運動負荷試験を受けている虚血性心疾患患者における生体電気インピーダンスベクトル解析による水分補給状態の評価

Summary

水分補給状態の不均衡は、虚血性心疾患における酸素摂取量と脈拍の直接的および間接的な決定要因、および罹患率と死亡率の予後因子に短期的な影響を与える可能性があります。このプロトコルでは、生体電気インピーダンスベクトル分析と運動ストレステスト中の心肺応答による水分補給状態の評価技術について説明します。

Abstract

虚血性心疾患(IHD)は、心筋虚血を特徴とする臨床症候群のグループを表し、心筋血液供給の障害と灌流の低下を引き起こします。酸素摂取量(VO2)や心拍数酸素パルス(HR / O2)など、ストレステストを通じて評価されたいくつかの臨床変数は、IHD患者の心肺予後因子として起因しています。しかし、心肺反応に影響を与える可能性のある水分補給状態(HS)などの他の要因にはほとんど対処されていません。不均衡なHSは、血漿量と交感神経系に短期的な影響を及ぼし、血液量に影響を与え、VO2とHR / O2を低下させます。近年、生体電気インピーダンス解析(BIA)は、体組織(体液量を含む)が低電流に対抗する手法で、抵抗(R)とリアクタンス(Xc)の2成分を求め、予測式を用いてHSを評価する手法として広く用いられています。ただし、慢性疾患や異常な体液状態などのいくつかの制限が結果に影響を与える可能性があります。この意味で、生体電気インピーダンスベクトル解析(BIVA)などの代替BIA手法が重要になってきています。RとXc(高さで調整)は、R/Xcグラフにベクトルがプロットされ、平均ベクトルの距離に応じてHSを正常または異常として解釈できます。この研究は、単一周波数デバイスを使用して BIVA によって HS を決定し、その結果を IHD 患者の心肺反応と比較する方法を説明することを目的としています。

Introduction

虚血性心疾患(IHD)は、心筋の血液需給のミスマッチである心筋虚血を特徴とする臨床症候群のグループです。根本的な病態生理学的欠陥には、主に心外膜冠状動脈のアテローム性動脈硬化症による不十分な灌流が含まれます^1,2,3。一般に、心血管疾患(CVD)の存在は一般的であり、世界中で生存率が低いことが示されています⁴。特に2015年には、IHDは約900万人の死亡と1億6,000万年以上の障害調整生存年数に寄与しており、今日でもIHDは依然として死亡の主な原因の1つであり、世界中の心臓病の負担を助長しています⁵。

IHDの存在と予後の両方を評価するために、運動負荷試験(EST)などの非侵襲的処置が日常的に使用されています。ESTは、EST⁶の下で最大許容ストレスが現れた場合の、心血管系、筋肉系、肺系、造血系、神経感覚系、および骨格系の全体的なパフォーマンスの評価を提供します。

通常の条件下では、運動中に生理学的適応が期待されます。運動中、血管区画内の血液中の液体の動的変化、血漿および血液量の減少、ヘマトクリットおよび血漿代謝物濃度の増加など、いくつかの変化が起こります。血漿量の減少は、運動後約1時間で正常化しますが、これも個々のトレーニングレベルや水分^{補給によっても}異なる場合があります7。

しかし、IHDは運動に対する急性反応障害を引き起こし、酸素摂取量(VO2)や心拍数/酸素パルス(HR/O2^)など、有酸素能力や運動耐性を含むいくつかの変数のESTパフォーマンスに影響を与える可能性があります8。近年、体内に含まれる水分の尺度^である水分補給状態(HS)1が、血漿量と連動する因子として提案されており、血流や粘度を変化させることができる。HSは、VO2の決定要因である収縮期容積、心拍数、動静脈酸素差にも関連しています。さらに、いくつかの研究では、HSと心肺反応の低下(心臓クロノトロピックおよび変力性、VO2およびHR/O2^{)との関係}が説明されています9。

さらに、年齢、環境条件、身体活動/運動のレベル、水分摂取量などの食事要因などのいくつかの要因がHSバランスに関与することが説明されています¹⁰。同様に、IHDやその進行などの病態生理学的状態は、HS¹¹に影響を与える可能性があります。

HSは心肺、生物学的環境反応、またはライフスタイル要因と密接に関連していますが、集団におけるIHDと以前の状態との特定の関連はほとんど取り上げられていません。また、特に初期段階の評価や、HSを評価するための信頼性が高く標準化された方法の要件により、臨床研究にとって重要な課題となっています。

これに対処するために、実用的で非侵襲的で費用対効果の高い方法である生体電気インピーダンス分析(BIA)は、臨床現場での体組成の推定に使用できますが、HSを評価するための代替方法としても提案されています バイオマーカーテスト(尿中または血漿浸透圧)のような他の方法よりも利点を示す結果に大きなばらつきがあるため、さらには技術の複雑さのためにゴールドスタンダード法(同位体希釈)よりも優れています。特定のトレーニングと非常に高価な機器が必要であり、臨床的に非現実的になります12,13,14,15。

従来のBIA法は、人体に侵入して内部組織を通過する、交流の低い電流強度(知覚閾値以下)を適用します。そして、身体の器官が電気伝導体や誘電体として働くという原理に基づいて、臓器の組成(脂肪や筋肉量、骨、水など)に応じて、自由に加えられた電気の流れ(EF)に対する臓器の反対を反映した電気インピーダンス(または生体電気インピーダンス[Z])のレジスタを得ることができます。¹².ここで、Zソースは抵抗(R)とリアクタンス(Xc)です。前者は細胞内および細胞外におけるイオン溶液中のEFの反対に関連しており、後者は組織界面、細胞膜、および細胞小器官の容量性成分である¹²。

さらに、生体電気インピーダンスベクトル分析(BIVA)は、RとXcの間の空間的関係(どちらも高さで調整)を使用して軟部組織の水分補給を評価する代替BIA法アプローチです。RとXcのデータは、二変量抵抗リアクタンスグラフにプロットされ、体組成とHS^12,16を視覚化することができます。

心肺に関連するHSバランスのあまり研究されていない分野を考慮し、 HSの評価におけるBIVAのような方法の新しいアプリケーションの特徴付けへの関心の高まり、この研究は、BIVA法によるHSを決定し、HSとVO2およびHR / O2との関係を分析することを目的としています IHDの外来患者。

Protocol

Centro Médico Nacional "20 de Noviembre"、ISSSTEの機関研究倫理委員会は、このプロトコルを承認しました(ID 383.2019)。登録されたすべての患者は、書面によるインフォームドコンセントに署名しました。

1. 生体電気インピーダンス解析(BIA)測定前

注:BIAプロトコルの手順は、単一周波数の生体電気インピーダンスデバイス(材料表)を使用して測定されます。このデバイスは、50kHzで2つの値(抵抗とリアクタンス)を提供します。また、ここで説明するBIAプロトコルは、使用される単一周波数の生体電気インピーダンスデバイスに応じて特異的です。

1. デバイスの標準化と技術要件
   1. メーカーが提供するテスト抵抗(500 Ω)を使用して、デバイスの正しいキャリブレーションをテストします。抵抗とリアクタンスの許容値は、それぞれ495.0〜505.0 Ωと-3.0〜3.0 Ωです。皮膚電極が同じメーカーのブランドに対応していること、およびデバイスが電流に接続されていないことを確認してください。
   2. デバイスとリード線を過酸化水素溶液ベースの水(1:4)で洗浄および消毒します。湿らせた清潔な拭き取り布を溶液で覆い、ワイヤーとデバイスケースの外側に沿ってそっとこすります。
2. 患者の分析と検査の準備(事前検査)
   注:IHDと診断された男性または女性、および>18歳の患者が含まれていました。全身性動脈性高血圧症、脂質異常症、2型糖尿病などの併存疾患が制御されている患者も含まれていました。平均体重は70kg、身長は160cmでした。さらに、次の特徴のいずれかを示した患者は除外されました:積極的な喫煙または禁煙<6か月、過去6か月の心筋梗塞または脳卒中、貧血、電解質の不均衡、および腎不全や肝不全などの慢性末期疾患。
   1. 測定前に少なくとも2〜3時間の絶食について患者に通知します。.
   2. 患者に手順を説明します。
   3. 性別、年齢、体重(kg)、身長(cm)の情報を収集します。身長と体重の測定には、それぞれデジタルポータブル精密スケールとポータブル精密スタディオメーターを使用し(材料表)、Lohmanら¹⁷によって記述された標準的な方法に基づいて測定を実行します。
   4. 測定への干渉を避けるために、患者が身に着けている金属物(時計、指輪、ブレスレット、ネックレス、その他)を取り出すように指示します。患者に靴とストックを脱ぐように頼みます。
   5. 患者をストレッチャーベッドに仰臥位で寝かせます。腕と脚の角度の間隔が30°から45°に保たれ、手のひらが上を向いていることを確認してください。太ももが大きすぎる場合は、清潔なタオル/シートを使用して非導電性のバリアを作成し、それらを分離します。また、ストレッチャーベッドの材質が金属導電性でないことを確認してください。
      注意: 患者が仰臥位を取得した後に安定した体液分布を達成するには、BIA測定の前に少なくとも5分間横になることをお勧めします。
   6. 70%エチルアルコールを浸したパッドを使用して皮膚電極を接続する前に、その領域を清掃します。
   7. 以下のように4つの皮膚電極を配置します。すべての皮膚電極は、メーカーの推奨に従い、電極間の距離を少なくとも5〜10cmにして配置し、電極間の相互作用を回避します。
      1. まず、次のように手の近位電極を配置します:月状舟状骨手根関節と尺骨橈骨関節の間の手首に1つの電極を配置します。次に、中手指節関節のすぐ後ろの中指に別の電極を見つけます。
      2. 次に、次のように遠位電極を足に配置します:足首の内側と外側のくるぶしとレンゲの間の関節に1つの電極を配置します。次に、3番目の指の中足指節関節の間に別の電極を配置します。

2. BIA測定

1. リード線の円形コンセントをデバイスの背面に接続します。
2. まず、ハンドガイドリード(近位)-手首の赤いクリップと中指の黒いクリップを接続し、次にフットガイド(遠位)-足首の赤いクリップと3本目の指の黒いクリップを接続します。すべてのクリップが皮膚電極の端に配置されていることを確認します。
3. 測定が行われている間、患者に動かないように指示します。.
4. ONボタンを押してデバイスの電源を入れます。すぐに画面上の値を観察し、抵抗とリアクタンスのデータが安定するまで30秒から60秒待ってから、それらの値をレジストレーションします。OFFボタンを押してデバイスの電源を切ります。
5. 測定が完了したら、手と足の赤と黒のクリップを取り外し、皮膚電極を慎重に取り外して廃棄します。

3. BIVAによる水分補給状態の分析と評価

注:BIA分析を開始する前に、BIVAソフトウェア(材料表)をダウンロードする必要があります。BIVAソフトウェアは、さまざまな集団からのデータと、性別別に整理された抵抗とリアクタンスの基準値を含むスプレッドシートであることに注意してください¹⁸。

1. BIVAソフトウェアには、ガイド、参照母集団、ポイントグラフ、パス、被験者、Zスコア、Zグラフの7つのシートが含まれています。[ Reference Population ] シートをクリックし、評価する母集団に従って完全なラインを選択します。この方法では、行 9 と 10 (メキシコの人口)¹⁹ を使用します。
2. 選択したデータをコピーして、2 行目に貼り付けます。
3. [Subjects]シートをクリックし、2行目にある次の情報を手動で入力します-列1:患者ID;列 2: Seq、常に 1 である必要があります。列3と列4:それぞれ姓と名前を示します。列5:性別、女性の場合はF、男性の場合はMを割り当てます。列6と列7:抵抗とリアクタンス(以前に登録)の値をそれぞれ追加します。列8:高さ、cm単位の値を示します。列9:重量、値をkgで示します。列10:ポプルコードは、評価する母集団を選択するために参照母集団シートの最初の列に表示される1から13までの値を示します。列11:グループコード、1〜10の値を追加して、評価する患者を選択します。列 12: 年齢、年齢を年数で示します。
4. メインメニューの [補数 ]オプションをクリックし、[ 計算 ]をクリックして、高さで調整された抵抗値とリアクタンス値を取得します(列13と14)。
5. Point Graphシートをクリックすると、女性または男性のR/H-Xc/Hグラフが表示されます。このグラフには、特定の参照母集団によって調整された50%、75%、および95%のパーセンタイル許容誤差の楕円が含まれています(図1)。
6. select groupsという名前のダイアログボックスが表示されたら、サブジェクトのシートに示されている最後の番号(列11)に従って グループオプション を選択します。グループコードで登録した値を追加し、[ OK]をクリックします。形状特性を示すベクトルがプロットされます。
7. プロットから水分補給の状態を次のように解釈します: 50% から 95% の許容誤差の楕円の間のベクトルは水分補給を示し、95% 許容楕円の上極の外側のベクトルは水分過多を示し、95% 許容楕円の下極の外側のベクトルは水分過多を示します。

4.運動ストレステスト(EST)プロトコルを開始する前に

注:運動ストレステスト(EST)プロトコル^20,21は、専用の医療用トレッドミル(材料表)を使用して測定されます。ESTは、修正されたブルースランププロトコル^20,21に従って実施され、経験豊富な心臓専門医によって監督されます。

1. 患者の分析と準備
   1. テストの前に、患者が次の特性に準拠していることを確認してください:テストの少なくとも1日前に激しい身体活動を避け、テストの少なくとも4時間前に患者を絶食します。.患者に検査のために快適な服を着るように頼みます。
   2. ESTプロトコルを患者に説明し、性別、年齢、体重(kg)、身長(cm)を登録します。性別、年齢、体重、身長のデータをESTシステムに入力し、テスト中にMETS、VO2、およびHR / O2値を自動的に推定します。
   3. ESTの前に、身体障害(関節や胸の痛み、呼吸困難など)について患者に尋ねます。 患者の歩行を観察し、歩行障害を示さないことを確認します。
2. EST機器を患者およびシステムキャリブレーションに接続
   1. サイズフィットのESTマスクを選択して配置し、患者の顔にそっと固定します。
   2. マスクの穴をふさいで息を吐くように患者に指示する空気漏れテストを実行します。音は聞こえないはずです。
   3. ピンク色のフローエンドを、1つをマスクの穴に、もう1つをEST機器のワイヤーに接続します。
   4. EST機器のガス分析要素の自動校正を待ち、環境_CO2 が1,200ppmを超えないようにします。
   5. 電極を配置する前に、胸部を覆い、70%イソプロピルアルコールで皮膚をきれいにするように患者に指示します。.必要に応じて領域を剃ります。
   6. 修正された^{Mason-Likar 22}標準化法およびAHA科学的声明に従って、患者の胸部に12誘導心電図電極を接続します:以下に説明するように、テストとトレーニングのための運動基準^20,21。
      1. 右腕(RA)の肩峰骨の上に1つ、肩峰骨の上の左腕(LA)に1つ、右肋骨縁(RCM)に1つ、左肋骨縁(LCM)に1つ、計4つの電極を腕に配置します。
      2. 次に、胸部に6つの電極を配置します:V1は第2肋間腔と胸骨の右境界、V2は第2肋間腔と胸骨の左境界、V3はV2とV4の間、V4は左鎖骨中鎖骨線と交差する第4肋間腔、V5は左前腋窩線のレベルにある第5肋間腔、V6は第6肋間腔にあります。左中央腋窩線のレベル。
   7. 安静時の肺活量測定を行い、患者にできるだけ深く息を吸い込むように指示し、息を吐く努力で少なくとも6秒を維持するようにして、できるだけ速く強く息を吐くように指示します。.
   8. 息を吐く努力を3回繰り返すことにより、安静時の肺活量測定の再現性と品質基準を評価します。
   9. ESTシステムで提供される強制呼気量(1秒)および強制肺活量(FVC)パラメータを評価します。
   10. VEF1/FVCに従って患者が達成する最適なパラメータを選択し、検査中に患者を監視します。

5. ESTの実行

1. 心臓の状態(ベースライン心電図[EKG]、心拍数、および血圧)を評価して、ESTを開始する前に患者が制限要因を提示していないことを確認します。
2. EST中に知覚される身体的努力は、0から20、²⁰までのボーグスケールを使用して測定されることを患者に説明します。
3. 3分ごとに血圧、心拍数、および心電図の痕跡の変化に注意してESTを監視および評価します。症状(胸の痛み、息切れ、めまい、または極度の疲労)の知覚と、ボーグスケールによる知覚された身体的努力の監視を続けます。.これらの評価は、次のように実行します。
   1. 血圧:収縮期血圧と拡張期血圧を3分ごとに空気圧装置で測定し、運動負荷に比例した収縮期血圧の上昇を評価します。
   2. 心拍数:12誘導テレメトリー(ストレス心電図)を使用して、心拍ごとにリアルタイムで記録し、負荷の増加に伴ってこの変数が直線的に増加することを期待します。また、心拍リズムを分析して非洞調律と区別し、テレメトリーで不整脈を検出します。
   3. 症状と徴候:処置中、胸部や四肢の痛み、呼吸困難、覚醒の変化、視力の低下、めまい、歩行の不安定性などの不快感があるかどうかを患者に尋ね、心拍数、酸素飽和度、血圧の低下が存在するかどうかを評価します。
   4. 努力の認識:手順が進行するにつれて、0から20までのボーグスケールに従って努力の程度について患者に尋ねます。低い数値は軽い作業を示し、高い数値は重いことを示します。
   5. 患者が心拍数の85%(年齢に応じて計算)>を達成した場合、または患者が努力中に不快感を経験した場合、または重大な心電図障害(虚血または複雑な不整脈)を示した場合は、ESTを停止します。.
4. ESTが終了した後、次の1分、3分、5分、および8分(回復期間)の間、患者の血圧、心拍数、および心電図を注意深く監視し、これらのパラメーターがベースライン値に戻ることを確認します。
5. ESTソフトウェアから心肺データ(METS、VO2、HR/O2)を抽出して登録します。

Results

まず、単一周波数(SF-BIA)デバイスから登録されたRおよびXc(いずれも患者の身長で調整)データを使用して、BIVA R/Xcグラフを取得しました。第二に、水分補給の状態を、水分補給、過水分、低水分に分類した。66歳と67歳、体重72.2kgと72.3kg、身長169cmと163cmの男性患者の代表的な水分補給データを丸と三角形でプロットしたデータを示します(図2)。また、インピーダンスデータは、2人の患者についてR/H=280.7、Xc/H=23.6 Ω、R/H=254.3、Xc/H=61 Ωを示し、それぞれ過水分補給と低水分状態に分類されています。患者1のEST値はVO2 = 7.7 mL / kg / min、METS = 3.7、HR / O2 = 7.5 O₂ /拍であり、患者2のこれらはVO2 = 25.5 mL / kg / min、METS = 7.3およびHR / O2 = 11.3 O₂ /拍でした。比較すると、水分補給の患者(正方形でプロット、68歳、体重83.1 kg、身長174 cm、生体インピーダンス結...

Discussion

BIAは、体組成と体水分を測定する他の方法の限界を克服する、安全で実用的で非侵襲的な方法と考えられています^が19,23、生体電気インピーダンスの種類に関して発生する潜在的なバイアスを考慮することが適切です(ここで説明する方法は、単一周波数の生体電気インピーダンスデバイスに固有です)、またはステップと技術の検証方法のバリエーション。

医学文献では、BIAにはさまざまな種類があることが報告されています。50 kHz に基づく SF-BIA と、1 〜 500 kHz の範囲を使用する多重周波数 (MF-BIA)。それらの違いは、健康な被験者と慢性疾患のある集団の両方で、SF-BIAと比較して、全身水分(TBW)を細胞外水(ECW)および細胞内水(ICW)から測定および区別するMF-BIAの優れた能力にあります^24,25,26,27<...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BIVA Tolerance	BIVA SOFTWARE 2002		Piccoli A, Pastori G: BIVA ソフトウェア.パドヴァ大学医学部および外科科学部、パドヴァ、イタリア、2002年(E-mail:apiccoli@unipd.it で利用可能)。
カーディオポイント ECG C600	BTL	407-80MANEN03100	心電計
カーディオポイントトロリー	BTL	40700B000240	トロリー
ポータブルデジタルフラットスケール	SECA	813	デジタルフラットスケール
ポータブルスタディオメーター	SECA	213	スタディオメーター
クォンタムIV	RJLシステム	Q4B-2405	生体電気インピーダンスアナライザー
トレッドミル Clinical	BTL	216A18	トレッドミル