Questo protocollo integrava la spettroscopia nel vicino infrarosso nei test di esercizio cardiopolmonare convenzionali per identificare il coinvolgimento della risposta emodinamica cerebrale nell'intolleranza all'esercizio in pazienti con insufficienza cardiaca.
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Articolo metodologico
Integrazione del monitoraggio della saturazione dei tessuti cerebrali nei test di esercizio cardiopolmonare in pazienti con insufficienza cardiaca
In questo articolo
Sommario
Abstract
L'ipoossigenazione cerebrale durante il riposo o l'esercizio influisce negativamente sulla capacità di esercizio dei pazienti con insufficienza cardiaca con frazione di espulsione ridotta (HF). Tuttavia, nei test clinici di esercizio cardiopolmonare (CPET), l'emodinamica cerebrale non viene valutata. La NIRS viene utilizzata per misurare la saturazione di ossigeno del tessuto cerebrale (SctO2)nel lobo frontale. Questo metodo è affidabile e valido ed è stato utilizzato in diversi studi. La SctO2 è più bassa sia durante il riposo che l'esercizio di picco nei pazienti con HF rispetto ai controlli sani (66,3 x 13,3% e 63,4 x 13,8% contro 73,1 x il 2,8% e 72 x 3,2%). SctO2 a riposo è significativamente linearizzato con il picco VO2 (r - 0,602), la pendenza di efficienza di assorbimento dell'ossigeno (r - 0,501), e il peptide natriuretico cerebrale (r -0,492), tutti prognostici riconosciuti e marcatori di gravità della malattia, indicando il suo potenziale valore prognostico. Lo SctO2 è determinato principalmente dalla pressione finale del CO2, dalla pressione arteriosa media e dall'emoglobina nella popolazione HF. Questo articolo illustra un protocollo che integra SctO2 utilizzando NIRS in CPET incrementale su un ergometro di biciclette calibrato.
Introduzione
Il test di esercizio cardiopolmonare (CPET) è stato applicato in pazienti con insufficienza cardiaca con frazione di espulsione ridotta (HF) per molteplici scopi, tra cui la quantificazione della forma fisica cardiopolmonare, la prognosi, la diagnosi delle cause di limitazioni dell'esercizio fisico e prescrizioni di esercizi1,2,3. Durante i test, le variabili emodinamiche e i dati derivati dallo scambio automatico di gas vengono monitorati e analizzati. Il monitoraggio della saturazione di ossigeno del tessuto cerebrale (SctO2)ha un valore per la prognosi della classificazione e la gravità della malattia4,5.
La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) utilizza la luce infrarossa per penetrare nel cranio e stimare l'ossigenazione del tessuto cerebrale continuamente e non invasiva6. Poiché l'ossiemoglobina e la deossiemoglobina hanno diversi spettri di assorbimento della luce e sono i cromofori primari che assorbono la luce, le loro concentrazioni possono essere misurate utilizzando la trasmissione della luce e l'assorbimento6,7. Tuttavia, anche gli assorbitori di luce di fondo disperdono la luce e possono influenzare la misurazione8. Questo studio ha adottato un NIRS risolto spazialmente per misurare SctO2 dal riposo al picco dell'esercizio9. Sono state emesse quattro lunghezze d'onda per compensare le perdite di dispersione dipendenti dalla lunghezza d'onda ed eliminare le interferenze di fondo, migliorando così la precisione10.
SctO2 rappresenta la percentuale di erogazione di ossigeno rispetto al consumo nel tessuto cerebrale. La desaturazione cerebrale è associata a un flusso sanguigno cerebrale interrotto (CBF), a una diminuzione della concentrazione di ossigeno arterioso e a un aumento del consumo di ossigeno del tessuto cerebrale11. Oltre all'insufficienza di uscita cardiaca, l'HF avanzato causa l'ipoperfusione cerebrale durante l'esercizio inducendo indirettamente vasoconstriction cerebrale attraverso la diminuzione della pressione arteriosa parziale dell'anidride carbonica (PaCO2) attraverso l'iperventilazione 12.
Il significato clinico dell'ossigenazione cerebrale in HF è stato rivelato da Chen et al.4. In primo luogo, sctO2 è stato significativamente diminuito nel gruppo HF rispetto ai controlli sani. SctO2 non solo è diminuito a riposo, ma anche diminuito ulteriormente durante l'esercizio. Non è osservato nel gruppo sano. In secondo luogo, SctO2rest e SctO2peak sono stati correlati con VO2peak, peptide natriuretico cerebrale (BNP), e pendenza di efficienza di assorbimento di ossigeno (OUES), tutti i quali sono marcatori prognostici stabiliti. Pertanto, SctO2rest e SctO2peak hanno molto probabilità di essere prognostico e riflettono la gravità della malattia nei pazienti HF. Un altro studio di Koike e altri ha suggerito che il cambiamento nell'ossiemoglobina cerebrale misurato sulla fronte dal riposo al picco di esercizio fisico era significativamente più basso nei non-sopravvissuti rispetto a quello dei sopravvissuti di pazienti con malattia coronarica5. Di conseguenza, l'ossigenazione cerebrale può essere impiegata per stratificare la gravità della malattia e la prognosi dei pazienti con HF.
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Protocollo
Il seguente protocollo è stato approvato dal comitato etico del Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, Taiwan. Il test di esercizio è stato effettuato in un laboratorio climatizzato con una temperatura atmosferica di 22-25 gradi centigradi, una pressione di 755-770 Torr e un'umidità relativa del 55-65%. Prima di ogni test, l'analizzatore di gas è stato calibrato seguendo le istruzioni del produttore utilizzando l'aria ambiente e una miscela di gas di concentrazione nota (FO2: 0.12; FCO2: 0,05; N2 come saldo). Il misuratore di flusso della turbina del sistema è stato calibrato con il metodo a 2 punti con 0,2 L/s e 2 L/s da un sistema di pompaggio automatico.
1. Preparazione: Posizionamento di sensori e registratori
- Pulire la fronte due volte con un tampinno per rimuovere il sudore e lo sporco dalla pelle.
- Posizionare i sensori NIRS sulla fronte bilateralmente. Utilizzare un sensore di grandi dimensioni in cui la distanza tra emettitore e rivelatore è di 5 cm. La profondità di misura stimata è di 2,5 cm. Assicurarsi che i sensori siano collegati in modo sicuro.
- Fissare macchie di elettrocardiografia al torace anteriore, alle articolazioni acromioclavicolari bilaterali e alla parte bassa della schiena.
- Chiedi al paziente di sedersi sull'ergometro della bicicletta.
- Posizionare il bracciale dello sphygmomanometer.
- Indicare al paziente di indossare la maschera per l'analisi del gas. Assicurarsi che nessun gas fuoriesca attraverso l'orlo della maschera.
- Posizionare i sensori dell'ossimetro dell'impulso sul lobo dell'orecchio e sull'indice del paziente.
2. Monitoraggio CPET e SctO2
- Chiedere al paziente di riposare per almeno 2 min per ottenere un valore di base stabile, tra cui SctO2 e rapporto di scambio respiratorio.
- Chiedere al paziente di completare la fase di riscaldamento ad una velocità di lavoro di 10 W per 1 min sull'ergometro del ciclo.
- Aumentare la velocità di 10 W/min e chiedere al paziente di pedalare a circa 60 rpm fino a non riuscire a tenere il passo con una cadenza >50 rpm nonostante un forte incoraggiamento (test di esercizio sintomo-limitato).
- Calcolare automaticamente la media del valore SctO2 ogni secondo dai dati analizzati alla frequenza di 100 Hz.
- Misurare automaticamente la pressione sanguigna ogni 2 min dallo sphygmomanometer.
- Analizzare il respiro della componente gasale per respiro, inclusa la pressione di biossido di carbonio VO2 e end-tidal (PETCO2).
- Chiedere al paziente di completare la fase di recupero a un tasso di lavoro di 0 W per 2-6 min.
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Risultati
Trentaquattro pazienti con HF e 17 controlli salutari sono stati arruolati al Linkou Chang Gung Memorial Hospital di Taiwan. Ogni soggetto è stato sottoposto a test di esercizio cardiopolmonare che incorporavano il monitoraggio SctO2 da parte del NIRS. In breve, i valori di SctO2 (riposo; picco) erano significativamente più bassi nel gruppo HF (66,3 x 13,3%; 63,4 x 13,8%), rispetto al controllo (73,1 - 2,8%; 72 x 3,2%) gruppo (Figura 1)....
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Discussione
L'ossigenazione cerebrale monitorata in modo non invasivo e continuo dal NIRS è stata applicata in vari scenari, tra cui la chirurgia cardiovascolare13 e le analisi funzionali del cervello come quelle che stimanol'attivitàneurale 14 . Questo protocollo ha integrato la NIRS nella CPET convenzionale per identificare il coinvolgimento della risposta emodinamica cerebrale nell'intolleranza all'esercizio fisico nei pazienti con HF. Aumenta il valore dei test di esercizio nel det...
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Il paziente che ha partecipato all'esame di esercizio è profondamente apprezzato. Questa ricerca è stata sostenuta dal National Science Council, Taiwan (NMRPG3G6231/2/3), Chang Gung Memorial Hospital (Grant No. CMRPG3G0601/2), e Healthy Aging Research Center, Chang Gung University e il Taiwan Ministry of Education Higher Plowing Program (Grant Numbers EMRPD1H0351 e EMRPD1H0551).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Cicloergometro | Ergoline, Germania | Ergoselect 150P | |
| Test da sforzo cardiopolmonare Analisi del gas | Cardinal-health Germany | MasterScreen CPX | |
| Pulsossimetria da dito | Nonin Onyx, Plymouth, Minnesota | modello 9500 | |
| SunTech Medical, Regno Unito | Tango | ||
| Spettroscopia | nel vicino infrarossoCAS Medical Systems, Inc., Branford, Sistema CT | FORE-SIGHT |
Riferimenti
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