방법 논문

A 모델은 인간의 임상 관련 저산소증을 시뮬레이션하기

DOI:

10.3791/54933

⸱

2016년 12월 22일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Anaesthesiology and Intensive Care Medicine, University Hospital of Bonn, 2Institute of Clinical Chemistry and Clinical Pharmacology, University of Bonn, 3Institute for Terrestrial and Aquatic Wildlife Research, University of Veterinary Medicine Hannover, 4Institute of Physiology 2, University of Bonn

이 논문에서

요약

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인간 저산소증 시뮬레이션 보통 저산소 가스 혼합물을 흡입에 의해 수행되었다. 이 연구를 위해, apneic 다이버는 인간의 동적 저산소증을 시뮬레이션하는 데 사용되었다. 또한, 불포화 재 포화 반응 속도의 생리적 변화는 이러한 근 적외선 분광법 (NIRS) 및 말초 산소 포화도 (SPO 2)와 같은 비 침습적 도구를 사용하여 평가 하였다.

초록

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무호흡의 경우 산소의 동맥 분압(pO2)은 감소하고 이산화탄소의 분압(pCO2)은 증가합니다. 뇌와 같이 저산소증에 민감한 기관의 손상을 방지하기 위해 보상 순환 메커니즘은 적절한 산소 공급을 유지하는 데 도움이 됩니다. 이것은 주로 뇌 혈류의 증가에 의해 달성됩니다. 간헐적 저산소증은 폐쇄성 수면 무호흡증 환자에서 흔히 볼 수 있는 현상입니다. 급성 기도 폐쇄는 또한 저산소증과 고탄산증을 유발할 수 있습니다. 지금까지 인간의 이러한 역학을 시뮬레이션할 수 있는 적절한 모델이 확립되지 않았습니다. 인간의 저산소증에 초점을 맞춘 이전 연구에서는 흡입 저산소 가스 혼합물을 사용했습니다. 그러나 이로 인한 저산소증은 과호흡과 결합되었기 때문에 무호흡증보다 높은 고도 환경을 더 잘 나타냅니다. 더욱이, 이전에 수행된 동물 실험을 인간에게 전이할 가능성은 제한적이며, 무호흡으로 인한 생리적 변화의 병태생리학적 배경은 잘 알려져 있지 않습니다. 이 연구에서는 건강한 인간 무호흡 다이버를 활용하여 무호흡 중 임상적으로 관련된 저산소증과 고탄산증을 모방했습니다. 또한 맥박 산소 측정법과 근적외선 분광법(NIRS)을 사용하여 무호흡 전, 무호흡 중, 무호흡 후의 대뇌 및 말초 산소 포화도의 변화를 평가했습니다.

서론

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임상 적으로 급성 저산소증과 동반 탄산 혈증은 대부분 폐쇄성 수면 무호흡 증후군 (OSAS), 급성기도 폐쇄 환자 나 심폐 소생술 동안 볼 수있다. OSAS 및 기타 저산소증 조건의 분야에서 주요 제한은 동물 연구에서 파생 된 병태 생리에 대한 인간의 모델이 존재하지 않는 1이라는 제한된 양도 지식을 포함한다. 7 - 인간의 저산소증을 모방하기 위해, 저산소 가스 혼합물은 지금까지 2 사용되어왔다. 그러나 이러한 조건은 저산소증, 일반적으로 탄산 혈증을 동반 임상 상황에보다 높은 고도에서 주변의 더 많은 대표입니다. 심장 정지 및 소생 동안 조직의 산소를 모니터링하기 위해 동물 연구는 생리 보상 메카니즘을 조사하기 위해 팔을 수행 하였다.

Apneic 다이버가 호흡 충동을 누름 수있는 건강한 운동 선수그 낮은 동맥 산소 포화도 (9)와 증가 된 PCO (2) 10, 11에 의해 유발된다. 우리는 급성 저산소증과 동반 탄산 혈증 (12)의 임상 상황을 모방하기 위해 apneic 다이버를 조사 하였다. 이 모델은, 임상 설정 평가 OSAS 또는 병리학 호흡 장애가있는 환자의 병태 생리 학적 이해를 향상시키고, 무호흡의 경우 잠재적 인 카운터 밸런싱 메커니즘을 연구의 새로운 가능성을 나타 내기 위해 사용될 수있다. 또 다른 기술은 (상황을 환기 할 수없는, 즉,기도 장애물기도 수축 또는 삽관 할 수 없음) 또는 환자에서 간헐적 저산소증 시뮬레이션 인간 저산소증가 긴급 상황에 있는지 동적 저산소증의 경우 타당성과 정확성을 테스트 할 수있는 검출 OSAS와.

인간이 제한된에서 비 침습적 기술은 저산소증을 감지합니다. 주변 맥박 산소 측정기 (SPO 2) 사전 hospi에서 승인 된 도구입니다탈 병원 설정은 저산소증 (13)을 감지한다. 이 방법은 헤모글로빈의 흡광에 기초한다. 그러나, SPO이 측정은 말초 동맥 산소에 한정되고, 맥박 전기 활동 (PEA) 또는 중앙 집중식 최소 순환 (14)의 경우에 사용될 수 없다. 19 - 반면, 근적외선 분광법 출혈성 쇼크 지주막 하 출혈 (15)는 다음 중, PEA 동안 실시간으로 뇌 조직 산소 포화도 (RSO 2)을 평가하기 위해 사용될 수있다. 그것의 사용은 지속적으로 20 증가하고 방법 론적 연구는 SPO 2 RSO 2 3,4 사이에 양의 상관 관계를 밝혀왔다.

본 연구는 인간에서 임상 적으로 관련된 저산소증을 시뮬레이션 디 재 포화시 주변 산소 포화도와 NIRS를 비교하는 단계적인 방법을 제공하는 모델을 제공한다. (A)의 경우에 생리 데이터를 분석하여pnea 카운터 밸런싱 메커니즘에 대한 이해를 향상시킬 수있다.

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프로토콜

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윤리 문
인간의 참가자를 포함하는 연구에서 수행되는 모든 절차는 1964 년 헬싱키 선언의 윤리 기준과 그 이후의 개정에 따라했다. 이 연구의 디자인은 독일 본 대학 병원의 로컬 윤리위원회에 의해 승인되었다.

참고 : 주체가 어떤 항 고혈압 약의 무료 카페인거나 같은 물질과 같은 카테콜아민 유도 요원의 최소 24 시간 무료, 좋은 건강 상태에 있는지 확인하십시오.

시험 주제 1. 준비

  1. NIRS 전극 위치하기 전에 피부 탈지를 70 % 알코올과 이마의 피부를 청소합니다.
  2. 뇌 (= 중앙) 조직의 산소를 측정하기 위해 눈썹 위와 midsagittal 고랑 (궤적 frontopolar 2)의 오른쪽에 오른쪽 이마에 NIRS 전극을 배치합니다.
  3. 신호의 안정성을 평가한다. RSO 2 - 신호는 (일정해야7; 3 %) 이상 5 분.
  4. NIRS (NIRS 조직 -electrode)와 말초 조직의 산소를 측정하기 위해,의 musculus의 대퇴사 두근의 대퇴골 (또는 팔뚝에)의 중간 위에 하나의 전극을 배치합니다. 정맥 얼기 또는 동맥 위에 전극을 배치하지 마십시오.
  5. 머리 무료 가슴에 심전도 전극을 배치합니다. 심전도 리드는 다른 문자로 표시됩니다. 왼쪽 하단 리브 가장자리에 medioclavicular 라인, "F"의 다섯 번째 늑간 중간에 pectoralis 주요 왼쪽의 sternocostal 머리, "C"에 pectoralis의 sternocostal 머리 주요 권리, "L"에 배치 "R", " 오른쪽 하단 리브 가장자리에 N ".
  6. NIRS 조직 -electrode가 배치 같은 말단 및 측의 손가락에 주변 맥박 산소 측정기 (SPO 2)를 측정한다.
  7. 혈압 커프를 이용한 비 침습적 혈압 (NIBP)을 측정한다. 주변 펄스 oxim 수 있습니다 반대측 사지를 사용하여etry 측정한다. 혈압 결과 높은 시간 해상도를 얻기 위하여, 측정 1 분주기를 선택한다. 화면을 터치하고 "설정"을 선택하여 NIBP를 선택합니다.
  8. 적어도 20 분 무호흡 전에,시와 무호흡 후 각각의 시점에서 혈액 샘플을 그리는 오른쪽 또는 왼쪽 팔의 중간 cubital 정맥에 정맥 라인을 설정합니다.
    1. 70 % 알코올로 피부를 청소합니다.
    2. 더 눈에 띄는 될 혈관을 돕기 위해 지혈대를 사용합니다.
    3. 감염을 방지하고 피부를 통해 바늘을 삽입하는 피부 소독을 사용합니다.
    4. 카테터 허브에 혈액 플래시백 후 삽입 각도를 줄일 수 있습니다. 정맥에 카테터를 밀어 넣습니다.
    5. 멸균 식염수 (염화나트륨 0.9 %)와 바늘과 플러시 카테터를 제거합니다.

2. 데이터 수집

  1. 나중에 처리를위한 측정을 동기화하기 위해 모든 모니터의 내부 시계를 보정합니다.
    1. CL바탕 화면의 오른쪽 하단 시계 아이콘을 ICK하고 팝업 창에서 "이 변경된 날짜와 시간 설정"을 누릅니다.
    2. 고안하고 메뉴를 통해 변경된 날짜와 시간 NIRS에 설정 메뉴 버튼을 누릅니다.
  2. 오프라인 분석 생리 데이터를 저장하기 위해, 도킹 스테이션에 모니터 장치를 삽입하고, 네트워크 케이블을 통해 컴퓨터에 연결. 도킹 스테이션의 IP 주소와 서브넷 마스크가 연결을 얻기 위해 네트워크 설정에서 올바른지 확인합니다. 이 정보를 얻기 위해 장치 제공 업체에 문의하십시오.
  3. 컴퓨터에 대한 측정을 절약하기 위해 모니터 장치 특정 소프트웨어를 사용합니다. "시작"을 클릭하여 녹음을 시작하고 측정 종료 후 결과를 저장합니다.
    참고 : 일부 장치에서 데이터를 측정하는 동안 라이브에 저장해야합니다.
    참고 : 문제 해결 다음 단계를 돌봐의 경우 : 만약 NIRS 조직 SIG의 변화NAL들 너무 높게되면, 전극 (전극 바로 아래 더 큰 정맥총 또는 동맥을 방지)의 위치를 ​​다시 평가한다. NIRS 뇌 신호의 높은 변동성은 부분 CO 2를 줄일 수있는 다이버의 호흡에 대한 간접적 인 지표가 될 수 있습니다. 느린 호흡의 주제를 지시하고 낮은 갯벌 볼륨과 함께 신호를 다시 평가합니다. 주제는 최종 무호흡증 전에 3 깊은 영감을 할 수 있습니다. 기준 값의 평가에이 기간을 포함하지 마십시오. 최대 영감 후 처음 30 초는 변수 값을 특징으로한다. 분석을 위해 사용하지 마십시오.

3. 무호흡증

  1. 주제 인해 혈관 수축으로 혈액 순환 스트레스에 의한 변화를 방지하기 위해 거짓말 위치에 적어도 15 분 동안 휴식을 가지고있다. 주제는 호흡의 영향은 혈관 수축을 야기 방지하기 위해 일반적으로 숨을 쉴 수 있습니다. 15 호흡 / 분 ≤ 할 수있는 호흡 주파수를 제한합니다.
  2. 혈액 샘플을 그립니다베이스 라인 분석의. 측정 불확실성을 피하기 위해 그린 혈액의 첫 번째 5 mL를 폐기하십시오. 응고를 방지하기 위해 멸균 생리 식염수 각 정맥 채혈 후 카테터를 플래시합니다.
  3. 그 모니터 값들이 apneic 성능을 시각적 영향을 피하기 위해 주제에 보이지 확인합니다.
  4. 기능과 신호 품질에 대한 각 장치를 확인합니다. 전극 무호흡의 끝에서 피검 사체의 비자발적 인 움직임에 의해 제거 될 수 없도록.
  5. 명확한 계약을 체결. 구두 마지막 2 분의 카운트 다운을 제공합니다. 과목이 준비 기간 동안 정상적으로 호흡해야합니다. 마지막 숨 3 깊은 영감 이전이 허용됩니다. 손가락 기호에 의해 마지막 흡입을 표시하기 위해 주제를 물어보십시오. 무호흡 가능한만큼 수행되어야한다.
    참고 : 마지막 숨의 끝은 가사의 시작을 나타냅니다. 가사의 끝은 무호흡 후 첫 영감으로 정의된다.
  6. 마크 중요한 이벤트 (즉, 시작하는차 무호흡증의 끝) 전자적으로 NIRS 장치의 "이벤트 마크 버튼"을 눌러 추가 시간 분석의 부정확성을 방지 할 수 있습니다.
    참고 : 무의식적 인 다이아 프램 활동에 의해 유도 된 가슴과 복부의 움직임이 가사 하반기에 일반적이고 투쟁 단계를 나타냅니다.
  7. 연구의 목적에 따라 다른 시간 지점에서 혈액 샘플을 그립니다.
  8. 원심 분리기 혈액 샘플을 10 분 동안 1,500 XG에. 상층 액을 가지고 미래 분석을 위해 -80 ° C에서 보관합니다.

4. 데이터 처리 중

  1. 모니터 장치에서 데이터를 처리 :
    1. 컴퓨터를 누릅니다에 저장된 파일을 열고 데이터를 분석하는 "시작".
    2. 트렌드 모니터에 접근하고 메뉴 submask에서 "옵션"을 선택한 다음 "도구"를 선택 "리뷰"를 클릭합니다. 필요한 경우 시간 간격은 "추세 구간"을 통해 변경할 수 있습니다.
    3. 마스크 "경향"과 SAV를 선택이자형. 추가 처리를 위해 스프레드 시트 프로그램에서 파일 열기 "동향".
  2. NIRS 장치에서 데이터를 처리 :
    1. 컴퓨터에 소프트웨어를 열고 WIFI를 통해 NIRS 장치를 연결합니다.
    2. 컴퓨터에 NIRS 장치로부터 데이터를 전송.
    3. CSV 형식의 데이터를 저장합니다.
    4. 추가 처리를 위해 스프레드 시트 프로그램에서 파일 열기.

5. 값 분석

  1. 값을 비교하는 두 데이터 세트와 스프레드 시트를 작성합니다. NIRS 값과 SPO 2 일정 적어도 30 초 (± 3 %)의 시간 간격을 식별한다. 기준 레벨을 정의하기 위해이 값의 평균을 가져 가라.
    참고 : 심장 박동이 가사에 상당히 이전에 변경하는 것으로 알려져있다. 상기 분석을 수행하기 위해, 기저 심박수 무호흡의 개시 후 30 시간 시점 sec로 정의된다.
  2. RSO 2 SPO 2 단조 감소의 시작 지점을 찾기 기본-수준에 비해 값> 2 %의 감소를 찾고에 의해 무호흡 동안. 이 시점은 "불포화의 시작"으로 정의된다.
  3. 무호흡 종료 후 값들의 단조 증가로서 무호흡 끝에 RSO 2 SPO이 증가하는 시점을 확인한다. 이 점은 "재 포화 시작"으로 정의된다.
  4. "가사의 시작"과 "불포화의 시작"과 "가사의 끝"과 NIRS의 뇌, NIRS 조직 및 SPO 2 "재 포화의 시작"사이의 시간 차이 사이의 시간 차이를 계산합니다. 별도의 스프레드 시트에 초 각각의 차이를 저장합니다.
  5. 옵션 : 두 번째와 가사의 마지막 순간 동안 각 참가자의 심장 박동 변동성을 계산합니다. 이것은이 스트레스 단계에서 교감 / 부교감 신경의 균형에 대한 정보를 공개 할 수 있습니다.

6. 통계 처리

  1. SPO 2, NIRS의 대뇌 및 NIRS 조직 값 "불포화의 시작"사이의 시간 차이를 비교한다. 측정 차이 가우스 분포의 테스트 (예를 들어, 샘플 샤피로-Wilk의 정상 테스트를 사용하여 (50)보다 작은 크기).
  2. 측정의 차이의 분포가 정규 분포로부터 크게 다른 경우 Wilcoxon signed rank test를 사용한다. 정규 분포를 가정 할 수 있다면, 쌍을 이루는 t 테스트를 사용하는 것이 좋습니다.

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결과

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한 환자 중 무호흡증 1 표시를 SPO 2 NIRS 값 (NIRS 뇌와 NIRS 조직)의 동시 녹음을줍니다. 총 무호흡 시간은 363 초였다. 다음 무호흡증 NIRS와 SPO 2 값은 약 140 초 동안 안정적으로 유지. NIRS의 뇌의 감소가 238 초 후 검출 된 반면, SPO 2의 감소는 주변 SPO 2 204 초 후 검출되었다. 가장 낮은 측정 SPO 2 다음 무호흡증은 58 %이었고, 가장 낮은 측정 된 NIRS의 뇌는 46 %였다. SPO이 30 초의 시간 지연 후에 증가하는 반면 무호흡 NIRS의 끝에서 대뇌 12 초의 시간 지연 후 증가 하였다.

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토론

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총 가사 시간은 주로 폐 크기 분당 산소 소비에 의해 발생 및 PCO이 증가 또는 PO이 감소에 기인하는 호흡 반사 견딜 수있는 개개인의 능력에 의해 영향을 받는다. 무호흡 다이버는 숨을 보류 지속 시간을 최대화하기 위해 훈련 및 최대 영감에 그렇게하는 데 사용됩니다. 따라서, 저산소증 때까지의 시간은 개인 사이의 검출 다릅니다과 피사체의 신체 조건과 훈련 상태에 따라, 심지어 호흡 반사를 견딜 수 있도록 자신의 일상 상태와 의지에 따라 다를 수 있습니다. 피사체의 스트레스 레벨은 프로토콜 단계의 상세한 교육 진정 주위 환경에 의해 감소 ​​될 수있다.

테스트 환경이 안정적이고 반복되어 결과를 얻을 수 있도록 표준화해야한다는 것을 의미 총 무호흡 시간을, 영향을 미치는 많은 요인이있다. 연구진은 카테콜아민 increa 공부에 관심이 있다면자체 또는 교감 신경 활동, 물질은 모두 (즉, 카페인, 니코틴, 바나나, 견과류, ...

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공개 사항

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저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

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원래 연구에 참여한 모든 자원자에게 특별한 감사를 드립니다. L. 아이히호른의 연구는 엘제-크뢰너-프레제니우스 재단(Else-Kröner-Fresenius Foundation)의 장학금을 통해 지원되었다. 저자는 Springer Science+Business Media의 일부인 Springer에게 저작권 허가(라이선스 번호 3894660871180)와 이전에 게시된 데이터를 재사용할 수 있는 친절한 허가에 대해 감사를 표합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
SpO2Drä ger 의학 AG&CO. KGSHP ACC MCABLE-Masimo 주변장치 SpO2-모니터링
비침습적 혈압(NIBP)Drä ger 의학 AG&CO. KGNIBP 커프 M+,  MP00916 
심전도(ECG)  박사 ä ger 의학 AG&CO. KG인피니티 M540 모니터ECG 모니터링
도킹 스테이션Drä ger 의학 AG&CO. KGM500 도킹 스테이션M540과 노트북
NIRSNONIN Medical의 연결 s EQUANOX모델 7600 지역 산소 농도계 시스템은뇌 및   조직 산소화 NIRS
다이오드를 측정합니다.EQUANOX Advance Sensor모델 8004CA는 뇌 및 체세포 산소 포화도를 측정하는 데 적합합니다
노트북 
DataGrabberDrä ger 의학 AG&CO. KGDataGrabber v2005.10.16소프트웨어는 M540을 노트북
eVisionNonin Medical버전 1.3.0.0NONIN을 노트북과 동기화하는 소프트웨어
: 과 동기화합니다.

참고문헌

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