Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Integracja monitorowania wysycenia tkanki mózgowej w testach wysiłkowych krążeniowo-oddechowych u pacjentów z niewydolnością serca

5.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60289

⸱

1 października 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

W tym artykule

Podsumowanie

Ten protokół zintegrował spektroskopię bliskiej podczerwieni z konwencjonalnymi testami wysiłkowymi krążeniowo-oddechowymi, aby zidentyfikować udział mózgowej odpowiedzi hemodynamicznej w nietolerancji wysiłku u pacjentów z niewydolnością serca.

Streszczenie

Hipodotlenienie mózgu podczas odpoczynku lub ćwiczeń negatywnie wpływa na zdolność wysiłkową pacjentów z niewydolnością serca ze zmniejszoną frakcją wyrzutową (HF). Jednak w klinicznych testach wysiłkowych krążeniowo-oddechowych (CPET) nie ocenia się hemodynamiki mózgu. NIRS służy do pomiaru nasycenia tlenem tkanek mózgowych (SctO2) w płacie czołowym. Ta metoda jest wiarygodna i ważna i została wykorzystana w kilku badaniach. Stężenie SctO2 jest niższe zarówno podczas spoczynku, jak i szczytowego wysiłku fizycznego u pacjentów z niewydolnością serca niż u zdrowych osób z grupy kontrolnej (66,3 ± 13,3% i 63,4 ± 13,8% w porównaniu z 73,1 ± 2,8% i 72 ± 3,2%). SctO2 w spoczynku jest istotnie liniowo skorelowane ze szczytowym VO2 (r = 0,602), nachyleniem wydajności poboru tlenu (r = 0,501) i peptydem natriuretycznym mózgu (r = -0,492), z których wszystkie są uznanymi markerami prognostycznymi i ciężkości choroby, wskazującymi na jego potencjalną wartość prognostyczną. SctO2 jest oznaczany głównie przez ciśnienie CO2 pod koniec oddechu, średnie ciśnienie tętnicze i hemoglobinę w populacji HF. W tym artykule przedstawiono protokół, który integruje SctO2 przy użyciu NIRS z przyrostowym CPET na skalibrowanym ergometrze rowerowym.

Wprowadzenie

Testy wysiłkowe krążeniowo-oddechowe (CPET) zostały zastosowane u pacjentów z niewydolnością serca ze zmniejszoną frakcją wyrzutową (HF) dla wielu celów, w tym do ilościowego określenia wydolności krążeniowo-oddechowej, rokowania, diagnozowania przyczyn ograniczeń ćwiczeń i zaleceń dotyczących ćwiczeń1,2,3. Podczas testów monitorowane i analizowane są zmienne hemodynamiczne oraz dane pochodzące z automatycznej wymiany gazowej. Monitorowanie nasycenia tlenem tkanek mózgowych (SctO2) ma wartość dla oceny rokowania i ciężkości choroby4,5.

Spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIRS) wykorzystuje światło podczerwone do penetracji czaszki i ciągłego i nieinwazyjnego szacowania natlenienia tkanki mózgowej6. Ponieważ oksyhemoglobina i deoksyhemoglobina mają różne widma absorpcji światła i są głównymi chromoforami, które pochłaniają światło, ich stężenia można mierzyć za pomocą transmisji i absorpcji światła6,7. Jednak absorbery światła tła również rozpraszają światło i mogą wpływać na pomiar8. W tym badaniu zastosowano przestrzennie rozdzielczy NIRS do pomiaru SctO2 od spoczynku do szczytu ćwiczeń9. Wyemitowano cztery długości fal, aby skompensować straty rozpraszania zależne od długości fali i wyeliminować zakłócenia tła, zwiększając w ten sposób dokładność10.

SctO2 reprezentuje proporcję dostarczania tlenu do zużycia w tkance mózgowej. Desaturacja mózgu jest związana z zaburzonym przepływem krwi w mózgu (CBF), obniżonym stężeniem tlenu w tętnicach i zwiększonym zużyciem tlenu w tkance mózgowej11. Poza niewydolnością rzutu serca, zaawansowana niewydolność serca powoduje hipoperfuzję mózgową podczas wysiłku poprzez pośrednie wywoływanie zwężenia naczyń mózgowych poprzez zmniejszenie ciśnienia parcjalnego dwutlenku węgla (PaCO2) w tętnicach poprzez hiperwentylację12.

Kliniczne znaczenie utlenowania mózgu w HF zostało ujawnione przez Chen et al.4. Po pierwsze, SctO2 był znacznie zmniejszony w grupie HF w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. SctO2 jest nie tylko zmniejszane w spoczynku, ale także dalej spada podczas ćwiczeń. Nie obserwuje się tego w grupie zdrowej. Po drugie, SctO2rest i SctO2peak były skorelowane z VO2peak, peptydem natriuretycznym mózgu (BNP) i nachyleniem wydajności poboru tlenu (OUES), z których wszystkie są ustalonymi markerami prognostycznymi. Dlatego SctO2rest i SctO2peak z dużym prawdopodobieństwem mają charakter prognostyczny i odzwierciedlają nasilenie choroby u pacjentów z niewydolnością serca. Inne badanie przeprowadzone przez Koike i wsp. sugerowało, że zmiana w mózgowej oksyhemoglobinie mierzonej na czole od spoczynku do szczytowego wysiłku była znacznie niższa u osób, które nie przeżyły, w porównaniu z tymi, które przeżyły u pacjentów z chorobą wieńcową5. W związku z tym utlenowanie mózgu może być wykorzystane do stratyfikacji ciężkości choroby i rokowania pacjentów z niewydolnością serca.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Następujący protokół został zatwierdzony przez komisję etyki w Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, Tajwan. Test wysiłkowy przeprowadzono w klimatyzowanym laboratorium o temperaturze atmosferycznej 22-25 °C, ciśnieniu od 755 do 770 Torr i wilgotności względnej 55-65%. Przed każdym badaniem analizator gazów był kalibrowany zgodnie z instrukcjami producenta przy użyciu powietrza w pomieszczeniu i mieszaniny gazów o znanym stężeniu (FO2: 0,12; FCO2: 0,05; N2 jako równowaga). Przepływomierz turbinowy systemu został skalibrowany metodą 2-punktową z 0,2 l/s i 2 l/s za pomocą automatycznego systemu pompowania.

1. Przygotowanie: Rozmieszczenie czujników i rejestratorów

  1. Dwukrotnie oczyść czoło wacikiem nasączonym alkoholem, aby usunąć pot i brud ze skóry.
  2. Umieść czujniki NIRS na czole obustronnie. Użyj dużego czujnika, w którym odległość między emiterem a detektorem wynosi 5 cm. Szacowana głębokość pomiaru to 2,5 cm. Upewnij się, że czujniki są dobrze zamocowane.
  3. Przymocuj plastry elektrokardiografii do przedniej części klatki piersiowej, obustronnych stawów barkowo-obojczykowych i dolnej części pleców.
  4. Niech pacjent usiądzie na ergometrze rowerowym.
  5. Umieść opaskę ciśnieniomierza.
  6. Poinstruuj pacjenta, aby założył maskę do analizy gazu. Upewnij się, że przez brzeg maski nie wycieka gaz.
  7. Umieść czujniki pulsoksymetru na płatku ucha i palcu wskazującym pacjenta.

2. Monitorowanie CPET i SctO2

  1. Powiedz pacjentowi, aby odpoczywał przez co najmniej 2 minuty, aby uzyskać stabilną wartość wyjściową, w tym SctO2 i współczynnik wymiany oddechowej.
  2. Poproś pacjenta o wykonanie etapu rozgrzewki z szybkością pracy 10 W przez 1 minutę na ergometrze rowerowym.
  3. Zwiększ szybkość o 10 W/min i poproś pacjenta, aby pedałował z prędkością około 60 obr./min, aż nie nadąży za kadencją >50 obr./min pomimo silnej zachęty (testy wysiłkowe z ograniczonymi objawami).
  4. Automatycznie uśredniaj wartość SctO2 co sekundę z danych skanowanych z częstotliwością 100 Hz.
  5. Mierz ciśnienie krwi co 2 minuty automatycznie za pomocą ciśnieniomierza.
  6. Analizuj składnik gazowy oddech po oddechu, w tym VO2 i ciśnienie dwutlenku węgla w stosunku do końca oddechu (PETCO 2).
  7. Pozwól pacjentowi ukończyć etap rekonwalescencji z szybkością pracy 0 W przez 2-6 minut.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Do badania w szpitalu Linkou Chang Gung Memorial Hospital na Tajwanie zakwalifikowano 34 pacjentów z niewydolnością serca (HF) oraz 17 zdrowych osób kontrolnych. Każdy badany poddano cardiopulmonalnemu testowi wysiłkowemu z jednoczesnym monitorowaniem SctO2 za pomocą NIRS. W skrócie, wartości SctO2 (spoczynkowe; maksymalne) były znacząco niższe w grupie HF (6,3 ± 13,3%; 63,4 ± 13,8%) niż w grupie kontrolnej (73,1 ± 2,8%; 72 ± 3,2%) (Rysunek 1

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Natlenienie mózgu monitorowane nieinwazyjnie i w sposób ciągły przez NIRS było stosowane w różnych scenariuszach, w tym w chirurgii sercowo-naczyniowej13 i analizach funkcjonalnych mózgu, takich jak te, które szacują aktywność neuronalną14. W protokole tym zintegrowano NIRS z konwencjonalnym CPET w celu zidentyfikowania udziału odpowiedzi hemodynamicznej mózgu w nietolerancji wysiłku u pacjentów z niewydolnością serca. Zwiększa to wartość testów wysiłkowych w określaniu rok...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Pacjent, który uczestniczył w testach wysiłkowych, jest bardzo wdzięczny. Badania te były wspierane przez Narodową Radę Naukową, Tajwan (NMRPG3G6231/2/3), Chang Gung Memorial Hospital (grant nr 1). CMRPG3G0601/2) oraz Centrum Badań nad Zdrowym Starzeniem się, Uniwersytet Chang Gung oraz Program Głębokiej Orki Ministerstwa Edukacji Tajwanu dla Szkolnictwa Wyższego (granty o numerach EMRPD1H0351 i EMRPD1H0551).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Ergometr rowerowyErgoline, NiemcyErgoselect 150P
Testowanie wysiłkowe krążeniowo-oddechowe analiza gazówCardinal-health NiemcyMasterScreen CPX
Pulsoksymetria palcowaNonin Onyx, Plymouth, MinnesotaModel 9500
CiśnieniomierzSunTech Medical, Wielka BrytaniaTango
Spektroskopiabliskiej podczerwieniCAS Medical Systems, Inc., Branford,FORE-SIGHT
system CT

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Saturacja tlenowa tkanki mózgowejspektroskopia bliskiej podczerwienipacjenci z niewydolnością sercamózgowy peptyd natriuretycznyszczytowe pobranie tlenuciśnienie końcowowydechowe CO2średnie ciśnienie tętniczeergometr rowerowyhemodynamika mózgowa
Integracja monitorowania wysycenia tkanki mózgowej w testach wysiłkowych krążeniowo-oddechowych u pacjentów z niewydolnością serca
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.