通过生物电阻抗矢量分析评估缺血性心脏病患者接受运动负荷试验的水合状态

Summary

水合状态失衡可对缺血性心脏病的摄氧量和脉搏的直接和间接决定因素以及发病率和死亡率的预后因素产生短期影响。该协议描述了在运动压力测试期间通过生物电阻抗矢量分析和心肺反应评估水合状态的技术。

Abstract

缺血性心脏病 （IHD） 是一组以心肌缺血为特征的临床综合征，导致心肌血液供应受损和灌注受损。通过负荷试验评估的几个临床变量，如摄氧量 （VO2） 和心率血脉搏 （HR/O2），已被归因于 IHD 患者的心肺预后因素。然而，其他因素，如水合状态（HS），可能影响心肺反应，几乎没有得到解决。不平衡的 HS 对血浆容量和交感神经系统有短期影响，从而影响血容量，并降低 VO2 和 HR/O2。最近，生物电阻抗分析（BIA）是一种基于身体组织（包括流体体积）与低电流的对立的方法，通过获得电阻（R）和电抗（Xc）两个分量并使用预测公式，已被广泛用于评估HS。然而，慢性疾病或体液状态异常等一些限制可能会影响结果。从这个意义上说，替代的BIA方法，如生物电阻抗矢量分析（BIVA），已经变得重要。R 和 Xc（按高度调整）在 R/Xc 图上绘制一个向量，允许根据平均向量的距离将 HS 解释为正常或异常。本研究旨在描述如何使用单频设备通过 BIVA 确定 HS，并将结果与 IHD 患者的心肺反应进行比较。

Introduction

缺血性心脏病 （IHD） 是一组以心肌缺血为特征的临床综合征，即心肌血液供需不匹配。潜在的病理生理缺陷包括灌注不足，主要是由于心外膜冠状动脉的动脉粥样硬化疾病 ^1,2,3。一般来说，心血管疾病 （CVD） 的存在很常见，在世界范围内显示生存率低⁴.特别是在 2015 年，IHD 导致了大约 900 万人死亡和超过 1.6 亿残疾调整生命年，如今，IHD 仍然是死亡的主要原因之一，它有利于世界各地的心脏病负担⁵.

为了评估 IHD 的存在和预后，常规使用一些非侵入性程序，如运动负荷试验 （EST）。当 EST⁶ 下出现最大可耐受压力时，EST 可评估心血管、肌肉、肺、造血、神经感觉和骨骼系统的整体性能。

在正常情况下，运动时会出现生理适应。在运动过程中，会发生一些变化，例如血管内血液中的液体动态变化、血浆和血容量的减少以及血细胞比容和血浆代谢物浓度的增加。血浆体积减少在运动后约 1 小时恢复正常，这也可能因个人训练水平和水补充而有所不同⁷.

然而，IHD 可能导致对运动的急性反应受损，影响某些变量的 EST 表现，包括有氧能力和运动耐量，例如摄氧量 （VO2） 和心率/氧脉搏 （HR/O2）⁸。最近，水合状态 （HS） 是衡量体内所含水分^{的指标 1}，已被提议作为与血浆体积相关的因素，能够改变血流量和粘度。HS 还与收缩容积、心率和动静脉血氧差有关，这些都是 VO2 的决定因素。此外，一些研究描述了 HS 与较低的心肺反应（心脏变时性和正性肌力，VO2 和 HR/^O2）的关系9。

此外，年龄、环境条件、身体活动/运动水平以及液体摄入量等饮食因素也被描述为参与 HS 平衡¹⁰ 的几个因素。同样，IHD 等病理生理状况及其进展可能会影响 HS¹¹。

尽管 HS 与心肺、生物环境反应或生活方式因素密切相关，但人群中 IHD 与既往疾病的特殊关联已得到广泛关注;它代表了临床研究的重大挑战，特别是由于早期阶段的评估，以及对可靠和标准化方法来评估 HS 的要求。

为了解决这个问题，生物电阻抗分析 （BIA） 是一种实用、非侵入性和具有成本效益的方法，可用于估计临床环境中的身体成分，但也已被提议作为评估 HS 的替代方法，由于结果存在高度可变性，甚至优于金标准方法（同位素稀释），因此优于其他方法，如生物标志物测试（尿液或血浆渗透压），因为该技术的复杂性需要特定的培训和高成本的设备，在临床上变得不切实际 12,13,14,15。

传统的 BIA 方法采用交变的低电流强度（低于感知阈值），进入人体并穿过内部组织。然后，基于身体器官可以充当电导体或电介质的原理，我们可以获得电阻抗（或生物电阻抗 [Z]）的寄存器，该寄存器反映了器官对自由施加的电流 （EF） 的反对，具体取决于它们的组成（脂肪或肌肉质量、骨骼、水等）。¹². 这里，Z 源是电阻 （R） 和电抗 （Xc）。前者与整个细胞离子溶液（细胞内和细胞外）中 EF 的对立有关，而后者是组织界面、细胞膜和细胞器的电容成分¹²。

此外，生物电阻抗矢量分析 （BIVA） 是一种替代的 BIA 方法，它使用 R 和 Xc 之间的空间关系（均按高度调整）来评估软组织水合作用。R 和 Xc 数据绘制在双变量电阻-电抗图上，可以可视化身体成分和 HS^12,16。

考虑到与心肺相关的 HS 平衡领域探索较少，以及对表征 BIVA 等方法在 HS 评估中的新应用的兴趣日益浓厚，本研究旨在通过 BIVA 方法确定 HS，并分析 HS 与 VO2 和 HR/O2 的关系在门诊 IHD 患者中。

Protocol

来自 Centro Médico Nacional "20 de Noviembre"， ISSSTE 的机构研究伦理委员会批准了该协议 （ID 383.2019）。所有入组患者均签署书面知情同意书。

1. 生物电阻抗分析（BIA）测量前

注意:BIA协议程序是使用单频生物电阻抗装置（材料表）测量的。该器件在 50 kHz 时提供两个值（电阻和电抗）。此外，这里描述的BIA协议是根据所使用的单频生物电阻抗装置而特异性的。

1. 设备的标准化和技术要求
   1. 使用制造商提供的测试电阻器 （500 Ω） 测试设备的正确校准。可接受的电阻和电抗值分别为 495.0 至 505.0 Ω和 -3.0 至 3.0 Ω。确保皮肤电极与同一制造商的品牌相对应，并且设备未连接到电流。
   2. 用过氧化氢溶液水 （1:4） 清洁和消毒设备和引线。用干净的擦拭布蘸上溶液，然后沿着电线和设备外壳的外部轻轻擦拭。
2. 患者分析和测试准备（预测试）
   注意:包括诊断患有 IHD 的患者，男性或女性，年龄为 >18 岁。以及患有受控合并症的患者，如全身动脉高血压、血脂异常和 2 型糖尿病。平均体重和身高分别为 70 公斤和 160 厘米。此外，如果患者表现出以下任何特征，则被排除在外:主动吸烟或戒烟<6个月，最近6个月内发生心肌梗塞或中风，贫血，电解质失衡以及慢性终末期疾病，如肾或肝功能衰竭。
   1. 在测量前至少2-3小时告知患者禁食。
   2. 向患者解释手术过程。
   3. 收集性别、年龄、体重（公斤）和身高（厘米）信息。对于测量身高和体重，请分别使用数字便携式精密秤和便携式精密测距仪（材料表），并根据 Lohman 等人^{描述的标准方法进行测量17}。
   4. 指示患者取出他/她佩戴的任何金属物品（手表、戒指、手镯、项链或任何其他物品），以避免干扰测量。要求患者脱掉鞋子和袜子。
   5. 将患者仰卧位放在担架床上。确保手臂和腿部保持 30° 至 45° 的角度分离，手掌朝上。如果大腿太大，请使用干净的毛巾/床单形成非导电屏障并将它们分开。此外，请确保担架床的材料不导电。
      注意:为了在患者获得仰卧位后实现稳定的液体分布，建议在 BIA 测量前躺下至少 5 分钟。
   6. 在连接皮肤电极之前，使用浸有 70% 乙醇的垫子清洁该区域。
   7. 如下所述放置四个皮肤电极。根据制造商的建议放置所有皮肤电极，它们之间的距离至少为 5 至 10 厘米，以避免电极与电极的相互作用。
      1. 首先，将近端电极放在手上，如下所示:将一个电极放在手腕上，就在月舟腕关节和尺桡关节之间。然后，在中指处找到另一个电极，就在掌指关节后面。
      2. 然后，将远端电极放在脚上，如下所示:将一个电极放在脚踝上，位于内踝和外踝和黄芪之间的关节处。然后，在第三根手指的跖趾关节之间找到另一个电极。

2. BIA测量

1. 将引线的圆形插座连接到设备背面。
2. 首先，连接导脚引线（近端）——手腕上的红色夹子和中指上的黑色夹子，然后连接脚导引器（远端）——脚踝上的红色夹子和第三根手指上的黑色夹子。确认所有夹子都放在皮肤电极的边缘。
3. 指示患者在进行测量时不要移动。
4. 按 开 机按钮打开设备。立即观察屏幕上的值，等待 30 秒到 60 秒，让电阻和电抗数据稳定下来，然后记录这些值。按 关闭 按钮关闭设备。
5. 测量完成后，取下手和脚的红色和黑色夹子，然后小心地取下皮肤电极并丢弃它们。

3. BIVA对水合状态的分析和评估

注意:在开始BIA分析之前，必须下载BIVA软件（材料表）。请注意，BIVA 软件是一个电子表格，其中包含来自不同人群的数据以及按性别排列的电阻和电抗参考值¹⁸。

1. BIVA 软件包含以下七张纸:指南、参考群体、点图、路径图、受试者、z 分数和 z 图。单击 "参考总体"（Reference Population ） 工作表，然后根据要评估的总体选择整行。此方法使用第 9 行和第 10 行（墨西哥人口）¹⁹。
2. 复制所选数据并将其粘贴到第二行中。
3. 单击 "主题 "表并手动填写位于第二行中的以下信息 - 第 1 列:患者 ID;列 2:Seq，应始终为 1;第3栏和第4栏:分别标明姓氏和姓名;第 5 列:性别，如果女性分配 F，如果男性分配 M;第 6 列和第 7 列:分别添加电阻值和电抗值（先前记录）;第 8 列:高度，以厘米为单位表示值;第9列:重量，以kg为单位表示值;第 10 列:人口代码，指示出现在参考总体表第一列中的 1 到 13 之间的值，以选择要评估的总体;第 11 列:组代码，在 1 到 10 之间添加一个值以选择要评估的患者;第 12 列:年龄，以年表示年龄。
4. 单击主菜单中的 "补码 "选项，然后单击 "计算 "以获取按高度调整的电阻和电抗值（第 13 列和第 14 列）。
5. 单击 "点图 "工作表，将显示女性或男性的 R/H-Xc/H 图。该图包含由特定参考群体调整的 50%、75% 和 95% 百分位公差椭圆（图 1）。
6. 当显示名为"选择组"的对话框时，根据主题工作表中指示的最后一个数字 - 第 11 列选择 "组选项 "。添加之前在组代码中注册的值，然后单击 确定。将绘制一个显示形状特征的向量。
7. 从图中解释水合状态如下:介于 50% 和 95% 百分位数容忍椭圆之间的向量表示水合度过高，而 95% 公差椭圆上极外的向量表示水合不足，95% 公差椭圆下极外的向量表示水合过度。

4. 在开始运动压力测试 （EST） 协议之前

注意:运动压力测试 （EST） 协议^20,21 使用专门的医用跑步机（材料表）进行测量。EST 根据修改后的 Bruce 斜坡协议^20,21 进行，并由经验丰富的心脏病专家监督。

1. 患者分析和准备
   1. 确保患者在测试前符合以下特征:测试前至少 1 天避免任何剧烈体力活动，并在测试前至少 4 小时禁食患者。要求患者穿着舒适的衣服进行检查。
   2. 向患者解释 EST 方案并记录性别、年龄、体重（公斤）和身高（厘米）。将性别、年龄、体重和身高数据输入 EST 系统，以自动估计测试期间的 METS、VO2 和 HR/O2 值。
   3. 在 EST 之前询问患者是否有任何身体残疾（例如关节或胸痛、呼吸困难等）。 观察患者的步态并确保其没有行走障碍。
2. EST设备与患者和系统校准的连接
   1. 选择并放置适合尺寸的 EST 面罩，然后轻轻将其固定在患者的脸上。
   2. 进行漏气测试，指示患者盖住面罩上的孔并呼气。不应听到任何声音。
   3. 连接粉红色的流端，一个连接到面罩的孔，另一个连接到EST设备的电线。
   4. 等待 EST 设备的气体分析元件自动校准，确保环境 CO₂ 不超过 1,200 ppm。
   5. 在放置电极之前，指导患者揭开胸部区域并用 70% 异丙醇清洁皮肤。如有必要，剃须该区域。
   6. 根据改进的^{Mason-Likar 12} 标准化方法和 AHA 科学声明:测试和训练的运动标准^20,21 将患者胸部的 22 导联心电图电极连接起来，如下所述。
      1. 在手臂上放置四个电极:一个在肩峰骨上方的右臂 （RA） 上，一个在肩峰骨上方的左臂 （LA） 上，一个在右肋缘 （RCM） 上，一个在左肋缘 （LCM） 上。
      2. 然后，在胸部放置六个电极:V1 在第二肋间隙和胸骨右缘上方，V2 在第二肋间隙和胸骨左侧边界上，V3 在 V2 和 V4 之间，V4 在与左锁骨中线交叉的第四个肋间隙上，V5 在左前腋线水平的第五肋间间隙上，V6 在第六肋间隙上左中腋线的水平。
   7. 进行静息肺活量测定，指示患者尽可能深吸气，然后指示尽可能快和有力地呼气，尽量保持至少 6 秒的呼气努力。
   8. 通过重复呼气努力 3 次来评估静息肺活量测定法的可重复性和质量标准。
   9. 评估 1 秒用力呼气容积 （VEF1） 和 EST 系统中提供的用力肺活量 （FVC） 参数。
   10. 根据 VEF1/FVC 选择患者达到的最佳参数，以便在测试期间对其进行监测。

5. 执行 EST

1. 在开始 EST 之前评估心脏状况（基线心电图 [EKG]、心率和血压），以确保患者没有出现限制因素。
2. 向患者解释 EST 期间感知到的体力消耗是使用 0 到 20²⁰ 的 Borg 量表测量的。
3. 每 3 分钟监测和评估一次 EST，注意血压、心率和心电图迹线变化。继续监测对任何症状（胸痛、呼吸急促、头晕或极度疲劳）的感知以及 Borg 量表感知到的体力劳动。按如下方式执行这些评估。
   1. 血压:每 3 分钟使用气动装置测量一次收缩压和舒张压，以评估收缩压的升高与运动负荷成正比。
   2. 心率:使用 12 导联遥测（压力心电图）实时记录逐个心跳，以预期该变量随着负荷的增加而线性增加。此外，分析心律以将其与非窦性心律区分开来，并通过遥测检测心律失常。
   3. 症状和体征:在手术过程中，询问患者是否有任何不适，例如胸部或四肢疼痛、呼吸困难、警觉性改变、视力下降、头晕或步态不稳，并评估是否存在低心率、血氧饱和度或血压。
   4. 对努力的感知:随着手术的进行，根据 0 到 20 的 Borg 量表询问患者的努力程度。较低的数字表示较轻的努力，而较高的数字表示较重。
   5. 如果患者的心率达到 85%（根据年龄计算）>或者患者在努力过程中感到任何不适或表现出明显的心电图障碍（缺血或复杂心律失常），则停止 EST。
4. EST 完成后，在接下来的 1 分钟、3 分钟、5 分钟和 8 分钟（恢复期）内密切监测患者的血压、心率和心电图，并确保这些参数恢复到基线值。
5. 从 EST 软件中提取并注册心肺数据:METS、VO2 和 HR/O2。

Results

首先，使用从单频 （SF-BIA） 设备注册的 R 和 Xc（均根据患者身高进行调整）数据来获得 BIVA R/Xc 图。其次，我们将水合状态分为水合状态、水合过度和缺水。用圆形和三角形绘制的男性患者的代表性水合数据，年龄在66岁和67岁之间，体重为72.2公斤和72.3公斤，身高为169厘米和163厘米（图2）。此外，阻抗数据显示R/H=280.7，Xc/H=23.6 Ω和R/H=254.3，Xc/H=61 Ω，分别分为水合过度和水合不足状态。患者 1 的 EST 值为 VO2 = 7.7 mL/kg/min，METS= 3.7，HR/O2 = 7.5 O₂/次，患者 2 的 EST 值为 VO2 = 25.5 mL/kg/min，METS= 7.3 和 HR/O2 = 11.3 O₂/次。相比之下，水合正常患者（用正方形绘制，年龄 68 岁，体重 83.1 kg，身高 174 cm，生物阻抗结果:R/H = 265.5，Xc/H = 28.7 Ω）的 EST 值为 VO2 = 43.3 mL/kg/min，METS= 12.4 和...

Discussion

尽管 BIA 被认为是一种安全、实用和非侵入性的方法，它克服了其他测量身体成分和身体水分的方法的局限性^19,23，但重要的是要考虑生物电阻抗类型（此处描述的方法特定于单频生物电阻抗设备）或步骤和技术验证方法的变化。

医学文献中报道，有不同类型的 BIA;基于 50 kHz 的 SF-BIA 和使用 1 至 500 kHz 范围的多频 （MF-BIA）。它们之间的差异在于，与 SF-BIA 相比，MF-BIA 在健康受试者和慢性病人群中测量和区分全身水 （TBW） 与细胞外水 （ECW） 和细胞内水 （ICW） 的能力更好 24,25,26,27。然而，只要 HS 保持稳定，某些 SF-BIA 类型的设备就可以接近...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BIVA Tolerance	BIVA 软件 2002		Piccoli A， Pastori G： BIVA 软件。帕多瓦大学医学和外科科学系，帕多瓦，意大利，2002 年（可在 E-mail:apiccoli@unipd.it 获得）。
心电图 C600	BTL	407-80MANEN03100	心电图仪
心动点手推车	BTL	40700B000240	推车
便携式数字平秤	SECA	813	数字平秤
便携式测距仪	SECA	213	测距仪
Quantum IV	RJL SYSTEMS	Q4B-2405	生物电阻抗分析仪
跑步机 Clinical	BTL	216A18	跑步机