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方法論記事

心不全患者における心肺運動検査における脳組織飽和モニタリングの統合

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DOI:

10.3791/60289

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2019年10月1日

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1Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, 2Healthy Aging Research Center, Chang Gung University, 3School of Medicine, College of Medicine, Chang Gung University, 4Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Chang Gung Memorial Hospital, Keelung, 5National Quemoy University, 6Kinmen Hospital, Ministry of Health and Welfare

この記事について

サマリー

このプロトコルは、心不全患者の運動不耐症における脳血行力学的応答の関与を同定するために、従来の心肺運動試験に近赤外分光法を統合した。

要約

休息または運動中の脳低酸素化は、排出率(HF)の低下した心不全患者の運動能力に悪影響を及ぼす。しかし、臨床心肺運動試験(CPET)では、脳血行力学は評価されない。NIRSは、前頭葉における脳組織酸素飽和度(SctO2)を測定するために使用される。この方法は、信頼性が高く、有効であり、いくつかの研究で利用されています.SctO2は、健康なコントロールよりもHF患者の休息とピーク運動の両方の間に低いです(66.3 ± 13.3% と 63.4 ± 13.8% 対 73.1 ± 2.8% と 72 ± 3.2%) .静止時のSctO 2は、ピークVO2(r = 0.602)、酸素取り込み効率傾斜(r =0.501)、および脳ナトリウム利尿ペプチド(r = -0.492)と有意に直線的に相関しており、それらはすべて予後および認識される。 疾患の重症度マーカーは、その潜在的な予後値を示す。SctO2は、主に終潮CO2圧力、平均動脈圧、およびHF集団におけるヘモグロビンによって決定される。この記事では、NIRS を使用して SctO2を校正された自転車エルゴメータの増分 CPET に統合するプロトコルを示します。

概要

心肺運動検査(CPET)は、心肺フィットネスの定量化、予後、運動制限の原因の診断など、複数の目的のために排出率(HF)を低下させる心不全患者に適用されています。運動処方箋1,2,3.テスト中、ヘモダイナミクス変数と自動ガス交換から得られたデータを監視および分析します。脳組織酸素飽和度(SctO2)モニタリングは、予後および疾患重症度4、5をグレーディングするための値を有する。

近赤外分光法(NIRS)は、赤外線を使用して頭蓋骨を貫通し、脳組織の酸素化を連続的かつ非侵襲的に推定する6.オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンは、光吸収スペクトルが異なり、光を吸収する主要な染色体であるため、その濃度は光透過吸収6、7を用いて測定することができる。しかし、背景光吸収剤も光を散乱させ、測定8に影響を与える可能性がある。本研究では、SctO2を休息からピークエクササイズ9まで測定するために空間的に解決されたNIRSを採用した。波長に依存する散乱損失を補正し、バックグラウンド干渉を排除するために4つの波長を放出し、精度10を高めた。

SctO2は、脳組織における酸素送達と消費の割合を表す。脳飽和は、破壊された脳血流(CBF)、動脈酸素濃度の低下、および増加した脳組織酸素消費量11に関連する。心拍出量不全以外の高度なHFは、過換気を介して二酸化炭素(PaCO2)の動脈部分圧を減少させることによって間接的に脳血管収縮を誘発することにより、運動中に脳過灌流を引き起こす12.

HFにおける脳酸素化の臨床的意義は、Chen et al.4によって明らかにされた。まず、SctO2は、健良な対照と比較してHF群において有意に減少した。SctO2は、安静時に減少するだけでなく、運動中にさらに減少します。健全な群では観察されない。第二に、SctO2restおよびSctO2peakはVO2peak、脳ナトリウム利尿ペプチド(BNP)、および酸素取り込み効率傾斜(OUES)と相関し、それらはすべて予後マーカーが確立されている。したがって、SctO2restおよびSctO2peakは予後が非常に高く、HF患者における疾患重症度を反映する可能性が非常に高い。小池らによる別の研究は、冠状動脈疾患患者の生存者に比べて、安静時からピーク運動までの額で測定された脳オキシヘモグロビンの変化が、非生存者において有意に低かったことを示唆した5.したがって、脳酸素化は、HF患者の疾患の重症度および予後を階層化するために用いられ得る。

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プロトコル

次の議定書は、台湾のチャングン記念病院の倫理委員会によって承認されました。運動試験は、大気温度が22~25°C、圧力が755~770°、相対湿度が55~65%の空調実験室で行われた。各試験の前に、ガス分析装置は部屋の空気および既知の濃度のガス混合物を使用して製造業者の指示に従って校正された(FO2: 0.12;FCO2: 0.05;N2をバランスとして)。システムのタービン流量計は、自動ポンプシステムにより0.2 L/sと2L/sの2点方式で校正した。

1. 準備:センサーとレコーダーの配置

  1. おでこをアルコールパッドで2回拭き取り、皮膚の汗や汚れを取り除きます。
  2. NIRSセンサーを額に二国間に配置します。エミッタと検出器の間の距離が 5 cm の大きなセンサーを使用します。推定測定深さは2.5cm、センサーがしっかりと取り付けられていることを確認します。
  3. 前胸部、両側のアクロミオラブ血管、腰に心電図のパッチを取り付けます。
  4. 患者に自転車のエルゴメーターに座らせなさい。
  5. 血圧計のアームバンドを置きます。
  6. ガス分析のためにマスクを着用するように患者に指示する。マスクの縁からガスが漏れないようにしてください。
  7. 患者の耳たも葉と人差し指にパルスオキシメータのセンサーを置きます。

2. CPETおよびSctO2モニタリング

  1. SctO2および呼吸交換比を含む安定したベースライン値を得るために、患者に少なくとも2分間休息するように伝える。
  2. 患者にサイクルエルゴメーターの1分間10 Wの作業速度でウォームアップ段階を完了させる。
  3. 10 W/minの速度を上げ、強い励まし(症状制限された運動テスト)にもかかわらずケイデンス>50 rpmに追いつくことができなかったまで、患者に約60 rpmでペダルを踏むように頼みます。
  4. 100 Hz の周波数でスキャンされたデータから自動的に SctO2値を 1 秒ごとに平均します。
  5. 血圧を2分毎に血圧を血圧計で自動的に測定します。
  6. VO2および末端潮汐二酸化炭素圧(PETCO2)を含む、呼吸によるガス成分呼吸を分析する。
  7. 患者に2-6分間0 Wの作業率で回復段階を完了させる。

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結果

34人のHF患者と17人の健康なコントロールが台湾のリンコウ・チャングン記念病院に登録されました。各被験者は、NIRSによるSctO2モニタリングを組み込んだ心肺運動試験を受けた。簡単に言えば、SctO2(残り;ピーク)値は、HF群(66.3±13.3%、63.4±13.8%)で、対照(73.1±2.8%、72±3.2%)よりも有意に低かった。グループ (図 1)HF群では、SctO 2(SctO2rest)とピークSctO 2(SctO2peak)は、脳ナトリウム利尿ペプチド(BNP)、VO2peak、およびOUES(r-0.561~0.677、p< 0.001) ( 図 2)特に、SctO2restは、安静時のPET

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ディスカッション

NIRSによって非侵襲的かつ連続的に監視される脳酸素化は、心血管外科13および神経活動14を推定するもののような脳機能解析を含む様々なシナリオに適用されている。このプロトコルは、従来のCPETにNIRSを統合し、HF患者における運動不耐性における脳血行力学的応答の関与を同定した。これは、予後および疾患の重症度を決定する際の運動検査の価値を増加させます.

心臓機能障害は、HF15患者における運動不耐症の主な原因と考えられていた。それにもかかわらず、臨床研究は、無気力または血管拡張剤が運動能力16を増加させることができなかったことを実証し、安静時心臓機能とピーク酸素消費量との関連は弱い17である。したがって、心臓機能障害は、HF患者における運動不耐性の唯一の原因ではない。

運動中の脳灌流と酸素化...

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開示事項

著者は何も開示していない。

謝辞

運動試験に参加した患者さんは深く感謝しています。この研究は、台湾国立科学評議会(NMRPG3G6231/2/3)、チャングン記念病院(グラントNo.)によって支援されました。CMRPG3G0601/2)、および健康老化研究センター、チャングン大学と台湾教育省の高等教育深い耕作プログラム(助成金番号EMRPD1H0351およびEMRPD1H0551)。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
自転車エルゴメーターエルゴリン、ドイツエルゴセレクト150P
心肺運動試験 ガス分析カーディナルヘルス ドイツMasterScreen CPX
フィンガーパルスオキシメトリーノニンオニキス、プリマス、ミネソタ州モデル9500
血圧計サンテックメディカル、英国タンゴ
近赤外線分光法CAS Medical Systems, Inc., Branford, CTFORE-SIGHT システム

参考文献

  1. Balady, G. J., et al. Clinician's Guide to cardiopulmonary exercise testing in adults: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 122 (2), 191-225 (2010).
  2. Corra, U., et al. Cardiopulmonary exercise testing in systolic heart failure in 2014: the evolving prognostic role: a position paper from the committee on exercise physiology and training of the heart failure association of the ESC. European Journal of Heart Failure. 16 (9), 929-941 (2014).
  3. Malhotra, R., Bakken, K., D'Elia, E., Lewis, G. D. Cardiopulmonary Exercise Testing in Heart Failure. JACC Heart Fail. 4 (8), 607-616 (2016).
  4. Chen, Y. J., et al. Cerebral desaturation in heart failure: Potential prognostic value and physiologic basis. PloS One. 13 (4), e0196299(2018).
  5. Koike, A., et al. Clinical significance of cerebral oxygenation during exercise in patients with coronary artery disease. Circulation Journal. 72 (11), 1852-1858 (2008).
  6. Madsen, P. L., Secher, N. H. Near-infrared oximetry of the brain. Progress in Neurobiology. 58 (6), 541-560 (1999).
  7. Wahr, J. A., Tremper, K. K., Samra, S., Delpy, D. T. Near-infrared spectroscopy: theory and applications. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 10 (3), 406-418 (1996).
  8. Fischer, G. W. Recent advances in application of cerebral oximetry in adult cardiovascular surgery. Seminars in Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 12 (1), 60-69 (2008).
  9. Benni, P. B., MacLeod, D., Ikeda, K., Lin, H. M. A validation method for near-infrared spectroscopy based tissue oximeters for cerebral and somatic tissue oxygen saturation measurements. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 32 (2), 269-284 (2018).
  10. Strangman, G., Boas, D. A., Sutton, J. P. Non-invasive neuroimaging using near-infrared light. Biological Psychiatry. 52 (7), 679-693 (2002).
  11. Ide, K., Secher, N. H. Cerebral blood flow and metabolism during exercise. Progress in Neurobiology. 61 (4), 397-414 (2000).
  12. Immink, R. V., Secher, N. H., van Lieshout, J. J. Cerebral autoregulation and CO2 responsiveness of the brain. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 291 (4), H2018(2006).
  13. Chan, M. J., Chung, T., Glassford, N. J., Bellomo, R. Near-Infrared Spectroscopy in Adult Cardiac Surgery Patients: A Systematic Review and Meta-Analysis. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 31 (4), 1155-1165 (2017).
  14. Sakudo, A. Near-infrared spectroscopy for medical applications: Current status and future perspectives. Clinica Chimica Acta. 455, 181-188 (2016).
  15. Crimi, E., Ignarro, L. J., Cacciatore, F., Napoli, C. Mechanisms by which exercise training benefits patients with heart failure. Nature Reviews: Cardiology. 6 (4), 292-300 (2009).
  16. Pina, I. L., et al. Exercise and heart failure: A statement from the American Heart Association Committee on exercise, rehabilitation, and prevention. Circulation. 107 (8), 1210-1225 (2003).
  17. Franciosa, J. A., Park, M., Levine, T. B. Lack of correlation between exercise capacity and indexes of resting left ventricular performance in heart failure. American Journal of Cardiology. 47 (1), 33-39 (1981).
  18. Koike, A., et al. Cerebral oxygenation during exercise and exercise recovery in patients with idiopathic dilated cardiomyopathy. American Journal of Cardiology. 94 (6), 821-824 (2004).
  19. Koike, A., et al. Cerebral oxygenation during exercise in cardiac patients. Chest. 125 (1), 182-190 (2004).
  20. Amann, M., et al. Arterial oxygenation influences central motor output and exercise performance via effects on peripheral locomotor muscle fatigue in humans. Journal of Physiology. 575 (Pt 3), 937-952 (2006).
  21. Fu, T. C., et al. Suppression of cerebral hemodynamics is associated with reduced functional capacity in patients with heart failure. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 300 (4), H1545-H1555 (2011).
  22. Myers, J., et al. The lowest VE/VCO2 ratio during exercise as a predictor of outcomes in patients with heart failure. Journal of Cardiac Failure. 15 (9), 756-762 (2009).
  23. Wasserman, A. J., Patterson, J. L. The cerebral vascular response to reduction in arterial carbon dioxide tension. Journal of Clinical Investigation. 40, 1297-1303 (1961).
  24. Ross, A., Marco, G., Jonathan, M. Ventilatory Abnormalities During Exercise in Heart Failure: A Mini Review. Current Respiratory Medicine Reviews. 3 (3), 179-187 (2007).
  25. Herholz, K., et al. Regional cerebral blood flow in man at rest and during exercise. Journal of Neurology. 234 (1), 9-13 (1987).
  26. Karlman Wasserman, J. E. H., Sue, D. Y., Stringer, W. W., Whipp, B. J. Principles of Exercise Testing and Interpretation: Including Pathophysiology and Clinical Applications. , 5th ed, Lippincott Williams & Wilkins. 285-299 (2011).
  27. Pott, F., et al. Middle cerebral artery blood velocity during rowing. Acta Physiologica Scandinavica. 160 (3), 251-255 (1997).
  28. Yoshitani, K., et al. Measurements of optical pathlength using phase-resolved spectroscopy in patients undergoing cardiopulmonary bypass. Anesthesia and Analgesia. 104 (2), 341-346 (2007).
  29. MacLeod, D. I., Ikeda, K., Cheng, C., Shaw, A. Validation of the Next Generation FORE-SIGHT Elite Tissue Oximeter for Adult Cerebral Tissue Oxygen Saturation. Anesthesia and Analgesia. 116 (SCA Suppl), (2013).
  30. Davie, S. N., Grocott, H. P. Impact of extracranial contamination on regional cerebral oxygen saturation: a comparison of three cerebral oximetry technologies. Anesthesiology. 116 (4), 834-840 (2012).
  31. Ogoh, S., et al. A decrease in spatially resolved near-infrared spectroscopy-determined frontal lobe tissue oxygenation by phenylephrine reflects reduced skin blood flow. Anesthesia and Analgesia. 118 (4), 823-829 (2014).

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