使用近红外光谱法测量接受血液透析患者组织氧合水平
2020年10月2日
我们介绍了一种利用近红外光谱监测仪测量血液透析（HD）患者区域血氧饱和度（rSO2）的实验方案。rSO2值是组织氧合状态的指标。这种无创、实时的监测方法可用于确认HD过程中器官氧合状态的变化。
利用该方法，我们可以了解血液透析过程中器官的氧动态变化。在本方案建立之前，我们无法确认各器官区域氧含量的变化。这种简单的技术能够无创、实时地评估区域血氧饱和度。
对于透析患者，这种监测可能发现透析期间高血压或血液透析过程中脑缺血干。该神经系统监测已在多个领域得到应用，包括心血管和脑血管外科、新生儿科、重症监护以及院前急救。我们希望未来这种监测能在其他领域得到应用。
例如，认知功能障碍的诊断。首先准备近红外光谱仪（NIRS）设备，用于测量组织氧合情况。该设备具有四个通道，可同时对最多四个器官进行测量。
此外，准备近红外光谱（NIRS）监测用的测量传感器，通过在两个波长下发射近红外光来评估各器官的局部氧饱和度。在血液透析前，让患者仰卧位休息至少五分钟。然后将测量传感器分别贴附于前额、右侧季肋区和小腿部位，以评估脑部、肝脏和小腿肌肉的局部氧饱和度。
进行脑区氧饱和度测量时，将传感器贴附于优势半球的前额部位。进行肝脏测量时，测量患者肝脏自体表的深度，并确认该深度在20至30毫米范围内。随后，将测量传感器贴附于右侧季肋区。
为了监测肌肉氧合情况，将测量传感器连接至右侧或双侧小腿。将每个传感器连接到设备的导线上。然后打开设备，开始测量氧合水平。
穿刺患者的透析瘘管以开始血液透析治疗。使用透析机配备的数字血压计测量血压，并用注射器采集血样。开始治疗后，启动对三个器官组织氧合状态的监测。
除了在血液透析期间进行的常规监测外，还应观察各器官区域氧饱和度值的变化，并定期测量血压。确认传感器与导线之间的连接部位及连接状态。血液透析患者在透析前的脑部氧饱和度值低于健康受试者。
糖尿病血液透析患者的饱和度值低于非糖尿病血液透析患者。尽管在血液透析期间血压未下降，组织氧合仍持续存在，但观察到透析中低血压引起的脑部和肝脏区域氧饱和度的变化。在实施该方案时，重要的是要综合考虑测量传感器的定位，并应用传感器的注册。
该新系统本身并非一种新技术，但将此监测系统应用于血液透析则属于一项新的应用，对于评估血液透析过程中器官氧合状态的变化具有重要价值。
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概述
本文介绍了一种使用近红外光谱监测仪测量血液透析患者区域血氧饱和度（rSO2）的实验方案。这种无创且实时的监测技术对于评估血液透析过程中器官氧合状态的变化具有重要价值。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 肾病学
- 监测技术
背景
- 了解血液透析过程中器官内的氧气动态至关重要。
- 以往的方法无法确认区域氧水平的变化。
- 该技术具有非侵入性，并可提供实时数据。
- 潜在应用包括心血管和脑血管手术期间的监测。
研究目的
- 建立一种用于评估血液透析患者区域血氧饱和度的方案。
- 提升血液透析过程中的监测能力。
- 探索该监测技术在不同医学领域的应用。
使用的方法
- 近红外光谱监测。
- 区域血氧饱和度的实时评估。
- 在血液透析环境中的应用。
- 透析中高血压和缺血的评估。
主要结果
- 在血液透析患者中成功测量 rSO2。
- 能够检测器官氧合状态的变化。
- 在其他医学领域具有广泛的应用潜力。
- 有助于深入理解器官氧代谢动态。
结论
- 该方案提供了一种可靠的氧饱和度监测方法。
- 它有助于识别血液透析过程中的并发症。
- 未来应用可能扩展到多个医学领域。
常见问题
行业重要性概述
监测血液透析患者的组织氧合水平，有助于弥补当前对体外循环治疗器官特异性反应认知上的关键空白，从而实现对血流动力学干预措施的机制性风险降低。这种无创、实时的监测方法通过将生理变化与透析中低血压等临床结局相关联，支持靶点验证，进而提高肾脏疾病临床前及早期临床模型的预测可靠性。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：可检测肾脏疾病模型中组织特异性的氧动态变化，以验证血流动力学目标。
- 操作价值：在治疗模拟过程中提供实时、定量的rSO2读数，用于器官水平功能反应的功能验证。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：生成脑、肝和肌肉组织间标准化且可重复的氧合指标，用于实验检测的归一化。
- 操作价值：利用四通道近红外光谱（NIRS）设备实现多器官同步监测，提高临床前筛选工作流程的检测通量。
转化与临床前研究
- 科学价值：通过在模拟血液透析条件下捕捉器官特异性的氧合变化，支持与疾病相关的系统建模。
- 操作价值：能够在慢性肾病（CKD）模型中对组织氧合的治疗效果进行长期追踪 rSO2 评估。
流程与工作流整合
该方法适用于从靶点验证到临床前评估的整个发现流程，为肾脏和心血管疾病模型中的生理表型分析与机制研究提供了桥梁。
- 发现生物学：通过提供直接的组织氧合测量，支持对肾病中氧气输送机制的假设验证。
- 筛选：提供定量、实时的输出结果，能够比较不同化合物或干预措施对局部氧饱和度的影响。
- 分析：生成有助于分层血流动力学反应并为决策提供依据的rSO2趋势与阈值。
- 转化研究：将透析期间的急性氧合变化与慢性肾脏病进展相关的慢性组织损伤通路相联系。
- 企业级复用：建立一个可在多种疾病模型中重复使用的组织氧合监测平台，减少重复开发检测方法的需求。
运营与企业影响
- 科学价值：通过提供直接的器官特异性氧合数据，减少氧相关通路中的机制不确定性。
- 操作价值：通过固定的传感器放置位置和双波长近红外光谱（NIRS）测量，确保标准化和可重复性。
- 战略价值：通过早期识别血流动力学风险，改善决策判断，降低后期失败风险。
- 项目影响：根据化合物的器官特异性氧合安全性特征，实现基于风险调整的优先排序。
实施注意事项
- 需要具备近红外光谱技术原理及组织特异性传感器放置的专业知识。
- 依赖具有多通道功能和双波长透射能力的近红外光谱仪器。
- 需对固定部位（前额、右侧季肋区、下肢）及仰卧体位操作流程进行标准化。
- 涉及信号质量的验证，并对组织深度进行校正，特别是肝脏测量（20–30 mm 深度）。
- 受限于运动、环境光或组织异质性引起的信号干扰，监测过程中必须控制这些因素。
