Summary
Vi presenterar ett protokoll för att mäta regional syremättnad (rSO2) hos hemodialyspatienter (HD) med hjälp av en nära infraröd spektroskopimonitor. rSO2-värdet är ett index för vävnadssyresättning. Denna icke-invasiva övervakning i realtid kan vara användbar för att bekräfta förändringar i organsyresättning under HS.
Abstract
Nära-infraröd spektroskopi (NIRS) har nyligen använts som ett verktyg för att mäta regional syremättnad (rSO2), en markör för vävnadssyresättning, i kliniska miljöer inklusive kardiovaskulär och hjärnkirurgi, neonatal övervakning och prehospital medicin. NIRS-övervakningsanordningarna är i realtid och icke-invasiva och har främst använts för att utvärdera cerebral syresättning hos kritiskt sjuka patienter under en operation eller intensivvård. Hittills har användningen av NIRS-övervakning hos patienter med kronisk njursjukdom (CKD) inklusive hemodialys (HD) varit begränsad; därför undersökte vi rSO2-värden i vissa organ under HD. Vi övervakade rSO 2-värden med hjälp av en NIRS-enhet som sänder nära infrarött ljus vid2 våglängder av fäste. HS-patienterna placerades i ryggläge, med rSO 2-mätsensorer fästa vid pannorna, rätt hypokondrium och underben för att utvärdera rSO2 i hjärnan, levern respektive underbensmusklerna. NIRS-övervakning kan vara ett nytt tillvägagångssätt för att klargöra förändringar i organsyresättning under HS eller faktorer som påverkar vävnadssyresättning hos CKD-patienter. Denna artikel beskriver ett protokoll för att mäta vävnadssyresättning representerad av rSO2 som tillämpas hos HS-patienter.
Introduction
Nära-infraröd spektroskopi (NIRS) har använts för att utvärdera regional syremättnad (rSO 2), en markör för vävnadssyresättning, särskilt cerebral syresättning i olika kliniska miljöer 1,2,3 och har nyligen applicerats på patienter som genomgår hemodialys (HD)4,5,6,7,8,9,10, 11. Cerebral rSO2 är enligt uppgift associerad med kognitiv funktion hos patienter som genomgår HS eller de med icke-dialyserad kronisk njursjukdom (CKD)11,12. Hittills har dock användningen av NIRS-övervakning varit begränsad hos patienter med CKD.
Eftersom NIRS-övervakning är i realtid och icke-invasiv bedömde vi dess användbarhet som övervakningsenhet hos patienter som genomgår HS. Även om NIRS främst används för att mäta cerebral rSO 2, undersökte vi också rSO 2-värden i andra organ under HD. Specifikt fästes rSO 2-mätsensorerna i pannan, rätt hypokondrium och underbenen för att utvärdera rSO 2 i hjärnan, levern respektive nedre musklerna. Resultaten visade att NIRS-övervakning kan vara ett nytt tillvägagångssätt för att klargöra förändringar i organsyresättning under HS eller faktorer som påverkar vävnadssyresättning hos CKD-patienter.
Hittills har kontinuerlig övervakning utförts under HS, blodvolymsövervakning, central venös syremättnad, thoraxinläggning och elektroniskt stetoskopstyrt uppskattat blodtryck (BP) i kliniska miljöer13,14,15; Det finns emellertid begränsningar för förutsägelse av hypotoni eller bred användning av enheter. Däremot kan det nya icke-invasiva tillvägagångssättet här ge realtidsinformation om intradialytisk syredynamik i enskilda organ. Därför kan denna övervakningsmetod göra det möjligt att upptäcka övergående organischemi i de tidiga faserna av intradialytisk hypotension och kan också möjliggöra säker prestanda för HS. Denna artikel beskriver ett protokoll för att mäta vävnadssyresättning representerad av rSO2, som tillämpas på patienter som genomgår HS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla deltagare gav skriftligt informerat samtycke. Studien godkändes av Institutional Review Board vid Saitama Medical Center, Jichi Medical University, Japan (RIN 15–104).
1. Anordning för övervakning av rSO2
- Förbered en NIRS-enhet för mätning av vävnadssyresättning. Denna enhet har fyra kanaler och kan utföra mätning i upp till fyra organ samtidigt.
- Förbered en mätsensor för NIRS-övervakning för att utvärdera rSO2-värden i varje organ via överföring av nära infrarött ljus vid två våglängder av fäste.
2. Fäst mätsensorn
- Låt varje patient vila i ryggläge i minst 5 minuter före HS.
- Fäst mätsensorer i pannan, höger hypokondrium och underben för att utvärdera rSO2 i hjärnan, levern respektive underbensmusklerna.
- Övervakning av cerebral syresättning
- Fäst mätsensorer på pannan på den dominerande halvklotet.
- Övervakning av leversyresättning
- Förbered ekografi för att mäta djupet till patientens lever från kroppsytan. Bekräfta att denna mätning ligger inom 20-30 mm från kroppsytan. Fäst sedan mätsensorerna på rätt hypokondrium.
OBS: I denna enhet bör rSO2-värden erhållas i djup vävnad 20-30 mm från kroppsytan. I vissa fall kan levern vara belägen i mer än 30 mm från kroppsytan på grund av närvaron av tjockt subkutant fett.
- Förbered ekografi för att mäta djupet till patientens lever från kroppsytan. Bekräfta att denna mätning ligger inom 20-30 mm från kroppsytan. Fäst sedan mätsensorerna på rätt hypokondrium.
- Övervakning av muskelsyresättning
- Fäst mätsensorer till höger eller bilaterala underben.
- Sensoranslutning och strömförsörjning av enheten
- Anslut varje sensor till ledningarna från enheten. Slå sedan på enheten och börja mäta syresättning.
3. Punktera dialysshunten och börja övervaka
- Punktering av dialysshunten
- Punktera patienternas dialysshunt för att starta HS-behandling. Mät nu BP med hjälp av en digital blodtrycksmätare utrustad med dialysmaskinen och samla in blodprover med sprutor.
- Börja övervaka
- Efter att ha startat HS-behandling, börja övervaka vävnadens syresättning av de tre organen: hjärnan, levern och underbensmuskeln.
- Övervakning av rSO2 under HD
- Observera förändringar i rSO2-värden för varje organ och mät BP regelbundet utöver den vanliga övervakningen som utförs under HS-behandling inklusive hjärtfrekvens, venöst tryck och blodvolym. Bekräfta fästområdet och anslutningen mellan sensorerna och ledningarna.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Cerebrala rSO 2-värden före HS var lägre än hos friska försökspersoner och cerebral rSO2 hos HS-patienter med diabetes mellitus (DM) var lägre än hos HS-patienter utan DM (figur 1)16. Dessutom, även om vävnadssyresättning fortsätter utan en minskning av BP under HS, observerade vi för övrigt förändringar i cerebral och hepatisk rSO 2 på grund av intradialytisk hypotension (Figur 2). På grund av den kontinuerliga övervakningen observerades förändringarna i vävnadssyresättning snabbare än genom intermittent övervakad BP. Data uttrycktes som medel ± standardfel. Variansanalysen för icke-parade värden användes för att jämföra tre grupper.
Figur 1: Jämförelse av cerebral rSO2 före HS bland HS-patienter med diabetes mellitus (n = 27), HS-patienter utan diabetes mellitus (n = 27) och friska försökspersoner (n = 28). Bland patienterna fanns 38 män och 16 kvinnor med en medelålder på 67,7 ± 1,2 år och en HS-varaktighet på 6,5 ± 1,9 år. Orsakerna till kronisk njursjukdom var DM (27 patienter), kronisk glomerulonefrit (14 patienter), nefroskleros (4 patienter), polycystisk njursjukdom (4 patienter) och andra (5 patienter). Felstaplarna anger standardfelet. Uppgifterna baserades på och siffran har modifierats från en tidigare rapport16. DECIMETER; diabetes mellitus, HD; hemodialys, rSO2; regional syremättnad. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Förändringar i cerebral och hepatisk rSO2 hos en patient med akut intradialytisk hypotension. BP; blodtryck, HR; timme, rSO2; regional syremättnad, UFR; ultrafiltreringshastighet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
NIRS-övervakning har huvudsakligen använts för att utvärdera cerebral rSO2, särskilt vid kardiovaskulära eller cerebrovaskulära operationer, som kräver extrakorporeal cirkulation. Under extrakorporeal cirkulation inklusive HS-terapi kan vissa organ visa relativ ischemi 7,17,18; Det är dock fortfarande oklart om vävnadssyresättningen blir låg eller inte. Muskelkramper eller buksmärtor under HS kan vara ett av de prodromala symtomen på intradialytisk hypotoni via organhypoperfusion. Men i HS-terapi finns det för närvarande ingen metod för realtidsutvärdering av vävnadssyresättning. Därför fokuserade vi på att använda denna övervakningsenhet för att utvärdera organsyresättning med hjälp av protokollet som beskrivs ovan. Detta protokoll är icke-invasivt för HS-patienter och är användbart för att bekräfta förändringar i vävnadens syresättning i realtid.
Som visas i figur 1 var cerebral rSO2 hos HS-patienter med DM lägre än hos patienter utan DM. Vidare var högre vaskulär förkalkning associerad med lägre cerebral syresättning19. Således kan mikro- och makrovaskulära störningar associeras med försämring av cerebral syresättning. Vidare var cerebral rSO2 relativt konstant inom 60-150 mmHg hos HS-patienter4. Vid intradialytisk hypotoni kan emellertid en akut minskning av BP leda till förändringar i organsyresättning (figur 2). Innan vi observerade förändringar irSO2-värden med detta protokoll kunde vi inte bekräfta påverkan av vävnadssyresättning under HD. Förutom kontinuerlig arteriell tryckövervakning utvärderas BP i allmänhet intermittent. Däremot kan den kontinuerliga övervakningen av NIRS kunna upptäcka förändringar i organsyresättning innan den detekteras av förändringar i BP under HD. Således kunde vi observera tillståndet av hypoxi före att bekräfta sänkningen av BP. Förutom förändringar i BP kan blodtransfusion, lipoproteinaferes med låg densitet och ultrafiltrering orsaka förändringar i organsyresättning såsom rSO2 i underbenen20,21,22. Därför bör vi vara uppmärksamma på akuta förändringar i organsyresättning under HS.
Detta protokoll har flera begränsningar. För det första kunde cerebral rSO2 endast mätas från pannan; Det är dock svårt att utföra denna utvärdering i den bakre hjärncirkulationen. Eftersom mätsensorerna är av tätningstyp kan deras sensorer fixeras på håret. Därefter kräver mätning av lever-rSO2 bekräftelse av den subkutana fetttjockleken. Hos patienter med fetma kan det mätbara rSO2 inte vara korrekt, eftersom de nära infraröda lamporna inte kunde nå målorganen. För det tredje kan rSO2-värden påverkas av kroppens rörelse eller position (dvs. liggande och sittande positioner). Därför bör patienterna mätas i sina sängar och i samma position som möjligt under HS.
Dessutom representerar rSO2-värdena som mäts i detta protokoll blandad venös mättnad, vilket återspeglar vävnadssyresättning i venöst (70–80%), kapillär (5%) och arteriell (20–25%) blod23. Därför är förändringar irSO2-värden inte nödvändigtvis parallella förändringar i perkutan syremättnad24,25. Således bör de uppmättarSO2-värdena tolkas noggrant. Dessutom är detta protokoll lätt att utföra och icke-invasivt för patienter om NIRS-övervakningsenhet är tillgänglig. Därför skulle denna metod ge mycket allmän mångsidighet. Vi hoppas att denna NIRS-övervakning skulle utrustas med dialysmaskiner som dialysmonitor i framtiden.
Sammanfattningsvis har vi beskrivit ett protokoll för mätning av vävnadssyresättning med NIRS hos patienter som genomgår HS. Denna övervakning under HS kan ge nya rön om förändringar i vävnadens syresättning som påverkas av HS-behandling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inga intressekonflikter.
Acknowledgments
Vi tackar dialyspersonalen och medlemmarna i avdelningen för nefrologi i Saitama medicinska centrum vid Jichi Medical University. Vi vill tacka Editage (www.editage.com) för engelskspråkig 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).
