水分状态失衡可能对氧摄取量和脉搏的直接与间接决定因素，以及缺血性心脏病的发病率和死亡率预后因素产生短期影响。本方案描述了通过生物电阻抗向量分析及运动负荷试验期间 cardiopulmonary 反应来评估水分状态的技术。
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摘要
摘要
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及灌注功能下降。通过运动负荷试验评估的多种临床变量，如摄氧量（VO2）和心率-氧脉搏（HR/O2），已被认为是IHD患者 cardiopulmonary 预后的预测因素。然而，其他可能影响 cardiopulmonary 反应的因素，如水合状态（HS），却鲜有研究。水合状态失衡会短期影响血浆容量和交感神经系统，进而影响血容量，并降低VO2和HR/O2。近年来，生物电阻抗分析（BIA）作为一种基于身体组织（包括液体容量）对微弱电流阻力的检测方法，已广泛用于评估水合状态，其通过获取两个参数——电阻（R）和电抗（Xc），并结合预测公式进行分析。然而，某些局限性，如慢性疾病或异常体液状态，可能影响其结果准确性。在此背景下，生物电阻抗向量分析（BIVA）等替代性BIA方法日益受到重视。将R和Xc（经身高校正后）作为向量绘制于R/Xc图上，可根据该向量与均值向量的距离判断水合状态是否正常或异常。本研究旨在描述如何使用单频设备通过BIVA测定水合状态，并将结果与IHD患者的 cardiopulmonary 反应进行比较。
引言
缺血性心脏病（IHD）是一组以心肌缺血为特征的临床综合征，表现为心肌供血与需血之间的不匹配。其基本的病理生理缺陷包括灌注不足，主要由心外膜冠状动脉的动脉粥样硬化性疾病引起1,2,3。总体而言，心血管疾病（CVD）的患病率较高，在全球范围内预后较差4。特别是在2015年，IHD导致了约900万例死亡和超过1.6亿个伤残调整生命年；时至今日，IHD仍是全球主要的死亡原因之一，并加重了全球心脏疾病的负担5。
为了评估缺血性心脏病（IHD）的存在及其预后，通常会使用一些非侵入性检查方法，例如运动负荷试验（EST）。当运动负荷试验达到最大可耐受负荷时，EST可对心血管系统、肌肉系统、肺部系统、造血系统、神经感觉系统以及骨骼系统的整体功能表现进行评估6。
在正常情况下，运动时会出现预期的生理适应性变化。运动过程中会发生多种变化，例如血管腔内血液中的体液发生动态变化、血浆和血容量减少，以及血细胞比容和血浆代谢物浓度升高。血浆容量的减少通常在运动后约1小时恢复正常，但这一恢复时间也可能因个体的训练水平和水分补充情况而有所不同7。
然而，IHD 可能导致对运动的急性反应受损，影响心肺运动试验（EST）在某些反映有氧能力和运动耐受性的指标上的表现，例如摄氧量（VO2）和心率/氧脉搏（HR/O2）8。最近，水合状态（HS）——即体内含水量的指标1——被提出为一个与血浆容量相关的因素，能够改变血流和血液黏度。HS 还与每搏输出量、心率以及动静脉氧差等决定 VO2 的因素相关。此外，一些研究描述了 HS 与较低的心肺反应性（包括心脏的变时性和变力性反应、VO2 及 HR/O2）之间的关联9。
此外，年龄、环境条件、体力活动/运动水平以及液体摄入量等饮食因素均被证实参与调节HS平衡10。同样，缺血性心脏病（IHD）及其进展等病理生理状态也可能影响HS11。
尽管热射病与心肺功能、生物环境反应或生活方式因素密切相关，但既往状况与人群中缺血性心脏病之间的特定关联却鲜有研究；这给临床研究带来了重大挑战，尤其是由于需要评估疾病的早期阶段，以及需要可靠的标准化方法来评价热射病。
为解决这一问题，生物电阻抗分析（BIA）作为一种实用、无创且成本效益高的方法，不仅可在临床环境中用于估算身体成分，还被提出作为评估水合状态（HS）的替代方法。与其他方法（如生物标志物检测（尿液或血浆渗透压））相比，BIA具有优势，因为后者检测结果存在较大的变异性；甚至相较于金标准方法（同位素稀释法），BIA也更具优势，因为后者技术复杂，需要专业培训和昂贵的设备，临床应用不切实际12,13,14,15。
传统的生物电阻抗分析（BIA）方法采用一种交变的低强度电流（低于感知阈值），该电流进入人体并穿过内部组织。根据人体器官可作为电导体或电介质的原理，可以记录到电抗（或生物电抗 [Z]），该电抗反映了器官对其内部自由流动的电流（EF）的阻碍程度，这种阻碍取决于器官的组成（脂肪或肌肉质量、骨骼、水分等）12。其中，Z 由电阻（R）和电抗（Xc）构成。前者与电流在细胞内外离子溶液中的传导阻力相关，而后者则源于组织界面、细胞膜及细胞器等结构所形成的容抗成分12。
此外，生物电阻抗向量分析（BIVA）是一种替代性的生物电阻抗分析（BIA）方法，通过利用电阻（R）和电抗（Xc）之间的空间关系（两者均按身高进行校正）来评估软组织水合状态。R和Xc数据被绘制在双变量的电阻-电抗图上，从而可直观显示身体成分和水合状态12,16。
鉴于与心肺功能相关的水盐平衡领域研究尚不充分，以及人们对利用BIVA等方法探索水盐平衡评估新应用的兴趣日益增加，本研究旨在通过BIVA方法测定稳定性冠心病患者的身体水合状态，并分析水合状态与VO2及HR/O2之间的关系。
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方案
来自国家医疗中心的机构研究伦理委员会 "11月20日"，ISSSTE 批准了本方案（编号：383.2019）。所有入组患者均签署了书面知情同意书。
1. 生物电阻抗分析（BIA）测量前准备
注意：生物电阻抗分析（BIA）方案的操作使用单频生物电阻抗设备进行测量（材料表）。该设备在50 kHz频率下提供两个数值（电阻和电抗）。此外，此处描述的BIA方案是针对所使用的单频生物电阻抗设备而特定设定的。
- 设备的标准化与技术要求
- 使用制造商提供的测试电阻器（500 Ω）检测设备校准是否正确。电阻和电抗的可接受值分别为 495.0 至 505.0 Ω 和 -3.0 至 3.0 Ω。确保皮肤电极与设备为同一制造商品牌，并且设备未连接电源。
- 使用基于过氧化氢溶液的水（1:4）清洁和消毒设备及导线。将干净的擦拭布蘸取该溶液后，沿导线和设备外壳轻轻擦拭。
- 患者分析及测试前准备（测试前）
注意：纳入诊断为缺血性心脏病（IHD）的男性或女性患者，年龄 >18 岁；同时纳入合并症得到控制的患者，如系统性动脉高血压、血脂异常和2型糖尿病。平均体重和身高分别为 70 kg 和 160 cm。此外，若患者具有以下任一特征，则予以排除：当前吸烟或戒烟时间 <6 个月、近 6 个月内发生心肌梗死或脑卒中、贫血、电解质失衡，以及终末期慢性疾病（如肾功能衰竭或肝功能衰竭）。- 告知患者在测量前至少禁食 2–3 小时。
- 向患者解释操作流程。
- 收集患者的性别、年龄、体重（kg）和身高（cm）信息。测量体重和身高时，分别使用数字便携式精密秤和便携式精密身高计（材料表），并依据 Lohman 等人所述的标准方法进行测量17。
- 指导患者取下所佩戴的任何金属物品（如手表、戒指、手镯、项链或其他金属饰品），以避免对测量造成干扰。要求患者脱鞋并脱去袜子。
- 让患者仰卧于担架床上。确保双臂与双腿保持 30° 至 45° 的角度分离，手掌朝上。若大腿过于粗大，可使用干净的毛巾或床单作为非导电屏障将其分开。同时，确保担架床的材质不具金属导电性。
注意：为使患者在仰卧位时体液分布稳定，建议在进行生物电阻抗分析（BIA）测量前至少平躺 5 分钟。 - 在连接皮肤电极前，使用浸有 70% 乙醇的棉垫清洁相应部位皮肤。
- 按以下说明放置四个皮肤电极。所有皮肤电极的放置应遵循制造商建议，且电极之间距离至少保持 5 至 10 cm，以避免电极间相互干扰。
- 首先，在手部放置近端电极：将一个电极置于腕部，位于月骨-舟状骨腕关节与尺骨-桡骨关节之间；另一个电极置于中指，位于掌指关节后方稍偏近端处。
- 然后，在足部放置远端电极：将一个电极置于踝部，位于内、外踝与距骨关节处；另一个电极置于第三足趾的跖趾关节之间。
2. BIA 测量
- 将导联的圆形插头连接到设备背面。
- 首先连接手部导联（近端）——红色夹子夹在手腕处，黑色夹子夹在中指上；然后连接足部导联（远端）——红色夹子夹在踝部，黑色夹子夹在第三足趾上。确认所有夹子均放置在皮肤电极的边缘位置。
- 指导患者在测量过程中保持静止不动。
- 按下ON按钮开启设备。立即观察屏幕上的数值，并等待30秒至60秒，待电阻和电抗数据稳定后记录这些数值。测量完成后，按下OFF按钮关闭设备。
- 测量结束后，先取下手部和足部的红色与黑色夹子，然后小心移除皮肤电极并将其丢弃。
3. 通过BIVA分析和评估水合状态
注意：在开始进行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，以及按性别分类的电阻和电抗参考值18。
- BIVA 软件包含以下七个工作表：指南、参考人群、点图、路径、受试者、Z 分数和 Z 图。点击 参考人群 工作表，并根据待评估的人群选择完整的行。本方法使用第 9 和第 10 行（墨西哥人群）19。
- 复制所选数据并粘贴到第二行。
- 点击 受试者 工作表，并手动填写第二行中的以下信息：第 1 列：患者编号；第 2 列：Seq，应始终为 1；第 3 和第 4 列：分别表示姓氏和名字；第 5 列：性别，女性填 F，男性填 M；第 6 和第 7 列：分别输入已记录的电阻值和电抗值；第 8 列：身高，以 cm 为单位填写数值；第 9 列：体重，以 kg 为单位填写数值；第 10 列：人群代码（Popl Code），输入参考人群工作表第一列中对应的 1 至 13 的数值，以选择待评估的人群；第 11 列：组代码（Group Code），输入 1 至 10 的数值以选择待评估的患者；第 12 列：年龄，以年为单位填写数值。
- 在主菜单中点击 补充分析 选项，然后点击 计算，以获得经身高校正后的电阻和电抗值（第 13 和第 14 列）。
- 点击 点图 工作表，将显示针对女性或男性的 R/H-Xc/H 图。该图包含经特定参考人群校正的 50%、75% 和 95% 百分位容许椭圆（图 1）。
- 当出现名为“选择组”的对话框时，根据受试者工作表第 11 列中指定的最后一位数字选择 组选项。输入先前注册的组代码值，然后点击 确定。系统将绘制一个向量以显示形态特征。
- 按如下方式解读图中的水合状态：若向量位于 50% 至 95% 百分位容许椭圆之间，表示正常水合；若向量位于 95% 容许椭圆上极点之外，表示脱水；若向量位于 95% 容许椭圆下极点之外，表示水合过度。
4. 开始运动负荷试验（EST）方案之前
注意：运动负荷试验（EST）方案20,21 采用专用医用跑步机（材料表）进行测量。EST 根据改良 Bruce 递增负荷方案20,21 实施，并由经验丰富的心脏病学专家进行监督。
- 患者分析与准备
- 测试前确保患者符合以下条件：测试前至少1天内避免任何剧烈体力活动，测试前至少禁食4小时。要求患者穿着舒适的衣服进行测试。
- 向患者解释运动心肺功能测试（EST）流程，并登记其性别、年龄、体重（单位：kg）和身高（单位：cm）。将性别、年龄、体重和身高数据输入EST系统，以自动估算测试过程中的代谢当量（METS）、耗氧量（VO2）以及心率/耗氧量（HR/O2）数值。
- 在进行EST前询问患者是否存在任何身体功能障碍（如关节或胸痛、呼吸困难等）。观察患者的步态，确保其无行走障碍。
- EST设备与患者的连接及系统校准
- 选择合适尺寸的EST面罩，并轻柔地固定在患者面部。
- 进行气密性检测：指导患者用手堵住面罩上的开口并呼气，不应听到漏气声。
- 将粉红色的流量管两端分别连接至面罩的接口和EST设备的导线接口。
- 等待EST设备的气体分析模块自动校准，确保环境中的CO2浓度不超过1,200 ppm。
- 指导患者暴露胸部区域，在放置电极前使用70%异丙醇清洁皮肤。如有必要，剃除局部毛发。
- 根据改良Mason-Likar22标准化方法以及美国心脏协会（AHA）科学声明：运动测试与训练标准20,21，在患者胸部连接12导联心电图电极，具体如下：
- 在四肢放置四个电极：右臂（RA）电极置于肩峰骨处，左臂（LA）电极置于左侧肩峰骨处，右肋缘（RCM）电极和左肋缘（LCM）电极分别置于右侧和左侧肋弓处。
- 然后在胸部放置六个电极：V1电极置于胸骨右缘第二肋间，V2电极置于胸骨左缘第二肋间，V3电极置于V2与V4之间，V4电极置于左侧锁骨中线与第四肋间交点处，V5电极置于左腋前线水平的第五肋间，V6电极置于左腋中线水平的第六肋间。
- 进行静息肺量计检查：指导患者尽可能深吸气，然后尽可能快速有力地呼气，尽量保持呼气动作持续至少6秒。
- 通过重复呼气动作3次，评估静息肺量计检查的可重复性及质量标准。
- 评估EST系统提供的1秒用力呼气容积（VEF1）和用力肺活量（FVC）参数。
- 根据VEF1/FVC比值选择患者达到的最佳参数，用于测试过程中的监测。
5. 进行 EST
- 评估患者的心脏状况（基础心电图 [EKG]、心率和血压），以确保在开始运动负荷试验（EST）前不存在限制性因素。
- 向患者说明，运动负荷试验期间的主观体力感觉将使用 Borg 量表（0 至 20 分）进行评估20。
- 在运动负荷试验过程中，每 3 分钟监测并评估一次血压、心率和心电图波形的变化。持续关注患者是否出现任何症状（如胸痛、呼吸困难、头晕或极度疲劳），并使用 Borg 量表评估其主观体力感觉。具体评估方法如下：
- 血压：每 3 分钟使用气动装置测量一次收缩压和舒张压，以评估收缩压是否随运动负荷呈比例升高。
- 心率：通过 12 导联遥测心电图实时逐搏记录心率，预期该指标随负荷增加呈线性上升。同时分析心律，以区分非窦性心律并借助遥测技术检测心律失常。
- 症状与体征：在操作过程中询问患者是否存在不适，例如胸痛或四肢疼痛、呼吸困难、意识状态改变、视力下降、头晕或步态不稳，并评估是否存在心率过低、血氧饱和度降低或血压下降等情况。
- 体力感觉评估：随着试验进程，询问患者根据 Borg 量表（0 至 20 分）所感受到的努力程度。较低分数表示轻度用力，较高分数则代表重度用力。
- 若患者达到其年龄预测最大心率的 > 85%，或在运动过程中出现任何不适，或出现显著的心电图异常（如缺血或复杂性心律失常），应立即终止运动负荷试验。
- 运动负荷试验结束后，在恢复期的 1 分钟、3 分钟、5 分钟和 8 分钟时密切监测患者血压、心率和心电图，并确保这些参数恢复至基线水平。
- 从运动负荷试验软件中提取并记录 cardiopulmonary 数据：METS、VO2 和 HR/O2。
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结果
首先，采用单频生物电阻抗（SF-BIA）设备测得的经患者身高校正后的 R 和 Xc 数据，绘制出 BIVA R/Xc 图。其次，将患者的水合状态分为正常水合、水潴留（高水合）和脱水（低水合）三类。图中显示了两名男性患者的代表性水合数据，分别用圆形和三角形表示，年龄分别为 66 岁和 67 岁，体重分别为 72.2 kg 和 72.3 kg，身高分别为 169 cm 和 163 cm（图 2）。此外，这两名患者的阻抗数据分别为 R/H = 280.7，Xc/H = 23.6 Ω 和 R/H = 254.3，Xc/H = 61 Ω，分别被归类为水潴留和脱水状态。患者 1 的运动耐量测试（EST）值为 VO2 = 7.7 mL/kg/min，METS = 3.7，HR/O2 = 7.5 O2/beats；患者 2 的相应值为 VO2 = 25.5 mL/kg/min，METS = 7.3，HR/O2 = 11.3 O2/beats。相比之下，处于正常水合状态的患者（以正方形表示，年龄 68 岁，体重 83.1 kg，身高 174 cm，生物...
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讨论
尽管生物电阻抗分析（BIA）被认为是一种安全、实用且无创的方法，能够克服其他测量身体成分和体液含量方法的局限性19,23，但仍需考虑可能存在的偏差，例如生物电阻抗类型（本文所述方法仅适用于单频生物电阻抗设备）或操作步骤及技术验证方法的差异所导致的偏差。
医学文献报道，生物电阻抗分析（BIA）存在不同类型，包括基于50 kHz的单频生物电阻抗分析（SF-BIA）和使用1至500 kHz频率范围的多频生物电阻抗分析（MF-BIA）。两者的主要区别在于，与SF-BIA相比，MF-BIA在健康个体及慢性疾病人群中均具有更优的能力来测量并区分总体水（TBW）、细胞外液（ECW）和细胞内液（ICW）24,25,26,27。然...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
感谢墨西哥国家科学技术理事会（CONACyT）为 Dulce María Navarrete de la O 在攻读硕士学位期间提供的奖学金资助，项目编号 CVU 1004551。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| BIVA 耐受性 | BIVA SOFTWARE 2002 | Piccoli A, Pastori G：BIVA 软件。意大利帕多瓦大学医学与外科学系，帕多瓦，2002年（可通过电子邮件联系：apiccoli@unipd.it）。 | |
| Cardiopoint 心电图 C600 | BTL | 407-80MANEN03100 | 心电图机 |
| Cardiopoint 推车 | BTL | 40700B000240 | 推车 |
| 便携式数字平板秤 | SECA | 813 | 数字平板秤 |
| 便携式身高测量仪 | SECA | 213 | 身高测量仪 |
| Quantum IV | RJL SYSTEMS | Q4B-2405 | 生物电阻抗分析仪 |
| 临床跑步机 | BTL | 216A18 | 跑步机 |
参考文献
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