Summary
Vi præsenterer en protokol til måling af regional iltmætning (rSO2) hos hæmodialysepatienter (HS) ved hjælp af en nær-infrarød spektroskopimonitor. rSO2-værdien er et indeks for iltning af væv. Denne ikke-invasive overvågning i realtid kan være nyttig til at bekræfte ændringer i iltning af organer under HS.
Abstract
Nær-infrarød spektroskopi (NIRS) er for nylig blevet anvendt som et værktøj til måling af regional iltmætning (rSO2), en markør for iltning af væv, i kliniske omgivelser, herunder kardiovaskulær og hjernekirurgi, neonatal overvågning og præhospital medicin. NIRS-overvågningsenhederne er realtids- og ikke-invasive og er hovedsageligt blevet brugt til evaluering af cerebral iltning hos kritisk syge patienter under en operation eller intensiv pleje. Indtil videre har brugen af NIRS-overvågning hos patienter med kronisk nyresygdom (CKD), herunder hæmodialyse (HS), været begrænset; Derfor undersøgte vi rSO2-værdier i nogle organer under HS. Vi overvågede rSO 2-værdier ved hjælp af en NIRS-enhed, der transmitterede nær-infrarødt lys ved2 bølgelængder af vedhæftning. HS-patienterne blev placeret i liggende stilling med rSO 2-målesensorer fastgjort til panden, den rigtige hypokondrium og underbenene for at evaluere rSO2 i henholdsvis hjerne-, lever- og underbensmusklerne. NIRS-overvågning kan være en ny tilgang til at afklare ændringer i organoxygenering under HS eller faktorer, der påvirker iltning af væv hos CKD-patienter. Denne artikel beskriver en protokol til måling af vævsoxygenering repræsenteret ved rSO2 som anvendt i HS-patienter.
Introduction
Nær-infrarød spektroskopi (NIRS) er blevet brugt til at evaluere regional iltmætning (rSO 2), en markør for iltning af væv, især cerebral iltning i forskellige kliniske indstillinger 1,2,3 og er for nylig blevet anvendt på patienter, der gennemgår hæmodialyse (HD)4,5,6,7,8,9,10, 11. Cerebral rSO2 er angiveligt forbundet med kognitiv funktion hos patienter, der gennemgår HS eller patienter med ikke-dialyseret kronisk nyresygdom (CKD)11,12. Indtil videre har brugen af NIRS-overvågning imidlertid været begrænset hos patienter med CKD.
Da NIRS-overvågning er realtidsovervågning og ikke-invasiv, vurderede vi dens anvendelighed som overvågningsenhed hos patienter, der gennemgår HS. Selvom NIRS hovedsageligt bruges til at måle cerebral rSO 2, undersøgte vi også rSO 2-værdier i andre organer under HS. Specifikt blev rSO 2-målesensorerne fastgjort til panden, højre hypokondrium og underbenene for at evaluere rSO 2 i henholdsvis hjernen, leveren og nedre muskler. Resultaterne viste, at NIRS-overvågning kunne være en ny tilgang til at afklare ændringer i organoxygenering under HS eller faktorer, der påvirker iltning af væv hos CKD-patienter.
Til dato er kontinuerlig monitorering blevet udført under HS, overvågning af blodvolumen, central venøs iltmætning, thoraxindlæggelse og elektronisk stetoskopstyret estimeret blodtryk (BP) i kliniske omgivelser13,14,15; Der er dog begrænsninger for forudsigelse af hypotension eller den brede anvendelse af enheder. I modsætning hertil kan den nye ikke-invasive tilgang her give realtidsinformation om intradialytisk iltdynamik i individuelle organer. Derfor kan denne overvågningsmetode gøre det muligt at påvise forbigående organiskæmi i de tidlige faser af intradialytisk hypotension og kan også muliggøre sikker udførelse af HS. Denne artikel beskriver en protokol til måling af vævsoxygenering repræsenteret ved rSO2, som anvendes til patienter, der gennemgår HS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle deltagere gav skriftligt informeret samtykke. Undersøgelsen blev godkendt af Institutional Review Board for Saitama Medical Center, Jichi Medical University, Japan (RIN 15–104).
1. Udstyr til overvågning af rSO2
- Forbered en NIRS-enhed til måling af iltning af væv. Denne enhed har fire kanaler og kan udføre måling i op til fire organer på samme tid.
- Forbered en målesensor til NIRS-overvågning for at evaluere rSO2-værdier i hvert organ ved at transmittere nær-infrarødt lys ved to bølgelængder af fastgørelse.
2. Montering af målesensoren
- Lad hver patient hvile i liggende stilling i mindst 5 minutter før HS.
- Fastgør målesensorer til panden, den rigtige hypokondrium og underben for at evaluere rSO2 i henholdsvis hjernen, leveren og underbensmusklerne.
- Overvågning af cerebral iltning
- Fastgør målesensorer til panden på den dominerende halvkugle.
- Overvågning af iltning af leveren
- Forbered echography for at måle dybden til patientens lever fra kropsoverfladen. Bekræft, at denne måling er inden for 20-30 mm fra kropsoverfladen. Fastgør derefter målesensorerne til den rigtige hypokondrium.
BEMÆRK: I denne enhed skal rSO2-værdier opnås i dybt væv 20-30 mm fra kropsoverfladen. I nogle tilfælde kan leveren være placeret i mere end 30 mm fra kropsoverfladen på grund af tilstedeværelsen af tykt subkutant fedt.
- Forbered echography for at måle dybden til patientens lever fra kropsoverfladen. Bekræft, at denne måling er inden for 20-30 mm fra kropsoverfladen. Fastgør derefter målesensorerne til den rigtige hypokondrium.
- Overvågning af muskeloxygenering
- Fastgør målesensorer til højre eller bilaterale underben.
- Sensortilslutning og strømforsyning af enheden
- Tilslut hver sensor til ledningerne fra enheden. Tænd derefter enheden, og begynd at måle iltning.
3. Punktering af dialyseshunten og start af overvågning
- Punktering af dialyseshunten
- Punktere patienternes dialyseshunt for at starte HS-behandling. På dette tidspunkt måles BP ved hjælp af en digital blodtryksmonitor udstyret med dialysemaskinen og indsamler blodprøver ved hjælp af sprøjter.
- Begynd at overvåge
- Når HS-behandlingen er påbegyndt, skal du begynde at overvåge iltningen af vævet i de tre organer: hjernen, leveren og underbensmusklen.
- Overvågning af rSO2 under HD
- Overhold ændringer i rSO2-værdier for hvert organ, og mål BP regelmæssigt ud over den sædvanlige overvågning, der udføres under HS-behandling, herunder puls, venøst tryk og blodvolumen. Bekræft fastgørelsesområdet og forbindelsen mellem sensorerne og ledningerne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Cerebrale rSO 2-værdier før HS var lavere end hos raske forsøgspersoner, og cerebral rSO2 hos HS-patienter med diabetes mellitus (DM) var lavere end hos HS-patienter uden DM (figur 1)16. Selvom iltningen af væv fortsætter uden et fald i BP under HS, observerede vi i øvrigt ændringer i cerebral og hepatisk rSO 2 på grund af intradialytisk hypotension (figur 2). På grund af den kontinuerlige overvågning blev ændringerne i vævsoxygenering observeret hurtigere end ved intermitterende overvåget BP. Data blev udtrykt som middel ± standardfejl. Variansanalysen for ikke-parrede værdier blev brugt til at sammenligne tre grupper.
Figur 1: Sammenligning af cerebral rSO2 før HS blandt HS-patienter med diabetes mellitus (n = 27), HS-patienter uden diabetes mellitus (n = 27) og raske forsøgspersoner (n = 28). Patienterne omfattede 38 mænd og 16 kvinder med en gennemsnitsalder på 67,7 ± 1,2 år og HS-varighed på 6,5 ± 1,9 år. Årsagerne til kronisk nyresygdom var DM (27 patienter), kronisk glomerulonefritis (14 patienter), nefrosklerose (4 patienter), polycystisk nyresygdom (4 patienter) og andre (5 patienter). Fejllinjerne angiver standardfejlen. Dataene var baseret på, og tallet er blevet ændret fra en tidligere rapport16. DM; diabetes mellitus, HS; hæmodialyse, rSO2; regional iltmætning. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Ændringer i cerebral og hepatisk rSO2 hos en patient med akut intradialytisk hypotension. BP; blodtryk, HR; time, rSO2; regional iltmætning, UFR; ultrafiltreringshastighed. Klik her for at se en større version af denne figur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
NIRS-overvågning er hovedsageligt blevet brugt til at evaluere cerebral rSO2, især i kardiovaskulære eller cerebrovaskulære operationer, som kræver ekstrakorporal cirkulation. Under ekstrakorporal cirkulation, herunder HS-terapi, kunne nogle organer vise relativ iskæmi 7,17,18; Det er dog stadig uklart, om iltningen af vævet bliver lav eller ej. Muskelkramper eller mavesmerter under HS kan være et af symptomerne på intradialytisk hypotension via organhypoperfusion. Men i HS-behandling er der i øjeblikket ingen metode til realtidsevaluering af iltning af væv. Derfor fokuserede vi på at bruge denne overvågningsenhed til at evaluere organoxygenering ved hjælp af protokollen beskrevet ovenfor. Denne protokol er ikke-invasiv for HS-patienter og er nyttig til at bekræfte ændringer i iltning af væv i realtid.
Som vist i figur 1 var cerebral rSO2 hos HS-patienter med DM lavere end hos patienter uden DM. Desuden var højere vaskulær forkalkning forbundet med lavere cerebral iltning19. Således kan mikro- og makrovaskulære lidelser være forbundet med svækkelse af cerebral iltning. Desuden var cerebral rSO2 relativt konstant inden for 60-150 mmHg hos HS-patienter4. I intradialytisk hypotension kan et akut fald i BP imidlertid føre til ændringer i organoxygenering (figur 2). Før vi observerede ændringer i rSO2-værdier ved hjælp af denne protokol, kunne vi ikke bekræfte indflydelsen af iltning af væv under HS. Udover kontinuerlig arteriel trykovervågning evalueres BP generelt intermitterende. I modsætning hertil kan den kontinuerlige overvågning af NIRS være i stand til at detektere ændringer i organoxygenering, før den opdages af ændringer i BP under HS. Således kunne vi observere tilstanden af hypoxi forud for bekræftelse af sænkningen af BP. Ud over ændringer i BP kan blodtransfusion, lipoproteinaferese med lav densitet og ultrafiltrering forårsage ændringer i organoxygenering, såsom rSO2 i underbenene20,21,22. Derfor bør vi være opmærksomme på akutte ændringer i iltning af organer under HS.
Denne protokol har flere begrænsninger. For det første kunne cerebral rSO2 kun måles fra panden; Det er imidlertid vanskeligt at udføre denne evaluering i den bageste hjernecirkulation. Da målesensorerne er en tætningstype, kan deres sensorer fastgøres på håret. Dernæst kræver måling af hepatisk rSO2 bekræftelse af den subkutane fedttykkelse. Hos patienter med fedme er den målte rSO2 muligvis ikke nøjagtig, fordi de nær-infrarøde lys ikke kunne nå målorganerne. For det tredje kan rSO2-værdier blive påvirket af kropsbevægelse eller position (dvs. liggende og siddende positioner). Derfor bør patienter under HS måles, mens de ligger i deres senge og i samme position som muligt.
Desuden repræsenterer rSO2-værdierne målt i denne protokol blandet venøs mætning, som afspejler vævsoxygenering i venøs (70-80%), kapillær (5%) og arteriel (20-25%) blod23. Derfor er ændringer i rSO2-værdier ikke nødvendigvis parallelle ændringer i perkutan iltmætning24,25. Således skal de målte rSO2-værdier fortolkes omhyggeligt. Desuden er denne protokol let at udføre og ikke-invasiv for patienter, hvis NIRS-overvågningsenhed er tilgængelig. Derfor ville denne metode give bred generel alsidighed. Vi håber, at denne NIRS-overvågning vil blive udstyret med dialysemaskiner som dialysemonitor i fremtiden.
Afslutningsvis har vi beskrevet en protokol til måling af vævsoxygenering af NIRS hos patienter, der gennemgår HS. Denne overvågning under HS kan give nye resultater vedrørende ændringer i iltning af væv, der er påvirket af HS-behandling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen interessekonflikter.
Acknowledgments
Vi takker dialysestabe og medlemmer af afdelingen for nefrologi i Saitama medical center på Jichi Medical University. Vi vil gerne takke Editage (www.editage.com) for engelsksproget redigering.
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 |
References
- Nishiyama, K., et al. Regional cerebral oxygen saturation monitoring for predicting interventional outcomes in patients following out-of-hospital cardiac arrest of presumed cardiac cause: A prospective, observational, multicentre study. Resuscitation. 96, 135-141 (2015).
- Kobayashi, K., et al. Factors associated with a low initial cerebral oxygen saturation value in patients undergoing cardiac surgery. Journal of Artificial Organs. 20 (2), 110-116 (2017).
- Cruz, S. M., et al. A novel multimodal computational system using near-infrared spectroscopy predicts the need for ECMO initiation in neonates with congenital diaphragmatic hernia. Journal of Pediatric Surgery. 53 (1), 152-158 (2018).
- MacEwen, C., Sutherland, S., Daly, J., Pugh, C., Tarassenko, L. Relationship between Hypotension and Cerebral Ischemia during Hemodialysis. Journal of the American Socociety of Nephrology. 28 (8), 2511-2520 (2017).
- Polinder-Bos, H. A., et al. Changes in cerebral oxygenation and cerebral blood flow during hemodialysis - A simultaneous near-infrared spectroscopy and positron emission tomography study. Journal of Cerebral Blood Flow & Metablism. 40 (2), 328-340 (2020).
- Ookawara, S., et al. Differences in tissue oxygenation and changes in total hemoglobin signal strength in the brain, liver, and lower-limb muscle during hemodialysis. Journal of Artificial Organs. 21 (1), 86-93 (2018).
- Malik, J., et al. Tissue ischemia worsens during hemodialysis in end-stage renal disease patients. The Journal of Vascular Access. 18 (1), 47-51 (2017).
- Ito, K., et al. Cerebral oxygenation improvement is associated with hemoglobin increase after hemodialysis initiation. TheInternational Journal of Artificial Organs. , (2020).
- Valerianova, A., et al. Factors responsible for cerebral hypoxia in hemodialysis population. Physiological Research. 68 (4), 651-658 (2019).
- Ookawara, S., et al. Associations of cerebral oxygenation with hemoglobin levels evaluated by near-infrared spectroscopy in hemodialysis patients. PLoS One. 15 (8), 0236720 (2020).
- Kovarova, L., et al. Low Cerebral Oxygenation Is Associated with Cognitive Impairment in Chronic Hemodialysis Patients. Nephron. 139 (2), 113-119 (2018).
- Miyazawa, H., et al. Association of cerebral oxygenation with estimated glomerular filtration rate and cognitive function in chronic kidney disease patients without dialysis therapy. PLoS One. 13 (6), 0199366 (2018).
- Locatelli, F., et al. Haemodialysis with on-line monitoring equipment: tools or toys. Nephrology Dialysis Transplantation. 20 (1), 22-33 (2005).
- Cordtz, J., Olde, B., Solem, K., Ladefoged, S. D. Central venous oxygen saturation and thoracic admittance during dialysis: new approaches to hemodynamic monitoring. Hemodialysis International. 12 (3), 369-377 (2008).
- Kamijo, Y., et al. Continuous monitoring of blood pressure by analyzing the blood flow sound of arteriovenous fistula in hemodialysis patients. Clinical and Experimental Nephrology. 22 (3), 677-683 (2018).
- Ito, K., et al. Factors affecting cerebral oxygenation in hemodialysis patients: cerebral oxygenation associates with pH, hemodialysis duration, serum albumin concentration, and diabetes mellitus. PLoS One. 10 (2), 0117474 (2015).
- Imai, S., et al. Deterioration of Hepatic Oxygenation Precedes an Onset of Intradialytic Hypotension with Little Change in Blood Volume during Hemodialysis. Blood Purification. 45 (4), 345-346 (2018).
- Cho, A. R., Kwon, J. Y., Kim, C., Hong, J. M., Kang, C. Effect of sensor location on regional cerebral oxygen saturation measured by INVOS 5100 in on-pump cardiac surgery. Journal of Anesthesia. 31 (2), 178-184 (2017).
- Ito, K., et al. Deterioration of cerebral oxygenation by aortic arch calcification progression in patients undergoing hemodialysis: A cross-sectional study. BioMed Research International. , 2852514 (2017).
- Ito, K., et al. Blood transfusion during haemodialysis improves systemic tissue oxygenation: A case report. Nefrologia. 37 (4), 435-437 (2017).
- Ito, K., et al. Improvement of bilateral lower-limb muscle oxygenation by low-density lipoprotein apheresis in a patient with peripheral artery disease undergoing hemodialysis. Nefrologia. 39 (1), 90-92 (2019).
- Kitano, T., et al. Changes in tissue oxygenation in response to sudden intradialytic hypotension. Journal of Artificial Organs. 23 (2), 187-190 (2020).
- Lemmers, P. M. A., Toet, M. C., van Bel, F. Impact of patent ductus arteriosus and subsequent therapy with indomethacin on cerebral oxygenation in preterm infants. Pediatrics. 121, 142-147 (2008).
- Ito, K., et al. Sleep apnea syndrome caused lowering of cerebral oxygenation in a hemodialysis patient: a case report and literature review. Renal Replacement Therapy. 4, 54 (2018).
- Minato, S., et al. Continuous monitoring of changes in cerebral oxygenation during hemodialysis in a patient with acute congestive heart failure. Journal of Artificial Organs. , (2019).
