Name: 心力衰竭患者心肺运动测试中脑组织饱和监测的集成 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-10-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 20 s
Description: 了解如何将近红外光谱技术整合到心肺运动测试中，用于心力衰竭患者脑组织氧饱和度监测。该方法可评估脑血流动力学反应与运动耐量的关系，具有临床预后价值。

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衷心感谢参与运动测试的患者。本研究由台湾国家科学委员会（NMRPG3G6231/2/3）、长庚纪念医院（资助编号 CMRPG3G0601/2）、长庚大学健康老化研究中心以及台湾教育部高等教育深耕计划（资助编号 EMRPD1H0351 和 EMRPD1H0551）提供支持。

以下方案已获得中国台湾林口长庚纪念医院伦理委员会的批准。运动试验在空调实验室中进行，实验室大气温度为22-25 °C，压力为755至770 Torr，相对湿度为55-65%。每次测试前，根据制造商说明，使用室内空气和已知浓度的混合气体（FO2：0.12；FCO2：0.05；氮气N2为平衡气）对气体分析仪进行校准。系统中的涡轮流量计通过自动抽气系统采用两点法（0.2 L/s 和 2 L/s）进行校准。
1. 准备：传感器和记录仪的放置
<ol>
	<li>用酒精棉片清洁前额两次，以去除皮肤上的汗液和污垢。</li>
	<li>将近红外光谱（NIRS）传感器双侧放置于前额，使用发射器与探测器间距为5 cm的大型传感器，其估计测量深度为2.5 cm。确保传感器牢固固定。</li>
	<li>将心电图电极片贴于胸前部、双侧肩锁关节以及下背部。</li>
	<li>让患者坐在自行车功率计上。</li>
	<li>佩戴血压计臂带。</li>
	<li>指导患者佩戴气体分析面罩，并确保面罩边缘无气体泄漏。</li>
	<li>将脉搏血氧仪传感器放置于患者的耳垂和食指上。</li>
</ol>
2. CPET 与 SctO2 监测
<ol>
	<li>让患者休息至少 2 分钟，以获得稳定的基线值，包括 SctO2 和呼吸交换率。</li>
	<li>让患者在功率自行车上以 10 W 的负荷进行 1 分钟的热身阶段。</li>
	<li>以每分钟 10 W 的速率递增负荷，要求患者以约 60 转/分钟的速度踩踏，直至在强烈鼓励下仍无法维持转速 &#62;50 转/分钟（症状限制性运动试验）。</li>
	<li>从以 100 Hz 频率采集的数据中自动每秒计算一次 SctO2 的平均值。</li>
	<li>使用血压计自动每 2 分钟测量一次血压。</li>
	<li>逐次呼吸分析气体成分，包括 VO2 和呼气末二氧化碳分压（PETCO2）。</li>
	<li>让患者在 0 W 的负荷下完成 2–6 分钟的恢复阶段。</li>
</ol>

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

通过近红外光谱技术（NIRS）无创、连续监测脑部氧合已在多种场景中得到应用，包括心血管外科手术13以及脑功能分析，例如用于评估神经活动的研究14。本方案将NIRS整合至传统的 cardiopulmonary exercise testing（CPET）中，以识别心力衰竭（HF）患者运动耐受不良时脑部血流动力学反应的参与情况。该方法可提高运动试验在判断预后及疾病严重程度方面的价值。
心功能障碍曾被认为是心力衰竭（HF）患者运动耐量下降的主要原因15。然而，临床研究表明，正性肌力药物或血管扩张剂未能提高患者的运动能力16，且静息状态下心功能与峰值氧耗量之间的关联较弱17。因此，心功能障碍并非心力衰竭患者运动耐量下降的唯一原因。
运动期间脑灌注和氧合降低已在心输出量无法正常增加的患者中得到证实<s...

心肺运动试验（CPET）已应用于射血分数降低的心力衰竭（HF）患者，用于多个目的，包括量化心肺适能、判断预后、诊断运动受限的原因以及制定运动处方1,2,3。在测试过程中，需监测并分析血流动力学参数及自动气体交换仪获取的数据。脑组织氧饱和度（SctO2）监测对于评估预后及疾病严重程度具有重要价值4,5。
近红外光谱技术（NIRS）利用红外光穿透颅骨，以连续、无创的方式估算脑组织氧合水平6。由于氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白具有不同的光吸收光谱，且是吸收光的主要发色团，因此可通过光的透射和吸收来测量它们的浓度6,7。然而，背景光吸收物质也会散射光线，可能影响测量结果8。本研究采用空间分辨型近红外光谱技术，测量从静息状态到运动峰值期间的SctO29。通过发射四种不同波长的光，以补偿波长依赖性散射损失并消除背景干扰，从而提高测量准确性10。
SctO2 表示脑组织中氧气输送与消耗的比例。脑组织去饱和与脑血流（CBF）紊乱、动脉血氧浓度降低以及脑组织耗氧量增加相关11。除心输出量不足外，晚期心力衰竭还可通过过度通气降低动脉血二氧化碳分压（PaCO2），间接引起脑血管收缩，从而在运动期间导致脑灌注不足12。
Chen 等人揭示了心力衰竭（HF）患者脑氧合的临床意义4。首先，与健康对照组相比，HF 组的 SctO2 显著降低。SctO2 不仅在静息状态下下降，在运动过程中进一步降低，而这一现象在健康人群中未被观察到。其次，SctO2rest 和 SctO2peak 与 VO2peak、脑钠肽（BNP）以及氧摄取效率斜率（OUES）呈相关性，而这些指标均为已确立的预后标志物。因此，SctO2rest 和 SctO2peak 极有可能作为预后指标，反映 HF 患者的疾病严重程度。Koike 等人的另一项研究表明，在冠心病患者中，从静息到运动峰值期间前额测量的脑部氧合血红蛋白变化值在非存活者中显著低于存活者5。因此，脑氧合可用于对心力衰竭患者的疾病严重程度和预后进行分层评估。

<table><tbody><tr><td>自行车功率计</td><td>Ergoline, Germany</td><td>Ergoselect 150P</td><td></td></tr><tr><td> cardiopulmonary exercise testing 气体分析</td><td>Cardinal-health Germany</td><td>MasterScreen CPX</td><td></td></tr><tr><td>指端脉搏血氧仪</td><td>Nonin Onyx, Plymouth, Minnesota</td><td>Model 9500</td><td></td></tr><tr><td>血压计</td><td>SunTech Medical, UK</td><td>Tango</td><td></td></tr><tr><td>近红外光谱技术</td><td>CAS Medical Systems, Inc., Branford, CT</td><td>FORE-SIGHT system</td><td></td></tr></tbody></table>

心力衰竭患者 cardiopulmonary exercise testing 中脑组织饱和度监测的整合

Integration of Brain Tissue Saturation Monitoring in Cardiopulmonary Exercise Testing in Patients with Heart Failure

静息或运动期间脑部供氧不足会对射血分数降低型心力衰竭（HF）患者的运动耐量产生负面影响。然而，在临床 cardiopulmonary exercise testing（CPET）中，并未评估脑血流动力学。近红外光谱技术（NIRS）可用于测量脑组织氧饱和度（SctO2) 位于额叶。该方法可靠且有效，已在多项研究中得到应用。SctO2 在心力衰竭患者中，静息和运动峰值期间的 SctO₂ 均低于健康对照组（66.3 ± 13.3% 和 63.4 ± 13.8% vs. 73.1 ± 2.8% 和 72 ± 3.2%）。SctO2 静息时与峰值VO₂呈显著的线性相关2 (r = 0.602)，氧摄取效率斜率（r = 0.501）以及脑钠肽（r = -0.492），这些均为公认的预后及疾病严重程度标志物，表明其具有潜在的预后价值。SctO2 主要由终末呼气二氧化碳分压决定2 压力、平均动脉压以及HF人群中的血红蛋白。本文展示了一种整合SctO2 使用近红外光谱技术（NIRS）结合校准自行车功率计进行递增式 cardiopulmonary exercise testing（CPET）。

在台湾林口长庚纪念医院纳入了34名心力衰竭患者和17名健康对照者。每位受试者均接受了包含SctO₂监测的心肺运动试验。2 通过近红外光谱（NIRS）进行监测。简言之，SctO2 （静息；峰值）值在HF组中（66.3 ± 13.3％；63.4 ± 13.8％）显著低于对照组（73.1 ± 2.8％；72 ± 3.2％）图1）。在HF组中，SctO2 静息状态（SctO2rest) 和 SctO₂ 峰值2 (SctO2峰) 与脑钠肽（BNP）、VO2峰，以及 OUES（r -0.561 到 0.677 p &lt; 0.001) (图2）。值得注意的是，SctO2rest 由P的分压决定ETCO2 静息时（...

本方案将近红外光谱技术整合到传统的 cardiopulmonary exercise testing（ cardiopulmonary exercise testing）中，以识别心力衰竭患者运动不耐受过程中脑血流动力学反应的参与情况。

静息或运动期间的脑部低氧会负面影响射血分数降低型心力衰竭患者的运动能力……

心力衰竭患者脑组织饱和度已被证实能够反映功能容量和疾病严重程度，并具有潜在的预后价值。运动试验期间的氡监测具有临床价值。通过近红外光谱法（NIRS）测量的脑组织氧饱和度操作简便且易于实施。本方案将近红外光谱技术（NIRS）整合到传统的 cardiopulmonary exercise testing（CPET）中，以提高心力衰竭患者运动测试的价值。演示该操作流程的是本实验室的技术员 Yu Chen Liu。开始操作前，使用酒精棉片清洁受试者前额两次，以去除皮肤上的汗液和污垢。使用大尺寸的近红外光谱（NIRS）传感器，其发射器与探测器之间的距离为5 cm，将传感器双侧放置于前额，并确保传感器固定牢固。随后，将心电图（EKG）电极贴附于胸前部、双侧肩锁关节以及腰部下方。让患者坐在自行车测功仪上，并为其佩戴血压计袖带。然后，为患者戴上气体分析面罩，并将脉搏血氧仪传感器置于患者食指上。首先，嘱患者至少休息两分钟，以获得稳定的基线值，包括脑组织氧饱和度和呼吸交换率。接下来，让患者在功率自行车上以10瓦的负荷完成一分钟的热身阶段。随后每分钟增加10瓦的负荷，要求患者以约60转/分钟的速度踩踏，直至其在强烈鼓励下仍无法维持超过50转/分钟的转速为止。从以100 Hz频率采集的数据中，每秒自动平均一次脑组织氧饱和度数值。每两分钟使用血压计自动测量一次血压。逐次呼吸分析气体成分，包括氧摄取量和呼气末二氧化碳分压。然后让患者在0瓦特的功率下完成恢复阶段，持续两到六分钟。在本研究中，心力衰竭患者和健康对照者均接受了心肺运动试验，该试验结合了近红外光谱技术（NIRS）对脑组织氧饱和度的监测。心力衰竭组的大脑组织氧饱和度数值在短时间内明显低于对照组。在心力衰竭组中，静息状态和峰值运动时的大脑组织氧饱和度与脑钠肽、峰值氧摄取量以及氧摄取效率斜率呈线性相关。值得注意的是，静息状态下的大脑组织氧饱和度由静息时的呼气末二氧化碳分压、血红蛋白水平以及静息时的平均动脉压决定。该操作简单且便捷。脑饱和度指数较低的患者需要得到高度的医疗关注。将近红外光谱技术（NIRS）整合到心肺运动试验（CPET）中，有助于明确脑血流动力学抑制在心力衰竭患者运动耐受性下降中的作用。除了其预后价值外，还需要纵向研究来证实。

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心力衰竭患者心肺运动测试中脑组织饱和监测的集成

肺康复在呼吸系统疾病的管理中被广泛认可。成功实施肺康复的关键要素之一是坚持推荐的运动训练。本方案的目的是描述如何利用连续数据追踪技术精确测量患者对规定有氧训练强度的依从性。...

利用连续数据追踪技术研究肺康复中的运动依从性

本实验方案旨在演示利用负压下体负压作为人类失血的无创实验模型，来测量中心血容量减少时的代偿性反应的技术，该模型可用于量化人体对血容量不足时各种代偿机制的总体整合能力。...

一种人体失血模型中的整合性代偿反应

为了评估肺部在运动时的气体弥散和血管反应，我们描述了多次吸入氧气弥散能力技术，用于测定毛细血管血容量和膜弥散能力，以及采用振荡生理盐水对比超声心动图来评估肺内动静脉吻合支的募集情况。...

运动期间肺毛细血管血容量、膜弥散能力及肺内动静脉吻合支的评估

常温离体心脏灌注（ESHP）可使心脏维持在跳动的、接近生理状态的条件下保存。当以工作模式进行时，ESHP 提供了对供体心脏功能和器官活力进行复杂评估的机会。本文中，我们描述了在 ESHP...

常温离体心脏灌注的工作模式：心脏功能与代谢评估

失血性休克是严重创伤患者中的一种严重并发症，可导致危及生命的氧供不足。本文介绍一种通过猪放血诱导失血性休克的标准化方法，该方法由血流动力学和脑微循环氧合指标指导。...

基于脑部氧合监测与扩展血流动力学监测的猪标准化失血性休克诱导方法

我们基于心肺运动试验（CPET）研究外科口罩对心肺功能的影响。本研究表明，外科口罩会降低健康青年人群的心肺运动能力和通气量，且佩戴口罩对女性受试者有氧运动能力的影响可能大于男性受试者。...

外科口罩对健康受试者心肺功能的影响

通过氧合敏感性心脏磁共振成像结合血管活性呼吸动作评估微血管功能，能够独特地检测心肌氧合的快速动态变化 体内...

通过血管活性呼吸动作进行氧合敏感性心脏磁共振成像以无创评估冠状动脉微血管功能障碍

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...

通过生物电阻抗向量分析评估接受运动负荷试验的缺血性心脏病患者的 hydration 状态

BrainBeats 工具箱是一个开源的 EEGLAB 插件，旨在联合分析脑电图（EEG）和心血管信号（ECG/PPG）。该工具箱包含心搏诱发电位（HEP）评估、基于特征的分析以及从脑电图信号中提取心脏伪迹等功能。本实验方案将通过两个视角（HEP...

BrainBeats：一个用于联合分析脑电图与心血管信号的开源EEGLAB插件

本方案结合近红外光谱技术（NIRS），用于评估心肺运动测试期间前额叶皮层、呼吸肌（m.Intercostales）和运动肌（m.Vastus...

使用近红外光谱可穿戴设备识别运动过程中的中枢与外周限制

了解如何将近红外光谱技术整合到心肺运动测试中，用于心力衰竭患者脑组织氧饱和度监测。该方法可评估脑血流动力学反应与运动耐量的关系，具有临床预后价值。

心力衰竭患者 cardiopulmonary exercise testing 中脑组织饱和度监测的整合

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