Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Integratie van hersenweefsel verzadiging monitoring in Cardiopulmonaire oefening testen bij patiënten met hartfalen

5.4K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/60289

⸱

1 oktober 2019

 ,  ,  , 
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

In dit artikel

Samenvatting

Dit protocol geïntegreerde near-infraroodspectroscopie in conventionele cardiopulmonale oefening testen om te bepalen van de betrokkenheid van de cerebrale hemodynamische respons bij inspanningsintolerantie bij patiënten met hartfalen.

Samenvatting

Cerebrale hypo oxygenatie tijdens rust of oefening heeft een negatieve invloed op de Inspanningscapaciteit van patiënten met hartfalen met verminderde ejectiefractie (HF). Echter, in klinische Cardiopulmonaire oefening testen (CPET), cerebrale hemodynamiek wordt niet beoordeeld. NIRS wordt gebruikt om de zuurstofverzadiging van de hersenweefsel (SctO2) in de frontale kwab te meten. Deze methode is betrouwbaar en geldig en is gebruikt in verschillende studies. SctO2 is lager tijdens zowel rust-als piek oefening bij patiënten met HF dan bij gezonde controles (66,3 ± 13,3% en 63,4 ± 13,8% vs. 73,1 ± 2,8% en 72 ± 3,2%). SctO2 at rest is significant lineair gecorreleerd met piek vo2 (r = 0,602), zuurstofopname efficiëntie helling (r = 0,501), en Brain natriuretisch peptide (r =-0,492), die allemaal worden herkend prognostisch en Ernst markeringen van de ziekte, met vermelding van de potentiële prognostische waarde. SctO2 wordt voornamelijk bepaald door de end-Tidal co2 -druk, de gemiddelde arteriële druk en hemoglobine in de HF-populatie. Dit artikel demonstreert een protocol dat SctO2 integreert met NIRS in incrementele CPET op een gekalibreerde fiets ergometer.

Inleiding

Cardiopulmonale oefening testen (CPET) is toegepast bij patiënten met hartfalen met verminderde ejectiefractie (HF) voor meerdere doeleinden, waaronder de kwantificering van Cardiopulmonaire fitheid, prognose, diagnose van oorzaken van inspanningsbeperkingen, en oefening voorschriften1,2,3. Tijdens het testen worden hemodynamische variabelen en gegevens afkomstig van automatische gasuitwisseling bewaakt en geanalyseerd. De bewaking van cerebrale weefsel zuurstofverzadiging (scto2) heeft een waarde voor de beoordeling van de prognose en de ernst van de ziekte4,5.

Near-Infrared spectroscopie (NIRS) gebruikt infraroodlicht om de schedel binnen te dringen en de oxygenatie van hersenweefsel continu en niet-invasief6te schatten. Aangezien oxyhemoglobine en deoxyhemoglobine verschillende lichtabsorptie Spectra hebben en de primaire chromoforen zijn die licht absorberen, kunnen hun concentraties worden gemeten met behulp van lichttransmissie en-absorptie6,7. Echter, achtergrondlicht absorbers verstrooien ook licht en kunnen invloed hebben op de meting8. Deze studie nam een ruimtelijk opgeloste NIRS aan om SctO2 te meten van rust tot piek oefening9. Vier golflengten werden uitgestoten om te compenseren voor golflengte afhankelijke verstrooiings verliezen en achtergrond interferentie te elimineren, waardoor de nauwkeurigheid10werd vergroot.

SctO2 vertegenwoordigt het aandeel van de zuurstoftoevoer versus het verbruik in cerebrale weefsel. Cerebrale desaturatie wordt geassocieerd met verstoorde cerebrale doorbloeding (CBF), verlaagde arteriële zuurstofconcentratie en verhoogd cerebrale weefsel zuurstofverbruik11. Andere dan cardiale uitgangs insufficiëntie, geavanceerde HF veroorzaakt cerebrale hypoperfusie tijdens de oefening door indirect inducerende cerebrale vasoconstrictie via afnemende arteriële partiële druk van koolstofdioxide (PaCO2) door middel van hyperventilatie 12.

De klinische significantie van cerebrale oxygenatie in HF werd onthuld door Chen et al.4. Ten eerste werd SctO2 significant verlaagd in de HF-groep in vergelijking met gezonde controles. SctO2 is niet alleen verminderd in rust, maar daalde ook verder tijdens de oefening. Het is niet waargenomen in de gezonde groep. Tweede, SctO2rest en scto2peak werden gecorreleerd met vo2peak, Brain natriuretisch peptide (BNP), en de zuurstofopname efficiëntie helling (oues), die allemaal zijn gevestigd prognostische markers. Daarom zijn SctO2rest en scto2peak zeer waarschijnlijk prognostisch en weerspiegelen de ernst van de ziekte bij HF-patiënten. Een andere studie door Koike et al. suggereerde dat de verandering in cerebrale oxyhemoglobine, gemeten op het voorhoofd van rust tot piek oefening, significant lager was bij niet-overlevenden in vergelijking met die bij overlevenden van patiënten met coronaire hartziekte5. Daarom kan cerebrale oxygenatie worden gebruikt om de ernst van de ziekte en de prognose van patiënten met HF te stratificeren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

Het volgende protocol werd goedgekeurd door de ethische Commissie in het Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, Taiwan. De oefentest werd uitgevoerd in een laboratorium met airconditioning met een atmosferische temperatuur van 22-25 °C, een druk van 755 tot 770 Torr en een relatieve vochtigheid van 55-65%. Vóór elke test werd de gasanalysator gekalibreerd volgens de instructies van de fabrikant met behulp van kamerlucht en een gasmengsel van bekende concentratie (FO2: 0,12; FCO2: 0,05; N2 als balans). De turbine debietmeter van het systeem werd gekalibreerd door de 2-punts methode met 0,2 L/s en 2 L/s door een automatisch pompsysteem.

1. voorbereiding: plaatsing van sensoren en recorders

  1. Reinig het voorhoofd tweemaal met een alcoholdoekje om zweet en vuil van de huid te verwijderen.
  2. Plaats NIRS-sensoren op het voorhoofd bilateraal. Gebruik een grote sensor waarin de afstand tussen emitter en detector 5 cm is. De geschatte meet diepte is 2,5 cm. Zorg ervoor dat de sensoren goed vastzitten.
  3. Bevestig patches van elektrocardiografie aan de voorste borst, bilaterale acromioclaviculaire gewrichten, en onderrug.
  4. Laat de patiënt op de fiets ergometer zitten.
  5. Plaats de armband van de sfgmomanometer.
  6. Instrueer de patiënt om het masker voor de gasanalyse te dragen. Zorg ervoor dat er geen gas lekt door de rand van het masker.
  7. Plaats de sensoren van de Pulse Oximeter op de oorlobe en wijsvinger van de patiënt.

2. bewaking van CPET en SctO2

  1. Vertel de patiënt om minstens 2 minuten te rusten om een stabiele baselinewaarde te verkrijgen, inclusief SctO2 en respiratoire wissel ratio.
  2. Laat de patiënt de opwarmfase voltooien met een werksnelheid van 10 W gedurende 1 minuut in de cyclus Ergometer.
  3. Verhoog de snelheid met 10 W/min en vraag de patiënt om rond 60 rpm te trappen tot het niet bijhouden van een cadans > 50 rpm ondanks sterke aanmoediging (symptoom-beperkte oefening testen).
  4. Gemiddelde de SctO2 waarde elke seconde automatisch uit gegevens gescand met de frequentie van 100 Hz.
  5. Meet de bloeddruk elke 2 min automatisch door de bloeddrukverlagende meter.
  6. Analyseer de gascomponent adem door adem, met inbegrip van VO2 en de eind-Tidal kooldioxide druk (Petco2).
  7. Laat de patiënt de herstelfase voltooien met een werksnelheid van 0 W voor 2-6 min.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

34 HF-patiënten en 17 gezonde controles werden ingeschreven bij het Linkou Chang Gung Memorial Hospital, Taiwan. Elk onderwerp onderging Cardiopulmonaire oefening testen die SctO2 monitoring door NIRS opgenomen. Kort, SctO2 (rust; piek) waarden waren significant lager in de HF-groep (66,3 ± 13,3%; 63,4 ± 13,8%,) dan in de controle (73,1 ± 2,8%; 72 ± 3,2%) groep (Figuur 1). In de HF groep waren SctO2 at rest (scto2rest

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Cerebrale oxygenatie bewaakt niet-invasief en continu door NIRS is toegepast in verschillende scenario's, met inbegrip van cardiovasculaire chirurgie13 en functionele analyses van de hersenen, zoals die die een schatting van neurale activiteit14. Dit protocol integreerde NIRS in conventionele CPET om de betrokkenheid van de cerebrale hemodynamische respons bij inspanningsintolerantie bij patiënten met HF te identificeren. Het verhoogt de waarde van oefening testen bij het b...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De patiënt die deelnam aan oefentesten wordt zeer gewaardeerd. Dit onderzoek werd gesteund door de National Science Council, Taiwan (NMRPG3G6231/2/3), Chang Gung Memorial Hospital (Grant No. CMRPG3G0601/2), en gezond verouderende onderzoekscentrum, Chang Gung Universiteit en de Taiwan ministerie van onderwijs hoger onderwijs Deep ploegen programma (Grant nummers EMRPD1H0351 en EMRPD1H0551).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
FietsergometerErgoline, DuitslandErgoselect 150P
Cardiopulmonale belastingstest gasanalyseCardinal-health DuitslandMasterScreen CPX
VingerpulsoxymetrieNonin Onyx, Plymouth, MinnesotaModel 9500
SphygmomanometerSunTech Medical, UKTango
Nabij-infrarood spectroscopieCAS Medical Systems, Inc., Branford, CTFORE-SIGHT systeem

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Cerebrale weefselzuurstofsaturatienabij-infraroodspectroscopiehartfalenpatiëntenhersennatriuretisch peptidemaximale zuurstofopnameendotidale CO2-drukgemiddelde arteriële drukfietsergometercerebrale hemodynamiek
Integratie van hersenweefsel verzadiging monitoring in Cardiopulmonaire oefening testen bij patiënten met hartfalen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.