Summary
We presenteren een protocol om regionale zuurstofverzadiging (rSO2) te meten bij hemodialysepatiënten (HD) met behulp van een nabij-infrarood spectroscopiemonitor. De rSO2-waarde is een index van weefseloxygenatie. Deze niet-invasieve en real-time monitoring kan nuttig zijn voor het bevestigen van veranderingen in orgaanoxygenatie tijdens de ZvH.
Abstract
Nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) is onlangs toegepast als een hulpmiddel om regionale zuurstofverzadiging (rSO2), een marker van weefseloxygenatie, te meten in klinische omgevingen, waaronder cardiovasculaire en hersenchirurgie, neonatale monitoring en prehospitale geneeskunde. De NIRS-bewakingsapparatuur is real-time en niet-invasief en is voornamelijk gebruikt voor het evalueren van cerebrale oxygenatie bij ernstig zieke patiënten tijdens een operatie of intensive care. Tot nu toe is het gebruik van NIRS-monitoring bij patiënten met chronische nierziekte (CKD), waaronder hemodialyse (HD), beperkt; daarom onderzochten we rSO2-waarden in sommige organen tijdens de ZvH. We hebben rSO2-waarden bewaakt met behulp van een NIRS-apparaat dat nabij-infrarood licht uitzendt op 2 golflengten van bevestiging. De ZvH-patiënten werden in rugligging geplaatst, met rSO2-meetsensoren bevestigd aan het voorhoofd, het rechter hypochondrium en de onderbenen om rSO2 in respectievelijk de hersenen, lever en onderbeenspieren te evalueren. NIRS-monitoring zou een nieuwe benadering kunnen zijn om veranderingen in orgaanoxygenatie tijdens de ZvH of factoren die van invloed zijn op weefseloxygenatie bij CKD-patiënten te verduidelijken. Dit artikel beschrijft een protocol voor het meten van weefseloxygenatie vertegenwoordigd door rSO2 zoals toegepast bij ZvH-patiënten.
Introduction
Nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) is gebruikt om regionale zuurstofverzadiging (rSO2) te evalueren, een marker van weefseloxygenatie, met name cerebrale oxygenatie in verschillende klinische omgevingen 1,2,3 en is onlangs toegepast op patiënten die hemodialyse ondergaan (HD)4,5,6,7,8,9,10, 11. Cerebrale rSO2 is naar verluidt geassocieerd met cognitieve functie bij patiënten die de ZvH ondergaan of patiënten met niet-dialysed chronische nierziekte (CKD)11,12. Tot nu toe is het gebruik van NIRS-monitoring echter beperkt bij patiënten met CKD.
Omdat NIRS-monitoring real-time en niet-invasief is, beoordeelden we het nut ervan als een monitoringapparaat bij patiënten die de ZvH ondergaan. Hoewel NIRS voornamelijk wordt gebruikt om cerebrale rSO2 te meten, onderzochten we ook rSO2-waarden in andere organen tijdens de ZvH. Specifiek werden de rSO2-meetsensoren bevestigd aan het voorhoofd, het rechter hypochondrium en de onderbenen om rSO2 in respectievelijk de hersenen, lever en lagere spieren te evalueren. De resultaten toonden aan dat NIRS-monitoring een nieuwe benadering zou kunnen zijn om veranderingen in orgaanoxygenatie tijdens de ZvH of factoren die de weefseloxygenatie bij CKD-patiënten beïnvloeden, te verduidelijken.
Tot op heden werd continue monitoring uitgevoerd tijdens de ZvH, bloedvolumemonitoring, centrale veneuze zuurstofverzadiging, thoracale opname en elektronische stethoscoopgeleide geschatte bloeddruk (BP) in klinische settings 13,14,15; er zijn echter beperkingen voor het voorspellen van hypotensie of het brede gebruik van apparaten. Daarentegen zou de nieuwe niet-invasieve benadering hier real-time informatie kunnen bieden over intradialytische zuurstofdynamica in individuele organen. Daarom kan deze monitoringmethode de detectie van voorbijgaande orgaanische ischemie in de vroege fasen van intradialytische hypotensie mogelijk maken en kan ook de veilige uitvoering van de ZvH mogelijk maken. Dit artikel beschrijft een protocol voor het meten van weefseloxygenatie vertegenwoordigd door rSO2, zoals toegepast bij patiënten die de ZvH ondergaan.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle deelnemers gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming. De studie werd goedgekeurd door de Institutional Review Board van het Saitama Medical Center, Jichi Medical University, Japan (RIN 15-104).
1. Apparaat voor de bewaking van rSO2
- Bereid een NIRS-apparaat voor het meten van weefseloxygenatie voor. Dit apparaat heeft vier kanalen en kan metingen uitvoeren in maximaal vier organen tegelijkertijd.
- Bereid een meetsensor voor NIRS-monitoring voor om rSO2-waarden in elk orgaan te evalueren via het verzenden van nabij-infrarood licht op twee golflengten van bevestiging.
2. De meetsensor bevestigen
- Laat elke patiënt ten minste 5 minuten voor de ZvH in rugligging rusten.
- Bevestig meetsensoren aan het voorhoofd, het rechter hypochondrium en de onderbenen om rSO2 in respectievelijk de hersenen, lever en onderbeenspieren te evalueren.
- Monitoring van cerebrale oxygenatie
- Bevestig meetsensoren aan het voorhoofd van het dominante halfrond.
- Bewaking van de oxygenatie van de lever
- Bereid echografie voor om de diepte van de lever van de patiënt vanaf het lichaamsoppervlak te meten. Controleer of deze meting zich binnen 20-30 mm van het lichaamsoppervlak bevindt. Bevestig vervolgens de meetsensoren aan het rechter hypochondrium.
OPMERKING: In dit apparaat moeten rSO2-waarden worden verkregen in diep weefsel op 20-30 mm van het lichaamsoppervlak. In sommige gevallen kan de lever zich op meer dan 30 mm van het lichaamsoppervlak bevinden vanwege de aanwezigheid van dik onderhuids vet.
- Bereid echografie voor om de diepte van de lever van de patiënt vanaf het lichaamsoppervlak te meten. Controleer of deze meting zich binnen 20-30 mm van het lichaamsoppervlak bevindt. Bevestig vervolgens de meetsensoren aan het rechter hypochondrium.
- Monitoring van spieroxygenatie
- Bevestig meetsensoren aan de rechter- of bilaterale onderbenen.
- Sensor aansluiten en voeden van het apparaat
- Sluit elke sensor aan op de kabels van het apparaat. Schakel vervolgens het apparaat in en begin met het meten van oxygenatie.
3. De dialyse shunt doorboren en beginnen met monitoren
- De dialyse shunt doorboren
- Prik de dialyseshunt van de patiënt door om de ZvH-therapie te starten. Meet op dit moment BP met behulp van een digitale bloeddrukmeter die is uitgerust met het dialyseapparaat en verzamel bloedmonsters met behulp van spuiten.
- Begin met monitoren
- Na het starten van de ZvH-therapie, begint u met het monitoren van de weefseloxygenatie van de drie organen: de hersenen, de lever en de onderbeenspier.
- Monitoring van rSO2 tijdens de ZvH
- Observeer veranderingen in rSO2-waarden van elk orgaan en meet BP regelmatig in aanvulling op de gebruikelijke monitoring die wordt uitgevoerd tijdens zvh-therapie, waaronder hartslag, veneuze druk en bloedvolume. Bevestig het bevestigingsgebied en de verbinding tussen de sensoren en kabels.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Cerebrale rSO2-waarden vóór de ZvH waren lager dan die bij gezonde proefpersonen en cerebrale rSO2 bij ZvH-patiënten met diabetes mellitus (DM) waren lager dan die bij ZvH-patiënten zonder DM (Figuur 1)16. Bovendien, hoewel weefseloxygenatie doorgaat zonder een afname van BP tijdens de ZvH, zagen we incidenteel veranderingen in cerebrale en hepatische rSO2 als gevolg van intradialytische hypotensie (figuur 2). Door de continue monitoring werden de veranderingen in weefseloxygenatie sneller waargenomen dan door met tussenpozen gecontroleerde BP. Gegevens werden uitgedrukt als middelen ± standaardfout. De variantieanalyse voor niet-gepaarde waarden werd gebruikt om drie groepen te vergelijken.
Figuur 1: Vergelijking van cerebrale rSO2 vóór de ZvH bij ZvH patiënten met diabetes mellitus (n = 27), ZvH patiënten zonder diabetes mellitus (n = 27) en gezonde proefpersonen (n = 28). De patiënten omvatten 38 mannen en 16 vrouwen met een gemiddelde leeftijd van 67,7 ± 1,2 jaar en een zvh-duur van 6,5 ± 1,9 jaar. De oorzaken van chronische nierziekte waren DM (27 patiënten), chronische glomerulonefritis (14 patiënten), nefrosclerose (4 patiënten), polycystische nierziekte (4 patiënten) en andere (5 patiënten). De foutbalken geven de standaardfout aan. De gegevens waren gebaseerd op en het cijfer is gewijzigd ten opzichte van een eerder rapport16. DM; diabetes mellitus, ZvH; hemodialyse, rSO2; regionale zuurstofverzadiging. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Veranderingen in cerebrale en hepatische rSO2 bij een patiënt met acute intradialytische hypotensie. BP; bloeddruk, hr; uur, rSO2; regionale zuurstofverzadiging, UFR; ultrafiltratiesnelheid. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
NIRS-monitoring is voornamelijk gebruikt om cerebrale rSO2 te evalueren, vooral bij cardiovasculaire of cerebrovasculaire operaties, die extracorporale circulatie vereisen. Tijdens extracorporale circulatie inclusief ZvH-therapie kunnen sommige organen relatieve ischemie vertonen 7,17,18; het blijft echter onduidelijk of de weefseloxygenatie laag wordt of niet. Spierkrampen of buikpijn tijdens de ZvH kunnen een van de prodromale symptomen zijn van intradialytische hypotensie via orgaanhypperfusie. In zvh-therapie is er momenteel echter geen methode voor de real-time evaluatie van weefseloxygenatie. Daarom hebben we ons gericht op het gebruik van dit bewakingsapparaat om orgaanoxygenatie te evalueren met behulp van het hierboven beschreven protocol. Dit protocol is niet-invasief voor ZvH-patiënten en is nuttig voor het bevestigen van veranderingen in weefseloxygenatie in real-time.
Zoals te zien is in figuur 1, was cerebrale rSO2 bij ZvH-patiënten met DM lager dan bij patiënten zonder DM. Bovendien was een hogere vasculaire verkalking geassocieerd met een lagere cerebrale oxygenatie19. Micro- en macro-vasculaire aandoeningen kunnen dus worden geassocieerd met een verminderde cerebrale oxygenatie. Bovendien werd cerebrale rSO2 relatief constant gehouden binnen 60-150 mmHg bij ZvH-patiënten4. Bij intradialytische hypotensie kan een acute afname van BP echter leiden tot veranderingen in orgaanoxygenatie (figuur 2). Voordat we veranderingen in rSO2-waarden volgens dit protocol observeerden, konden we de invloed van weefseloxygenatie tijdens de ZvH niet bevestigen. Naast continue arteriële drukmonitoring wordt BP over het algemeen met tussenpozen geëvalueerd. Daarentegen zou de continue monitoring door NIRS in staat kunnen zijn om veranderingen in orgaanoxygenatie te detecteren voordat deze wordt gedetecteerd door veranderingen in BP tijdens de ZvH. We konden dus de staat van hypoxie waarnemen voorafgaand aan het bevestigen van de verlaging van BP. Naast veranderingen in BP kunnen bloedtransfusie, lipoproteïne-aferese met lage dichtheid en ultrafiltratie veranderingen in orgaanoxygenatie veroorzaken, zoals de rSO2 van de onderbenen 20,21,22. Daarom moeten we aandacht besteden aan acute veranderingen in orgaanoxygenatie tijdens de ZvH.
Dit protocol heeft verschillende beperkingen. Ten eerste kon cerebrale rSO2 alleen vanaf het voorhoofd worden gemeten; het is echter moeilijk om deze evaluatie uit te voeren in de achterste hersencirculatie. Omdat de meetsensoren een afdichtingstype zijn, kunnen hun sensoren op het haar worden bevestigd. Vervolgens vereist de meting van hepatische rSO2 bevestiging van de onderhuidse vetdikte. Bij patiënten met obesitas is de gemeten rSO2 mogelijk niet nauwkeurig, omdat de nabij-infrarode lichten de doelorganen niet konden bereiken. Ten derde kunnen rSO2-waarden worden beïnvloed door lichaamsbeweging of -positie (d.w.z. liggende en zittende posities). Daarom moeten patiënten tijdens de ZvH worden gemeten terwijl ze in hun bed liggen en in dezelfde positie, mogelijk.
Bovendien vertegenwoordigen de rSO2-waarden die in dit protocol worden gemeten gemengde veneuze verzadiging, die weefseloxygenatie weerspiegelt in veneus (70-80%), capillair (5%) en arterieel (20-25%) bloed23. Daarom lopen veranderingen in rSO2-waarden niet noodzakelijkerwijs parallel met veranderingen in percutane zuurstofverzadiging24,25. De gemeten rSO2-waarden moeten dus zorgvuldig worden geïnterpreteerd. Bovendien is dit protocol eenvoudig uit te voeren en niet-invasief voor patiënten als er een NIRS-bewakingsapparaat beschikbaar is. Daarom zou deze methode een breed algemene veelzijdigheid bieden. We hopen dat deze NIRS-monitoring in de toekomst wordt uitgerust met dialysemachines als dialysemonitor.
Tot slot hebben we een protocol beschreven voor het meten van weefseloxygenatie door NIRS bij patiënten die de ZvH ondergaan. Deze monitoring tijdens de ZvH kan nieuwe bevindingen opleveren met betrekking tot veranderingen in weefseloxygenatie die worden beïnvloed door ZvH-therapie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen belangenverstrengeling.
Acknowledgments
We bedanken de dialysestaf en leden van de afdeling nefrologie in het Saitama medisch centrum van Jichi Medical University. We willen Editage (www.editage.com) bedanken voor de Engelstalige bewerking.
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).
