的安全表现。本文描述了一种测量以rSO₂为代表的组织氧合的方案，应用于HD患者。

Protocol

所有参与者都提供了书面知情同意书。该研究得到了日本吉智医科大学埼玉医学中心机构审查委员会的批准（RIN 15-104）。

1. 用于监测_{rSO 2} 的装置

1. 准备用于测量组织氧合的近红外光谱设备。该设备有四个通道，可以同时在多达四个器官中进行测量。
2. 准备一个用于近红外光谱监测的测量传感器，通过发射两个附着波长的近红外光来评估每个器官中的 rSO₂ 值。

2. 安装测量传感器

1. 在HD之前，让每位患者仰卧位休息至少5分钟。
2. 将测量传感器连接到前额、右肋骨和小腿，以分别评估大脑、肝脏和小腿肌肉中的 rSO₂ 。
3. 监测脑氧合
   1. 将测量传感器连接到主半球的前额。
4. 监测肝氧合
   1. 准备超声检查以测量患者肝脏从体表到肝脏的深度。确认此测量值距离体表在 20–30 毫米以内。接下来，将测量传感器连接到右侧的肋骨。
      注意：在本装置中，应在距体表20-30毫米的深层组织中获得rSO₂ 值。在某些情况下，由于存在厚皮下脂肪，肝脏可能位于距体表30毫米以上的地方。
5. 监测肌肉氧合
   1. 将测量传感器连接到右侧或双侧小腿。
6. 传感器连接和为设备供电
   1. 将每个传感器连接到设备的引线。接下来，打开设备，开始测量氧合。

3.穿刺透析分流并开始监测

1. 穿刺透析分流器
   1. 刺穿患者的透析分流器以开始HD治疗。此时，使用配备透析机的数字血压计测量血压，并使用注射器收集血液样本。
2. 开始监控
   1. 开始HD治疗后，开始监测三个器官的组织氧合：大脑，肝脏和小腿肌肉。
3. HD期间监测rSO₂
   1. 观察每个器官的rSO₂ 值的变化，并定期测量血压，以及HD治疗期间的常规监测，包括心率，静脉压和血容量。确认连接区域以及传感器和引线之间的连接。

Representative Results

HD前脑_rSO 2值低于健康受试者，HD糖尿病（DM）患者脑rSO₂低于无DMHD患者（图1）¹⁶。此外，尽管HD期间组织氧合继续且血压没有降低，但我们偶然观察到由于透析内低血压引起的脑和肝脏rSO 2的变化（图2）。由于连续监测，组织氧合的变化比间歇监测血压更快。 数据表示为标准误差±平均值。非配对值的方差分析用于比较三组。

图1：HD患者糖尿病患者（n = 27）、无糖尿病HD患者（n = 27）和健康受试者（n = 28）中HD前脑_{rSO 2} 的比较。患者包括38名男性和16名女性，平均年龄为67.7岁±1.2岁，HD持续时间为6.5±1.9年。慢性肾脏病的病因为糖尿病（27例）、慢性肾小球肾炎（14例）、肾硬化（4例）、多囊肾病（4例）和其他（5例）。误差线指示标准误差。数据依据的是上一份报告¹⁶，并修改了该数字。分米;糖尿病，HD;血液透析，rSO₂;区域血氧饱和度。 请点击此处查看此图的大图。

图 2：急性透析中低血压患者的脑和肝脏 rSO₂ 的变化。英国石油公司;血压，心率;小时，rSO₂;区域氧饱和度，UFR;超滤率。 请点击此处查看此图的大图。

Discussion

近红外光谱监测主要用于评估脑rSO₂，特别是在需要体外循环的心脑血管手术中。在包括亨廷顿舞蹈症治疗在内的体外循环中，一些器官可能显示相对缺血⁷，^17，18;然而，目前尚不清楚组织氧合是否变得低。亨廷顿舞蹈症期间的肌肉痉挛或腹痛可能是透析内器官灌注不足引起的低灌注前驱症状之一。然而，在HD治疗中，目前还没有实时评估组织氧合的方法。因此，我们专注于使用这种监测设备来评估上述协议的器官氧合。该方案对HD患者是无创的，有助于实时确认组织氧合的变化。

如图1所示，HD糖尿病患者的脑rSO₂低于无DM患者。此外，较高的血管钙化与较低的脑氧合有关¹⁹。因此，微血管和大血管疾病可能与脑氧合受损有关。此外^，HD患者的脑rSO₂相对保持在60-150 mmHg以内4。然而，在透析期间低血压中，血压急剧下降可能导致器官氧合的变化（图2）。在通过该协议观察rSO₂值的变化之前，我们无法确认HD期间组织氧合的影响。除了持续监测动脉压外，通常间歇性评估血压。相比之下，近红外光谱的连续监测可能能够在HD期间通过血压变化检测到器官氧合的变化之前检测到器官氧合的变化。因此，我们可以在确认血压降低之前观察缺氧状态。除血压变化外，输血、低密度脂蛋白单采和超滤还可能导致器官氧合发生变化，例如小腿^的rSO₂₂₂₂^。因此，我们应该注意HD期间器官氧合的急性变化。

此协议有几个限制。首先，大脑rSO₂ 只能从前额测量;然而，很难在后脑循环中进行这种评估。由于测量传感器是密封型，因此它们的传感器可以固定在头发上。接下来，肝脏rSO₂ 的测量需要确认皮下脂肪厚度。在肥胖患者中，测量的rSO₂ 可能不准确，因为近红外光无法到达靶器官。第三，rSO₂ 值可能受到身体运动或体位（即仰卧位和坐姿）的影响。因此，在亨廷顿舞蹈症期间，患者应尽可能在床上和同一位置进行测量。

此外，本协议中测量的rSO₂ 值代表混合静脉饱和度，其反映了静脉（70-80%），毛细血管（5%）和动脉（20-25%）血液中的组织氧合²³。因此，rSO₂ 值的变化不一定与经皮血氧饱和度的变化平行^24，25。因此，应仔细解释测量的rSO₂ 值。此外，如果近红外监测设备可用，该协议易于执行且对患者无创。因此，这种方法将提供广泛的通用性。我们希望这种近红外光谱监测仪将来能够配备透析机作为透析监测仪。

总之，我们已经描述了一种通过近红外光谱测量HD患者组织氧合的方案。HD期间的这种监测可能会为HD治疗影响的组织氧合变化提供新的发现。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
DBB-100NX	Nikkiso	DBB-100NX	Dialysis machine
INVOS 5100c	Covidien Japan	INVOSTM 5100c	tissue oxygenation device
SOMASENSER	Covidien Japan	CV-SAFB-SM/INTL	NIRS sensor