Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

מדידת חמצון רקמות באמצעות ספקטרוסקופיה אינפרה-אדומה קרובה בחולים העוברים המודיאליזה

Published: October 2, 2020 doi: 10.3791/61721
Automatic Translation
*1, *1, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 1
1Division of Nephrology, First Department of Integrated Medicine, Saitama Medical Center, Jichi Medical University, 2Department of clinical engineering, Saitama Medical Center, Jichi Medical University
* These authors contributed equally

Summary

אנו מציגים פרוטוקול למדידת רוויון חמצן אזורי (rSO2) בחולי המודיאליזה (HD) באמצעות מוניטור ספקטרוסקופיה כמעט אינפרה-אדום. ערך rSO2 הוא אינדקס של חמצון רקמות. ניטור לא פולשני זה בזמן אמת יכול להיות שימושי לאישור שינויים בחמצון איברים במהלך HD.

Abstract

ספקטרוסקופיה אינפרה-אדומה קרובה (NIRS) יושמה לאחרונה ככלי למדידת רוויון חמצן אזורי (rSO2), סמן של חמצון רקמות, במסגרות קליניות הכוללות ניתוחי לב וכלי דם ומוח, ניטור יילודים ורפואה טרום-אשפוזית. מכשירי הניטור של NIRS הם בזמן אמת ולא פולשניים, ושימשו בעיקר להערכת חמצון מוחי בחולים קריטיים במהלך ניתוח או טיפול נמרץ. עד כה, השימוש בניטור NIRS בחולים עם מחלת כליות כרונית (CKD) כולל המודיאליזה (HD) היה מוגבל; לכן, חקרנו ערכי rSO2 באיברים מסוימים במהלך HD. עקבנו אחר ערכי rSO 2 באמצעות מכשיר NIRS המשדר אור אינפרה-אדום קרובב-2 אורכי גל של חיבור. חולי ה-HD הוצבו במצב שכיבה, עם חיישני מדידה rSO 2 מחוברים למצח, להיפוכונדריה הימנית ולרגליים התחתונות כדי להעריך את rSO2 במוח, בכבד ובשרירי הרגליים התחתונות, בהתאמה. ניטור NIRS יכול להיות גישה חדשה להבהרת שינויים בחמצון איברים במהלך HD או גורמים המשפיעים על חמצון רקמות בחולי CKD. מאמר זה מתאר פרוטוקול למדידת חמצון רקמות המיוצג על ידי rSO2 כפי שהוא מיושם בחולי HD.

Introduction

ספקטרוסקופיה אינפרה-אדומה קרובה (NIRS) שימשה להערכת רוויון חמצן אזורי (rSO 2), סמן של חמצון רקמות, במיוחד חמצון מוחי במסגרות קליניות שונות 1,2,3 ולאחרונה יושמה על חולים העוברים המודיאליזה (HD)4,5,6,7,8,9,10, 11. דווח כי rSOמוחי 2 קשור לתפקוד קוגניטיבי בחולים העוברים HD או בחולים עם מחלת כליות כרונית ללא דיאליזה (CKD)11,12. עם זאת, עד כה, השימוש בניטור NIRS הוגבל בחולים עם CKD.

מכיוון שניטור NIRS הוא בזמן אמת ולא פולשני, הערכנו את התועלת שלו כמכשיר ניטור בחולים שעוברים HD. למרות ש-NIRS משמש בעיקר למדידת rSOמוחי 2, חקרנו גם ערכי rSO 2 באיברים אחרים במהלך HD. באופן ספציפי, חיישני המדידה rSO 2 היו מחוברים למצח, להיפוכונדריה הימנית ולרגליים התחתונות כדי להעריך rSO 2 במוח, בכבד ובשרירים התחתונים, בהתאמה. התוצאות הראו כי ניטור NIRS יכול להיות גישה חדשה להבהרת שינויים בחמצון איברים במהלך HD או גורמים המשפיעים על חמצון רקמות בחולי CKD.

עד כה, ניטור רציף בוצע במהלך HD, ניטור נפח הדם, ריווי חמצן ורידי מרכזי, אשפוז בית החזה ולחץ דם משוער אלקטרוני מונחה סטטוסקופ (BP) במסגרות קליניות13,14,15; עם זאת, ישנן מגבלות לניבוי של לחץ דם נמוך או שימוש נרחב במכשירים. לעומת זאת, הגישה הלא-פולשנית החדשה כאן יכולה לספק מידע בזמן אמת על דינמיקת חמצן תוך-דיאליטית באיברים בודדים. לכן, שיטת ניטור זו עשויה לאפשר זיהוי של איסכמיה איברים חולפים בשלבים המוקדמים של לחץ דם תוך דיאליטי ועשויה גם לאפשר ביצועים בטוחים של HD. מאמר זה מתאר פרוטוקול למדידת חמצון רקמות המיוצג על ידי rSO2, כפי שהוא מיושם בחולים העוברים HD.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל המשתתפים נתנו הסכמה מדעת בכתב. המחקר אושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית של המרכז הרפואי סאיטאמה, האוניברסיטה הרפואית ג'יצ'י, יפן (RIN 15-104).

1. מכשיר לניטור rSO2

  1. הכינו מכשיר NIRS למדידת חמצון רקמות. למכשיר זה יש ארבעה ערוצים והוא יכול לבצע מדידה בעד ארבעה איברים בו זמנית.
  2. הכן חיישן מדידה לניטור NIRS, כדי להעריך ערכי rSO2 בכל איבר באמצעות העברת אור אינפרה-אדום קרוב בשני אורכי גל של חיבור.

2. חיבור חיישן המדידה

  1. אפשר לכל מטופל לנוח במצב שכיבה לפחות 5 דקות לפני HD.
  2. הצמידו חיישני מדידה למצח, להיפוכונדריה הימנית ולרגליים התחתונות כדי להעריך rSO2 במוח, בכבד ובשרירי הרגליים התחתונות, בהתאמה.
  3. ניטור של חמצון מוחי
    1. חבר חיישני מדידה למצח של חצי הכדור הדומיננטי.
  4. ניטור של חמצון הכבד
    1. הכינו אקוגרפיה למדידת העומק לכבד של המטופלים מפני השטח של הגוף. ודא כי מדידה זו היא בטווח של 20-30 מ"מ מפני השטח של הגוף. לאחר מכן, חבר את חיישני המדידה להיפוכונדריה הנכונה.
      הערה: במכשיר זה, ערכי rSO2 צריכים להתקבל ברקמה עמוקה 20-30 מ"מ מפני השטח של הגוף. במקרים מסוימים, הכבד עשוי להיות ממוקם יותר מ 30 מ"מ מפני השטח של הגוף בשל נוכחות של שומן תת עורי סמיך.
  5. ניטור של חמצון שרירים
    1. חבר חיישני מדידה לרגליים התחתונות הימניות או הדו-צדדיות.
  6. חיבור חיישן והפעלת המכשיר
    1. חבר כל חיישן למוליכים מהמכשיר. לאחר מכן, הפעל את המכשיר והתחל למדוד חמצון.

3. ניקוב הדיאליזה והתחלת ניטור

  1. ניקוב הדיאליזה
    1. נקבו את נוזל הדיאליזה של המטופלים כדי להתחיל בטיפול HD. בשלב זה, יש למדוד BP באמצעות מוניטור לחץ דם דיגיטלי המצויד במכונת הדיאליזה ולאסוף דגימות דם באמצעות מזרקים.
  2. התחל לנטר
    1. לאחר תחילת טיפול HD, התחל לעקוב אחר חמצון הרקמות של שלושת האיברים: המוח, הכבד ושריר הרגל התחתונה.
  3. ניטור של rSO2 במהלך HD
    1. שימו לב לשינויים בערכי rSO2 של כל איבר ומדדו BP באופן קבוע בנוסף לניטור הרגיל המבוצע במהלך טיפול HD כולל קצב לב, לחץ ורידי ונפח דם. אשר את אזור החיבור ואת החיבור בין החיישנים למוליכים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ערכי rSO 2 במוח לפני HD היו נמוכים יותר מאלו של נבדקים בריאים, וערכי rSO2 במוח בחולי HD עם סוכרת (DM) היו נמוכים יותר מאלה של חולי HD ללא DM (איור 1)16. יתר על כן, למרות שחמצון רקמות נמשך ללא ירידה של BP במהלך HD, ראינו בדרך אגב שינויים ב-rSO2 במוח ובכבד עקב תת-לחץ דם תוך-דיאליטי (איור 2). בשל הניטור הרציף, השינויים בחמצון הרקמות נצפו מהר יותר מאשר על ידי BP במעקב לסירוגין. הנתונים התבטאו כאמצעי ± שגיאת תקן. ניתוח השונות עבור ערכים שאינם זוגיים שימש להשוואה בין שלוש קבוצות.

Figure 1
איור 1: השוואה בין rSO2 מוחי לפני HD בקרב חולי HD עם סוכרת (n = 27), חולי HD ללא סוכרת (n = 27) ונבדקים בריאים (n = 28). החולים כללו 38 גברים ו-16 נשים עם גיל ממוצע של 67.7 ± 1.2 שנים ומשך HD של 6.5 ± 1.9 שנים. הגורמים למחלת כליות כרונית היו DM (27 חולים), גלומרולונפריטיס כרונית (14 חולים), נפרוסקלרוזיס (4 חולים), מחלת כליות פוליציסטית (4 חולים) ואחרים (5 חולים). קווי השגיאה מציינים את שגיאת התקן. הנתונים התבססו והנתון שונה מדוח קודם16. דצימטר; סוכרת, HD; המודיאליזה, rSO2; ריווי חמצן אזורי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 2
איור 2: שינויים ב-rSO2 במוח ובכבד בחולה עם תת-לחץ דם תוך-דיאליטי חריף. BP; לחץ דם, משאבי אנוש; שעה, rSO2; ריווי חמצן אזורי, UFR; קצב סינון אולטרה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ניטור NIRS שימש בעיקר להערכת rSOמוחי 2, במיוחד בניתוחים קרדיווסקולריים או מוחיים, הדורשים זרימת דם חוץ-גופית. במהלך מחזור הדם החוץ גופי כולל טיפול HD, איברים מסוימים יכולים להראות איסכמיה יחסית 7,17,18; עם זאת, עדיין לא ברור אם חמצון הרקמות הופך נמוך או לא. התכווצויות שרירים או כאבי בטן במהלך HD יכולים להיות אחד הסימפטומים הפרודרומליים של לחץ דם תוך דיאליטי באמצעות היפופרפוזיה של איברים. עם זאת, בטיפול HD, אין כיום שיטה להערכה בזמן אמת של חמצון רקמות. לכן, התמקדנו בשימוש במכשיר ניטור זה כדי להעריך חמצון איברים באמצעות הפרוטוקול שתואר לעיל. פרוטוקול זה אינו פולשני עבור חולי HD והוא שימושי לאישור שינויים בחמצון רקמות בזמן אמת.

כפי שניתן לראות באיור 1, rSO2 מוחי בחולי HD עם DM היה נמוך מזה שבחולים ללא DM. יתר על כן, הסתיידות כלי דם גבוהה יותר נקשרה לחמצון מוחי נמוך יותר19. לפיכך, הפרעות מיקרו ומאקרו-וסקולריות יכולות להיות קשורות לפגיעה בחמצון המוח. יתר על כן, rSO2 מוחי נשמר באופן יחסי קבוע בתוך 60-150 מ"מ כספית בחולי HD4. עם זאת, בתת-לחץ דם תוך-דיאליטי, ירידה חריפה ב-BP עלולה להוביל לשינויים בחמצון איברים (איור 2). לפני שצפינו בשינויים בערכי rSO2 על ידי פרוטוקול זה, לא יכולנו לאשר את ההשפעה של חמצון רקמות במהלך HD. מלבד ניטור לחץ עורקי רציף, BP מוערך בדרך כלל לסירוגין. לעומת זאת, ניטור רציף על ידי NIRS עשוי להיות מסוגל לזהות שינויים בחמצון איברים לפני שיתגלה על ידי שינויים ב- BP במהלך HD. לכן, אנו יכולים לראות את מצב היפוקסיה לפני אישור הורדת BP. בנוסף לשינויים ב-BP, עירוי דם, אפרזיס ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה ואולטרה-סינון עשויים לגרום לשינויים בחמצון איברים כגון rSO2 של הרגליים התחתונות20,21,22. לכן, עלינו לשים לב לשינויים חריפים בחמצון איברים במהלך HD.

לפרוטוקול זה מספר מגבלות. ראשית, rSOמוחי 2 יכול להימדד רק מן המצח; עם זאת, קשה לבצע הערכה זו במחזור הדם האחורי במוח. מכיוון שחיישני המדידה הם מסוג אטם, ניתן לקבע את החיישנים שלהם על השיער. לאחר מכן, מדידת rSOבכבד 2 דורשת אישור של עובי השומן התת עורי. בחולים עם השמנת יתר, ה-rSO2 שנמדד עשוי להיות לא מדויק, מכיוון שאורות האינפרה-אדום הקרובים לא יכלו להגיע לאיברי המטרה. שלישית, ערכי rSO2 עשויים להיות מושפעים מתנועת הגוף או מתנוחת הגוף (כלומר, תנוחות שכיבה וישיבה). לכן, במהלך HD, יש למדוד את המטופלים בעודם במיטותיהם ובאותה תנוחה, ככל האפשר.

יתר על כן, ערכי rSO2 שנמדדו בפרוטוקול זה מייצגים רוויה ורידית מעורבת, המשקפת חמצון רקמות בדם ורידי (70-80%), נימי (5%) ועורקי (20-25%)23. לכן, שינויים בערכי rSO2 אינם בהכרח מקבילים לשינויים בריווי חמצן מלעורי24,25. לפיכך, יש לפרש בזהירות את ערכי rSO2 הנמדדים. יתר על כן, פרוטוקול זה קל לביצוע ולא פולשני עבור מטופלים אם מכשיר ניטור NIRS זמין. לכן, שיטה זו תספק צדדיות כללית נרחבת. אנו מקווים כי ניטור NIRS זה יצויד במכונות דיאליזה כמוניטור דיאליזה בעתיד.

לסיכום, תיארנו פרוטוקול למדידת חמצון רקמות על ידי NIRS בחולים שעברו HD. ניטור זה במהלך HD עשוי לספק ממצאים חדשים לגבי שינויים בחמצון רקמות המושפעות מטיפול HD.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין ניגודי עניינים.

Acknowledgments

אנו מודים לצוותי הדיאליזה ולחברי המחלקה לנפרולוגיה במרכז הרפואי סאיטאמה של האוניברסיטה הרפואית ג'יצ'י. ברצוננו להודות ל- Editage (www.editage.com) על העריכה בשפה האנגלית.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Ito, K., et al. Cerebral oxygenation improvement is associated with hemoglobin increase after hemodialysis initiation. TheInternational Journal of Artificial Organs. , (2020).
  9. Valerianova, A., et al. Factors responsible for cerebral hypoxia in hemodialysis population. Physiological Research. 68 (4), 651-658 (2019).
  10. 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).
  11. Kovarova, L., et al. Low Cerebral Oxygenation Is Associated with Cognitive Impairment in Chronic Hemodialysis Patients. Nephron. 139 (2), 113-119 (2018).
  12. 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).
  13. Locatelli, F., et al. Haemodialysis with on-line monitoring equipment: tools or toys. Nephrology Dialysis Transplantation. 20 (1), 22-33 (2005).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Ito, K., et al. Blood transfusion during haemodialysis improves systemic tissue oxygenation: A case report. Nefrologia. 37 (4), 435-437 (2017).
  21. 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).
  22. Kitano, T., et al. Changes in tissue oxygenation in response to sudden intradialytic hypotension. Journal of Artificial Organs. 23 (2), 187-190 (2020).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).

Tags

רפואה גיליון 164 חמצון רקמות המודיאליזה ספקטרוסקופיה אינפרה-אדומה קרובה ריווי חמצן אזורי לחץ דם תוך-דיאליטי היפוקסיה סוכרת
מדידת חמצון רקמות באמצעות ספקטרוסקופיה אינפרה-אדומה קרובה בחולים העוברים המודיאליזה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Ito, K., Ookawara, S., Uchida, T.,… More

Ito, K., Ookawara, S., Uchida, T., Hayasaka, H., Kofuji, M., Miyazawa, H., Aomatsu, A., Ueda, Y., Hirai, K., Morishita, Y. Measurement of Tissue Oxygenation Using Near-Infrared Spectroscopy in Patients Undergoing Hemodialysis. J. Vis. Exp. (164), e61721, doi:10.3791/61721 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter