Summary
Apresentamos um protocolo para medir a saturação regional de oxigênio (rSO2) em pacientes em hemodiálise (HD) por meio de um monitor de espectroscopia no infravermelho próximo. O valor de rSO2 é um índice de oxigenação tecidual. Esta monitorização não invasiva e em tempo real pode ser útil para confirmar alterações na oxigenação dos órgãos durante a DH.
Abstract
A espectroscopia de infravermelho próximo (NIRS) tem sido recentemente aplicada como uma ferramenta para medir a saturação regional de oxigênio (rSO2), um marcador de oxigenação tecidual, em ambientes clínicos, incluindo cirurgia cardiovascular e cerebral, monitoramento neonatal e medicina pré-hospitalar. Os dispositivos de monitoramento NIRS são em tempo real e não invasivos, e têm sido usados principalmente para avaliar a oxigenação cerebral em pacientes críticos durante uma operação ou terapia intensiva. Até o momento, o uso do monitoramento NIRS em pacientes com doença renal crônica (DRC), incluindo hemodiálise (HD), tem sido limitado; portanto, investigamos os valores de rSO2 em alguns órgãos durante a HD. Monitoramos os valores de rSO 2 usando um dispositivo NIRS transmitindo luz infravermelha próxima em2 comprimentos de onda de fixação. Os pacientes em HD foram colocados em decúbito dorsal, com sensores de medida rSO 2 acoplados às testas, ao hipocôndrio direito e à parte inferior das pernas para avaliar o rSO2 nos músculos do cérebro, fígado e parte inferior das pernas, respectivamente. O monitoramento NIRS pode ser uma nova abordagem para esclarecer alterações na oxigenação de órgãos durante a HD ou fatores que afetam a oxigenação tecidual em pacientes com DRC. Este artigo descreve um protocolo para medir a oxigenação tecidual representada pela rSO2 aplicada em pacientes em HD.
Introduction
A espectroscopia de infravermelho próximo (NIRS) tem sido utilizada para avaliar a saturação regional de oxigênio (rSO 2), um marcador de oxigenação tecidual, especialmente a oxigenação cerebral em diversos cenários clínicos 1,2,3 e tem sido recentemente aplicada em pacientes em hemodiálise (HD)4,5,6,7,8,9,10, 11. A rSOcerebral 2 estaria associada à função cognitiva em pacientes em HD ou com doença renal crônica (DRC) não dialisada11,12. No entanto, até o momento, o uso do monitoramento NIRS tem sido limitado em pacientes com DRC.
Como o monitoramento do NIRS é em tempo real e não invasivo, avaliamos sua utilidade como dispositivo de monitoramento em pacientes submetidos à HD. Embora o NIRS seja usado principalmente para medir o rSO 2 cerebral, também investigamos os valores de rSO 2 em outros órgãos durante a HD. Especificamente, os sensores de medição do rSO 2 foram anexados à testa, ao hipocôndrio direito e à parte inferior das pernas para avaliar o rSO 2 no cérebro, fígado e músculos inferiores, respectivamente. Os resultados mostraram que a monitorização NIRS pode ser uma nova abordagem para esclarecer alterações na oxigenação dos órgãos durante a DH ou fatores que afetam a oxigenação tecidual em doentes com DRC.
Até o momento, a monitorização contínua foi realizada durante a HD, a monitorização do volume sanguíneo, a saturação venosa central de oxigênio, a admissão torácica e a pressão arterial (PA) estimada guiada por estetoscópio eletrônico em ambientes clínicos13,14,15; no entanto, existem limitações para a predição de hipotensão ou o amplo uso de dispositivos. Em contraste, a nova abordagem não invasiva aqui poderia fornecer informações em tempo real sobre a dinâmica do oxigênio intradialítico em órgãos individuais. Portanto, esse método de monitoramento pode permitir a detecção de isquemia transitória de órgãos nas fases iniciais da hipotensão intradialítica e também pode permitir a realização segura da HD. Este artigo descreve um protocolo de medida da oxigenação tecidual representada pela rSO2, aplicado em pacientes submetidos à HD.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Todos os participantes assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido. O estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional do Saitama Medical Center, Jichi Medical University, Japão (RIN 15–104).
1. Dispositivo para a monitorização do rSO2
- Prepare um dispositivo NIRS para medir a oxigenação tecidual. Este dispositivo tem quatro canais e pode realizar medições em até quatro órgãos ao mesmo tempo.
- Preparar um sensor de medição para monitoramento NIRS, para avaliar os valores de rSO2 em cada órgão através da transmissão de luz infravermelha próxima em dois comprimentos de onda de fixação.
2. Conectando o sensor de medição
- Permitir que cada doente descanse em decúbito dorsal durante, pelo menos, 5 minutos antes da DH.
- Anexe sensores de medição à testa, ao hipocôndrio direito e à parte inferior das pernas para avaliar o rSO2 nos músculos do cérebro, fígado e parte inferior das pernas, respectivamente.
- Monitoramento da oxigenação cerebral
- Anexe sensores de medição à testa do hemisfério dominante.
- Monitorização da oxigenação hepática
- Prepare a ecografia para medir a profundidade do fígado dos pacientes a partir da superfície corporal. Confirme se esta medição está a 20-30 mm da superfície do corpo. Em seguida, conecte os sensores de medição ao hipocôndrio direito.
NOTA: Neste dispositivo, os valores de rSO2 devem ser obtidos em tecido profundo a 20-30 mm da superfície corporal. Em alguns casos, o fígado pode estar localizado a mais de 30 mm da superfície corporal devido à presença de gordura subcutânea espessa.
- Prepare a ecografia para medir a profundidade do fígado dos pacientes a partir da superfície corporal. Confirme se esta medição está a 20-30 mm da superfície do corpo. Em seguida, conecte os sensores de medição ao hipocôndrio direito.
- Monitoramento da oxigenação muscular
- Conecte sensores de medição às pernas direitas ou bilaterais.
- Conexão do sensor e alimentação do dispositivo
- Conecte cada sensor aos cabos do dispositivo. Em seguida, ligue o dispositivo e comece a medir a oxigenação.
3. Perfurar o shunt de diálise e iniciar o monitoramento
- Perfurando o shunt de diálise
- Puncione o shunt de diálise dos doentes para iniciar a terapêutica da DH. Neste momento, meça a PA usando um monitor de pressão arterial digital equipado com a máquina de diálise e colete amostras de sangue usando seringas.
- Iniciar o monitoramento
- Depois de iniciar a terapia com DH, comece a monitorizar a oxigenação tecidual dos três órgãos: cérebro, fígado e músculo da perna.
- Monitorização do rSO2 durante a DH
- Observe as alterações nos valores de rSO2 de cada órgão e meça a PA regularmente, além do monitoramento usual realizado durante a terapia de HD, incluindo frequência cardíaca, pressão venosa e volume sanguíneo. Confirme a área de fixação e a conexão entre os sensores e os cabos.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Os valores de rSO 2 cerebral antes da HD foram menores do que os dos indivíduos saudáveis e os da rSO2 cerebral nos pacientes em HD com diabetes mellitus (DM) foram menores do que os dos pacientes em HD sem DM (Figura 1)16. Além disso, embora a oxigenação tecidual continue sem diminuição da PA durante a HD, observamos incidentalmente alterações na rSO 2 cerebral e hepática devido à hipotensão intradialítica (Figura 2). Devido ao monitoramento contínuo, as alterações na oxigenação tecidual foram observadas mais rapidamente do que pela PA monitorada intermitentemente±. A análise de variância para valores não pareados foi utilizada para comparar três grupos.
Figura 1: Comparação da rSO2 cerebral antes da HD entre pacientes em HD com diabetes mellitus (n = 27), pacientes em HD sem diabetes mellitus (n = 27) e indivíduos saudáveis (n = 28). Os pacientes incluíram 38 homens e 16 mulheres com idade média de 67,7 ± 1,2 anos e duração da HD de 6,5 ± 1,9 anos. As causas de doença renal crônica foram DM (27 pacientes), glomerulonefrite crônica (14 pacientes), nefroesclerose (4 pacientes), doença renal policística (4 pacientes) e outras (5 pacientes). As barras de erro indicam o erro padrão. Os dados foram baseados e o número foi modificado a partir de um relatório anterior16. DECÍMETRO; diabetes mellitus HD; hemodiálise rSO2; saturação regional de oxigênio. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Alterações no rSO2 cerebral e hepático em paciente com hipotensão intradialítica aguda. BP; pressão arterial, hr; hora, rSO2; saturação regional de oxigênio, UFR; taxa de ultrafiltração. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
A monitorização NIRS tem sido utilizada principalmente para avaliar a rSO2 cerebral, especialmente em cirurgias cardiovasculares ou cerebrovasculares, que requerem circulação extracorpórea. Durante a circulação extracorpórea, incluindo a terapia de HD, alguns órgãos podem apresentar isquemia relativa 7,17,18; no entanto, ainda não está claro se a oxigenação tecidual se torna baixa ou não. Cãibras musculares ou dor abdominal durante a DH podem ser um dos sintomas prodrômicos da hipotensão intradialítica via hipoperfusão de órgãos. No entanto, na terapia de HD, atualmente não existe um método para a avaliação em tempo real da oxigenação tecidual. Portanto, nos concentramos em utilizar esse dispositivo de monitoramento para avaliar a oxigenação dos órgãos usando o protocolo descrito acima. Este protocolo não é invasivo para pacientes em HD e é útil para confirmar alterações na oxigenação tecidual em tempo real.
Como mostra a Figura 1, a rSOcerebral 2 em pacientes em HD com DM foi menor do que em pacientes sem DM. Além disso, maior calcificação vascular foi associada a menor oxigenação cerebral19. Assim, distúrbios micro e macrovasculares podem estar associados ao comprometimento da oxigenação cerebral. Além disso, a rSO2 cerebral manteve-se relativamente constante dentro de 60-150 mmHg em pacientes em HD4. Entretanto, na hipotensão intradialítica, a diminuição aguda da PA pode levar a alterações na oxigenação dos órgãos (Figura 2). Antes de observarmos alterações nos valores de rSO2 por este protocolo, não foi possível confirmar a influência da oxigenação tecidual durante a HD. Além da monitorização contínua da pressão arterial, a PA é geralmente avaliada de forma intermitente. Em contraste, a monitorização contínua pelo NIRS pode ser capaz de detectar alterações na oxigenação dos órgãos antes de ser detectada por alterações na PA durante a DH. Assim, pudemos observar o estado de hipóxia antes de confirmar o rebaixamento da PA. Além das alterações na PA, a transfusão de sangue, a aférese de lipoproteínas de baixa densidade e a ultrafiltração podem causar alterações na oxigenação dos órgãos, como a rSO2 da parte inferior das pernas20,21,22. Portanto, devemos prestar atenção às alterações agudas na oxigenação dos órgãos durante a HD.
Este protocolo tem várias limitações. Primeiro, o rSO2 cerebral só poderia ser medido a partir da testa; no entanto, é difícil realizar essa avaliação na circulação cerebral posterior. Como os sensores de medição são do tipo selo, seus sensores podem ser fixados no cabelo. Em seguida, a medição do rSO2 hepático requer a confirmação da espessura da gordura subcutânea. Em pacientes com obesidade, o rSO2 medido pode não ser preciso, porque as luzes infravermelhas próximas não conseguiram atingir os órgãos-alvo. Em terceiro lugar, os valores de rSO2 podem ser afetados pelo movimento ou posição do corpo (ou seja, posições supina e sentada). Portanto, durante a HD, os pacientes devem ser medidos enquanto estiverem em seus leitos e na mesma posição, conforme possível.
Além disso, os valores de rSO2 medidos neste protocolo representam saturação venosa mista, que reflete a oxigenação tecidual no sangue venoso (70–80%), capilar (5%) e arterial (20–25%)23. Portanto, alterações nos valores de rSO2 não necessariamente fazem alterações paralelas na saturação percutânea de oxigênio24,25. Assim, os valores de rSO2 medidos devem ser cuidadosamente interpretados. Além disso, este protocolo é fácil de realizar e não invasivo para os pacientes se o dispositivo de monitoramento NIRS estiver disponível. Portanto, este método forneceria ampla versatilidade geral. Esperamos que este monitoramento NIRS seja equipado com máquinas de diálise como um monitor de diálise no futuro.
Em conclusão, descrevemos um protocolo para a mensuração da oxigenação tecidual pelo NIRS em pacientes submetidos à HD. Esta monitorização durante a DH pode fornecer novas descobertas relativamente às alterações na oxigenação tecidual afectadas pela terapêutica da DH.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Sem conflitos de interesse.
Acknowledgments
Agradecemos às equipes de diálise e aos membros do departamento de nefrologia do centro médico de Saitama da Jichi Medical University. Gostaríamos de agradecer à Editage (www.editage.com) pela edição em inglês.
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).
