Name: モデルは、ヒトにおける臨床的に関連する低酸素症をシミュレートします (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 54 s
Description: 学ぶ 無呼吸ダイバーを用いた動的低酸素モデルで、ヒトの臨床的に関連する低酸素症をシミュレートする方法です。NIRSとSpO2を用いた非侵襲的モニタリングにより、脱飽和・再飽和動態を評価し、脳保護メカニズムを解明します。

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最初の研究に参加したすべてのボランティアに感謝します。L.アイヒホルンの研究は、エルゼ・クレーナー・フレゼニウス財団の奨学金を通じて支援されました。著者は、Springer Science+Business Mediaの一部であるSpringerに対し、著作権のクリアランス(ライセンス番号3894660871180)と、以前に公開されたデータの再利用の許可について感謝します。

倫理ステートメント 人間の参加者を含む研究で行われるすべての手順は、1964年ヘルシンキ宣言とその以降の改訂の倫理基準に従いました。この研究の設計はボン、ドイツの大学病院の地元倫理委員会によって承認されました。 注：任意の抗高血圧薬の自由、被験者は良いと健全な状態にあることを確認し、カフェインまたは同等の物質などのカテコールアミン誘導剤の少なくとも24時間無料。 被験者の調製<ol><li> NIRS電極の位置の前に皮膚を脱脂するために70％アルコールで額の肌をきれいにしてください。 </li><li>脳（=中央）組織の酸素を測定するために、眉の上と正中矢状溝（軌跡frontopolar 2）の右に右の額にNIRS電極を配置します。 </li><li>信号の安定性を評価します。 RSO 2 -signalは（一定でなければなりません7;少なくとも5分間、3％）。 </li><li> NIRS（NIRS 組織 -electrode）と末梢組織の酸素を測定するために、大腿四頭筋（あるいは前腕上）の真ん中の上に一方の電極を配置します。静脈叢または動脈の上に電極を配置しないでください。 </li><li>髪無料胸にECG電極を配置します。 ECGリードは異なる文字で表示されます。左下肋骨縁の「F」medioclavicularラインの第五肋間の真ん中に大胸、右大胸左の胸肋頭の上に「L」、「C」の胸肋頭の上に置き、「R」、「右下の肋骨の端にN」。 </li><li> NIRS 組織 -electrodeが配置されているのと同じ四肢および側の指先の末梢パルスオキシメトリ度（SpO 2）を測定します 。 </li><li>血圧カフを用いて非侵襲的血圧（NIBP）を測定します。周辺パルスを可能にする反対側の四肢を使用してオキシムメトリ測定します。血圧の結果で高い時間分解能を得るために、測定するための1分間隔を選択します。画面をタッチし、「設定」を選択することで、NIBPを選択してください。 </li><li>無呼吸の前に少なくとも20分間、無呼吸中および後に個々の時点で血液サンプルを描画する右または左の腕の内側肘静脈に静脈ラインを確立。 <ol><li> 70％アルコールで皮膚をきれいにしてください。 </li><li>静脈がより顕著になるための止血帯を使用します。 </li><li>感染を避けるために、皮膚を通して針を挿入するために皮膚消毒を使用してください。 </li><li>カテーテルハブで血液のフラッシュバック後の挿入角度を減らします。静脈にカテーテルを押してください。 </li><li>滅菌生理食塩水（塩化ナトリウム0.9％）と針とフラッシュカテーテルを削除します。 </li></ol></li></ol> 2.データ収集<ol><li>後で処理するために測定を同期させるために、すべてのモニターの内部クロックを調整します。 <ol><li> Clデスクトップ上で右下の時計アイコンをICK、ポップアップウィンドウで「変更日付と時刻の設定」をタップします。 </li><li>考案し、メニューから変更日時NIRSの[設定]メニューボタンを押してください。 </li></ol></li><li>オフライン分析のための生理学的データを格納するには、ドッキングステーションにモニタ装置を挿入し、ネットワークケーブルを介してコンピュータに接続します。ドッキングステーションのIPアドレスとサブネットマスクは、接続を取得するために、ネットワーク設定で正しいことを確認します。この情報を取得するために、デバイス・プロバイダにお問い合わせください。 </li><li>コンピュータ上の測定値を保存するために、モニタ装置固有のソフトウェアを使用してください。録音を開始し、測定終了後に結果を保存するために「開始」をクリックします。 注：一部のデバイスでは、データは、測定中に、ライブに保存されなければなりません。 注： トラブルシューティングについては、次の手順の世話をする：NIRS 組織 SIGの変動した場合NALが高すぎる、電極（直接電極の下に大きな静脈叢または動脈を避ける）の位置を再評価します。 NIRS 脳の信号の高い変動はまた、部分的なCO 2を削減するためにダイバーの過換気のための間接的なマーカーであり得ます。遅いと低い潮容積および再評価する信号との息の対象を指示します。被験者は、最終的な無呼吸の前に3深いインスピレーションを取ることが許可されています。ベースライン値の評価にこの期間を含めないでください。最大吸気後の最初の30秒は、変数の値によって特徴付けられます。分析のためにそれらを使用しないでください。 </li></ol> 3.無呼吸<ol><li>被験者が原因で血管収縮への血液循環におけるストレス誘導性の変化を避けるために、臥位で少なくとも15分間休ま持っています。被験者が過呼吸の影響が血管収縮を引き起こし避けるために、通常、呼吸があります。 15呼吸/分を≤する呼吸頻度を制限します。 </li><li>血液サンプルを描きますベースライン分析のための。測定の不確かさを避けるために描かれた血液の最初の5ミリリットルを廃棄します。凝固を防ぐために滅菌生理食塩水でそれぞれ静脈採血後カテーテルをフラッシュします。 </li><li>モニタ値は、その無呼吸性能に視覚的な影響を回避するために、被験者には見えないことを確認してください。 </li><li>機能性と信号品質のために、各デバイスをチェックしてください。電極は、無呼吸の終了時に、被験者の不随意運動では除去できないことを確認してください。 </li><li>明確な合意と結論付けています。口頭での最後の2分のカウントダウンを与えます。被験者は、この準備時間中は、正常に呼吸する必要があります。最後の息3深いインスピレーションの前には許可されています。指記号で最後の吸入を示すために、被写体を確認して下さい。無呼吸は、可能な限り実行する必要があります。 注：最後の息の終わりには、無呼吸の開始を示します。無呼吸の端部は、無呼吸の後の最初のインスピレーションとして定義されます。 </li><li>マーク重要なイベント（ すなわち、始まります無呼吸のND終わり）電子NIRS装置の「イベントマークボタン」を押すことにより、さらに時間分析の不正確さを避けるために。 注：不随意ダイアフラム活動によって誘発され、胸や胃の運動は、無呼吸の後半に一般的であり、 闘争の位相を示しています。 </li><li>研究の目的に応じて、異なる時点で血液サンプルを描画します。 </li><li> 10分間、1500×gで遠心血液サンプル。上清を取り、今後の分析のために-80℃で保管してください。 </li></ol> 4.処理データ<ol><li>監視装置からのデータを処理します。 <ol><li>データを分析し、「開始」コンピュータとプレス上で保存したファイルを開きます。 </li><li>メニューサブマスクにトレンドモニタへのアクセスを取得し、「オプション」を選択し、「レビュー」をクリックし、「ツール」。必要に応じて、時間間隔は、「トレンド更新周期」を介して変更することができます。 </li><li>マスク「トレンド」とSAVを選択電子。さらなる処理のためのスプレッドシートプログラムでファイルを開く」の動向」。 </li></ol></li><li> NIRS装置からのデータを処理します。 <ol><li>コンピュータにソフトウェアを開き、無線LAN を経由して NIRSデバイスを接続します。 </li><li>コンピュータにNIRS装置からデータを転送します。 </li><li> CSV形式でデータを保存します。 </li><li>さらなる処理のためのスプレッドシートプログラムでファイルを開きます。 </li></ol></li></ol> 5.値を分析<ol><li>値を比較するために、両方のデータセットとスプレッドシートを作成します。 NIRS-値とのSpO 2が一定である、少なくとも30秒（±3％）の時間間隔を指定します。ベースラインレベルを定義するために、これらの値の平均を取ります。 注：心拍数は、前無呼吸に大きく変化することが知られています。さらなる分析を行うために、ベースライン心拍数は、30秒の無呼吸の開始後の時点で定義されています。 </li><li> RSO 2とのSpO 2で単調減少の開始点を探します</sub&gt;ベースラインレベルと比較した値&gt; 2％の減少を探していることにより、無呼吸中。この時点では、「不飽和化の開始」として定義されます。 </li><li> RSO 2の開始点と無呼吸の停止後の値の単調増加など無呼吸の終了時のSpO 2の増加を確認します。この点は、「再飽和の開始」として定義されます。 </li><li> 「無呼吸の開始」と「不飽和化の始まり」と「無呼吸の終わり」とNIRSの脳 、NIRSの組織とのSpO 2のための「再飽和し始める」との間の時間差との間の時間差を計算します。別々のスプレッドシート上の秒単位で各差分を保存します。 </li><li> オプション：第二および無呼吸の最後の分の間に、各参加者の心拍変動を計算します。これは、このストレスの多いフェーズ中に交感神経/副交感神経のバランスについての情報を公開してもよいです。 </li></ol> 6.統計処理<ol><li> SpO 2の「不飽和化の始まり」との間の時間差、NIRSの脳 、及びNIRS 組織値を比較します。 （50よりも小さいサンプルサイズのためのシャピロ・ウィルクの正規性検定を使用して、 例えば、）測定差のガウス分布のためのテスト。 </li><li>測定差の分布が正規分布から大きく異なる場合には、ウィルコクソンの順位検定を締結使用。正規分布を仮定することができる場合は、対応のあるt検定を使用することを検討してください。 </li></ol>

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著者らは開示するものは何もない。

合計無呼吸時間は、主に肺の大きさ毎分の酸素消費量に起因するとのpCO 2の増加またはPO 2を減少させることによって引き起こされる呼吸反射に耐える個人の能力によって影響されます。無呼吸ダイバーは、彼らの息止め時間を最大化するために訓練されており、最大のインスピレーションにそうすることに使用されています。したがって、低酸素状態になるまでの時間は、個人間の検出可能な異なりますと、被験者の体調や訓練の状態に依存し、さらには呼吸反射を耐えるために、日常状態と意欲によって異なる場合があります。被験者のストレスレベルは、プロトコルのステップの詳細な教育および穏やかな周囲環境によって減少させることができます。 テスト環境は、信頼性と再現性ある結果を得るために標準化されるべきであることを意味合計無呼吸時間に影響を与える多くの要因があります。研究者は、カテコールアミンincreaの研究に興味を持っている場合SEまたは交感神経活動、両方の影響を与える物質（ すなわち、カフェイン、ニコチンは、バナナ、ナッツ、またはモノアミン酸化酵素（MAO）...

臨床的に関連する急性低酸素症および付随する高炭酸ガス血症は、主に閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSAS）、急性気道閉塞を有する患者においてまたは心肺蘇生中に見られています。 OSASと他の低酸素血症の条件の分野での主な制限は、動物研究から派生病態生理に関すると人間のモデルは1非存在であること限られた譲渡の知識を含みます。 7 -ヒトにおける低酸素症を模倣するために、低酸素ガス混合物は、これまで2に使用されてきました。しかし、これらの条件は、低酸素症は、一般的には、高炭酸ガス血症を伴っている臨床的状況のより高い標高の周囲の複数の代表的なものです。心停止および蘇生中に組織の酸素化を監視するには、動物実験は、生理的代償機構を調査するために8を行ってきました。 無呼吸ダイバーは、呼吸衝動を押下することのできる健全な選手ですそれは、低動脈血酸素飽和度9と増加のpCO 2 10,11によって誘発されます。私たちは、急性低酸素症および付随する高炭酸ガス12の臨床的状況を模倣するために、無呼吸ダイバーを調べました。このモデルは、臨床的な設定を評価OSASまたは病理学的な呼吸障害を有する患者の病態生理学の理解を改善し、無呼吸の場合に潜在的なカウンターバランス機構を研究するための新たな可能性を明らかにするために使用することができます。さらに、ヒトでは低酸素症を検出するために異なる技術が緊急事態に存在する（ すなわち 、気道閉塞、喉頭痙攣や、挿管することができない状況を換気することはできません）、または患者に断続的低酸素症をシミュレートするために、動的な低酸素症の場合に実現可能性と正確性を試験することができますOSASを持ちます。 人間は限られている中で非侵襲的技術は、低酸素状態を検出します。周辺パルスオキシメトリ度（SpO 2）事前HOSPIで承認されたツールです。TALおよび病院の設定は、低酸素13を検出します。この方法は、ヘモグロビンの光の吸収に基づいています。しかしのSpO 2測定は、末梢動脈酸素化に制限され、無脈性電気活動（PEA）または集中最小循環14の場合には使用できません。 19 -これとは対照的に、近赤外分光法は、出血性ショック、またはくも膜下出血15を以下の間、PEA中にリアルタイムで脳組織の酸素飽和度（RSO 2）を評価するために使用することができます。その使用は常に20を成長しており、方法論的研究がなSpO 2、RSO 2 3,4の間に正の相関を明らかにしました。 本研究では、ヒトでの臨床的に関連する低酸素症をシミュレートし、脱および再飽和の場合には、周辺パルス酸素濃度計とNIRSを比較するためのステップバイステップの方法論を提示するモデルを提供します。の場合には生理学的データを分析することによりpnea、カウンタバランス機構の理解を向上させることができます。

<table><tbody><tr><td>SpO2</td><td>Dr&auml;ger Medical AG&CO.KG</td><td>SHP ACC MCABLE-Masimo Set</td><td>peripheral SpO2-Monitoring</td></tr><tr><td>Non Invasive Blood Pressure (NIBP)</td><td>Dr&auml;ger Medical AG&CO.KG</td><td>NIBPカフ M+,&nbsp;MP00916&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>心電図(ECG) &nbsp;</td><td>博士;ger Medical AG&CO.KG</td><td>Infinity M540 Monitor</td><td>ECG モニタリング</td></tr><tr><td>ドッキング ステーション</td><td>Dr&auml;ger Medical AG&CO.KG</td><td>M500ドッキングステーション</td><td>とM540のラップトップ</td></tr><tr><td>NIRS</td><td>NONIN Medicalの接続脳</td><td></td><td>および&nbsp;組織酸素化</td></tr><tr><td>NIRSダイオードの測定</td><td>EQUANOXアドバンスセンサー</td><td>モデル8004CA</td><td>は、脳および体細胞の酸素飽和</td></tr>度<tr><td>Laptop&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DataGrabber</td><td>Dr&auml;ger Medical AG&CO.KG</td><td>DataGrabber v2005.10.16</td><td>M540をラップトップ</td></tr><tr><td>eVision</td>と同期するソフトウェア <td>Nonin Medical. Inc.</td><td>バージョン1.3.0.0</td><td>NONINをラップトップと同期するソフトウェア</td></tr></tbody></table>

モデルは、ヒトにおける臨床的に関連する低酸素症をシミュレートします

A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans

無呼吸の場合、酸素の動脈分圧(pO2)は減少し、二酸化炭素(pCO2)の分圧は増加します。脳などの低酸素症に敏感な臓器への損傷を避けるために、代償循環メカニズムは適切な酸素供給を維持するのに役立ちます。これは主に脳の血流の増加によって達成されます。間欠性低酸素症は、閉塞性睡眠時無呼吸症候群の患者によく見られる現象です。急性気道閉塞は、低酸素症や高炭酸ガス血症を引き起こす可能性もあります。これまで、これらのダイナミクスを人間でシミュレートするための適切なモデルは確立されていませんでした。ヒトの低酸素症に焦点を当てた以前の研究では、吸入された低酸素ガス混合物が使用されていました。しかし、結果として生じる低酸素症は過換気と組み合わされたため、無呼吸よりも高地環境をより代表しています。さらに、以前に行われた動物実験のヒトへの移転可能性は限られており、無呼吸による生理学的変化の病態生理学的背景は十分に理解されていません。この研究では、健康な人間の無呼吸ダイバーを利用して、無呼吸中の臨床的に関連する低酸素症と高炭酸ガス血症を模倣しました。さらに、パルスオキシメトリーと近赤外分光法(NIRS)を使用して、無呼吸前、無呼吸中、無呼吸後の脳および末梢酸素飽和度の変化を評価しました。

一人の患者における無呼吸の間に図1のディスプレイの同時たSpO 2の記録とNIRS値（NIRSの脳とNIRS 組織を ）。総無呼吸時間は363秒でした。以下の無呼吸NIRSとのSpO 2値は、約140秒間安定していました。 NIRS 脳の減少は238秒後に検出されたのに対したSpO 2の減少は、周辺のSpO 2が204秒後に検出されました。最低測定したSpO 2次無呼吸は58％であったと最低測定されたNIRSの脳は 46％でした。 SpO 2が 30秒の遅延時間後に増加したのに対し、無呼吸のNIRS 脳の終わりに12秒の遅延時間後に増加しました。 百分の12から54まで...

ヒトにおける低酸素シミュレーションは、通常、低酸素のガス混合物を吸入することにより行われています。この研究のために、無呼吸ダイバーは、ヒトの動的低酸素症をシミュレートするために使用しました。さらに、不飽和化および再飽和動態における生理的変化は、このような近赤外分光法（NIRS）および末梢酸素飽和度（SpO 2）などの非侵襲的なツールを使用して評価しました。

In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to ...

このモデルの全体的な目的は、睡眠時無呼吸症候群で起こる間欠的無呼吸や、気道閉塞などの緊急事態に焦点を当て、ヒトモデルにおいて無呼吸によって引き起こされる低酸素血症および高二酸化炭素血症をシミュレーションすることです。このモデルは、長期の無呼吸下においても脳の低酸素性損傷を回避するための生理学的メカニズムを理解するのに役立ちます。このダイナミックモデルの主な利点は、ヒトにおける臨床的に関連のある低酸素状態をシミュレーションできることです。無呼吸に伴う低酸素症は、しばしば心拍数を減少させます。一方、吸入空気中の酸素濃度の低下によって引き起こされる低酸素症は、心拍数を増加させます。したがって、低酸素症の異なるモデルによって、循環系に及ぼす影響は相反するものとなります。当社の再現可能なモデルにより、さまざまな技術的デバイスの調査が可能になります。これにより、セットアップやモデルを変更することなく、無呼吸のさまざまな生理学的側面に焦点を当てることができます。被験者に電極を装着する前に、装着部位を70% alcoholで清浄してください。次に、額の右側、眉の上で、正中矢状溝の右側に位置する前頭極の2つの部位にNIRS電極を配置します。末梢組織の酸素飽和度を測定するために、2つ目の電極を使用します。これを前腕の内側に配置してください。この電極を静脈叢や動脈の上に配置しないでください。飽和度は80%以上である必要があります。脳組織酸素飽和度の値を測定する前に、NIRS信号の変動が5分間、3%以下になるまで待機してください。同様に、末梢酸素レベルの信号が安定するまで待機してください。次に、胸部の除毛部位にECG電極を装着します。R誘導を右大胸筋の胸肋頭に、L誘導を左大胸筋の胸肋頭に配置します。C-Leadを、内側鎖骨線の中央にある第5肋間腔に配置します。F-Leadを左側の肋骨下端に、N-Leadを右側の肋骨下端に配置します。次に、末梢組織酸素飽和度の測定に使用した肢の指先から、末梢パルスオキシメトリを測定します。次に、末梢パルスオキシメトリー測定とは反対側の肢に血圧計を用いて、非侵襲的血圧を測定します。プログラマブル設定で、測定間隔を1分に設定し、NIBPを選択します。無呼吸開始の少なくとも20分前に、無呼吸中および無呼吸後に採血を行うため、右または左腕の正中肘静脈に静脈ラインを確保します。開始前に、測定結果を同期させるため、モニタリングデバイスの内部時計を同期させてください。次に、コンピュータからモニタリングデバイスへネットワークケーブルを接続します。ドッキングステーションに装着してください。次に、適切なネットワーク設定をプログラムすると、ソフトウェアでデバイスの制御およびデータの保存が可能になります。また、被験者にデータが見えないようにモニターを配置してください。NIRS電極からの信号を確認します。いずれかの信号が不安定な場合は、電極を再配置してください。その際、大きな静脈叢や動脈の上に電極を配置しないように注意してください。これにより、信号が安定するはずです。脳 NIRS 信号の変動が激しい場合は、過換気が原因である可能性があります。被験者に、1回換気量を減らしてよりゆっくりと呼吸するように指示し、信号を再評価してください。被験者を伏臥位で少なくとも 15 分間休ませ、1分間の呼吸数を 15 回以下にして正常に呼吸するように指示してください。ベースラインを測定する前に、採血を行います。注意すべき点は2点あり、採血した最初の5 mLは使用しないこと、および各回の採血後には必ず滅菌生理食塩水でカテーテルをフラッシュすることです。試験期間を通じて、必要に応じて採血を行ってください。次へ進む前に、各デバイスの機能と信号品質を再確認してください。また、無呼吸の終了時に被験者の不随意運動によって電極が外れないようにしてください。無呼吸試験の準備の最後の2分間は、口頭でカウントダウンを行ってください。次に、被験者に指を使って最後の3回の吸気を知らせてもらいます。最後の呼吸が終わった時点を無呼吸の開始点とします。この時点をNIRS装置に記録してください。無呼吸は可能な限り長く維持させる必要があります。後半には胸部や腹部の動きが見られることが多く、これは呼吸努力相（struggle phase）であることを示しています。最初の吸気が行われた時点で無呼吸は終了となります。NIRSデバイスにこの時点の時間を記録します。モニターデバイスのデータを処理するには、コンピュータで保存されたファイルを開きます。まず、[review]をクリックしてトレンドモニターにアクセスし、メニューのサブマスクから[tools]を選択し、次に[option]を選択します。必要に応じて、トレンド間隔から時間間隔を変更できます。次に、マスクトレンドを選択してデータを保存します。得られたトレンドを使用してください。スプレッドシート形式で開いて解析できるように、txtdataとして保存します。NIRS装置からのデータを処理するには、コンピュータでソフトウェアを起動し、WiFi経由でNIRS装置を接続します。その後、NIRS装置からデータを転送し、スプレッドシートとして開くためにCSV形式で保存します。解析において、無呼吸前の最後の3回の吸気、および無呼吸開始時の最大吸気後の最初の30秒間をベースライン値に含めないでください。ある被験者の6分間の無呼吸中、末梢酸素飽和度とNIRSの同時記録を行いました。興味深いことに、無呼吸の開始後、脳NIRSモニタリングと比較して、末梢酸素飽和度モニタリングの方が先に酸素飽和度の低下を検出しました。10名の無呼吸ダイバーを対象とした研究において、脳NIRS値はパルスオキシメトリで測定された飽和度よりも有意に遅く低下しました。パルスオキシメトリと比較しても、末梢NIRSで最も早い脱飽和が認められました。呼吸再開後、脳NIRSによる再飽和の検出は、パルスオキシメトリで測定された末梢O2飽和度よりも有意に早いことが示されました。末梢NIRSとパルスオキシメトリの間に、顕著な時間差は認められませんでした。別の視点から、脱飽和値および総無呼吸時間は100%に正規化されました。このビデオを視聴することで、身体のさまざまな部位でO2飽和度を測定する方法について深く理解できるはずです。私たちの研究により、低酸素障害を回避するための生理学的メカニズムが明らかになりました。無呼吸の場合、末梢組織がすでに脱飽和している一方で、血流の再分配によって脳への十分な酸素供給が維持されます。

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Research

JoVE Journal

Medicine

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