Оценка гидратационного статуса с помощью векторного анализа биоэлектрического импеданса у пациентов с ишемической болезнью сердца, проходящих нагрузочный тест с физической нагрузкой

Summary

Дисбаланс гидратационного статуса может оказывать краткосрочное влияние на прямые и косвенные детерминанты поглощения кислорода и пульса, а также на прогностические факторы заболеваемости и смертности при ишемической болезни сердца. Этот протокол описывает методику оценки гидратационного статуса с помощью векторного анализа биоэлектрического импеданса и сердечно-легочной реакции во время нагрузочного теста.

Abstract

Ишемическая болезнь сердца (ИБС) представляет собой группу клинических синдромов, характеризующихся ишемией миокарда, приводящей к нарушению кровоснабжения миокарда и нарушению перфузии. Несколько клинических переменных, оцениваемых с помощью нагрузочного теста, таких как поглощение кислорода (VO2) и частота сердечных сокращений, кислородный пульс (HR/O2), были отнесены к числу сердечно-легочных прогностических факторов у пациентов с ИБС. Тем не менее, другие факторы, такие как состояние гидратации (HS), потенциально влияющие на сердечно-легочную реакцию, почти не рассматривались. Дисбаланс ГГ оказывает кратковременное влияние на объем плазмы и симпатическую нервную систему, что влияет на объем крови и снижает VO2 и HR/O2. В последнее время для оценки ГС широко используется биоимпедансный анализ (БИА) – метод, основанный на противодействии тканей организма (в том числе объема жидкости) низкому электрическому току, путем получения двух составляющих: сопротивления (R) и реактивного сопротивления (Xc) и использования формул прогнозирования. Тем не менее, некоторые ограничения, такие как хроническое заболевание или аномальное состояние жидкости, могут повлиять на результаты. В этом смысле актуальными стали альтернативные методы BIA, такие как биоимпедансный векторный анализ (BIVA). R и Xc (с поправкой на высоту) приводят к тому, что на графике R/Xc получается вектор, который позволяет интерпретировать HS как нормальный или аномальный в зависимости от расстояния среднего вектора. Целью данного исследования является описание способов определения ГГ по BIVA с помощью одночастотного прибора и сравнение результатов с сердечно-легочным ответом у пациентов с ИБС.

Introduction

Ишемическая болезнь сердца (ИБС) представляет собой группу клинических синдромов, характеризующихся ишемией миокарда, несоответствием в поставках и потреблении крови в миокарде. К основному патофизиологическому дефекту относится неадекватная перфузия, в основном вследствие атеросклеротической болезни эпикардиальных коронарных артерий ^1,2,3. В целом, наличие сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) является распространенным явлением, что свидетельствует о низкой выживаемости во всем мире⁴. В частности, в 2015 г. ИБС стала причиной примерно 9 миллионов случаев смерти и более 160 миллионов лет жизни с поправкой на инвалидность, и в настоящее время ИБС остается одной из основных причин смертности и способствует распространению бремени сердечно-сосудистых заболеваний^{во всем мире}.

Для оценки как наличия, так и прогноза ИБС обычно используются некоторые неинвазивные процедуры, такие как нагрузочный тест (EST). EST обеспечивает оценку общей работоспособности сердечно-сосудистой, мышечной, легочной, кроветворной, нейросенсорной и костной систем при максимально допустимой нагрузке при EST⁶.

В нормальных условиях во время тренировки можно было бы ожидать физиологической адаптации. Во время физической нагрузки происходит несколько изменений, таких как динамическая смена жидкости в крови в сосудистом отделе, уменьшение объема плазмы и крови, а также увеличение концентрации гематокрита и метаболитов в плазме. Уменьшение объема плазмы нормализуется примерно через 1 ч после тренировки, что также может варьироваться в зависимости от индивидуального уровня тренировки и восполнения воды⁷.

Тем не менее, ИБС может приводить к острому нарушению реакции на физическую нагрузку, влияя на показатели ЭСТ по некоторым переменным, включающим аэробные способности и переносимость физических нагрузок, таким как поглощение кислорода (VO2) и частота сердечных сокращений/пульс кислорода (ЧСС/O2)⁸. В последнее время статус гидратации (HS), показатель воды, содержащейся в организме¹, был предложен в качестве фактора, связанного с объемом плазмы, способного изменять кровоток и вязкость. ГГ также связан с систолическим объемом, частотой сердечных сокращений и артериовенозной разницей кислорода, детерминантами VO2. Кроме того, в некоторых исследованиях описывается связь ГГ с более низким сердечно-легочным ответом (сердечный хронотропный и инотропный, VO2 и HR/O2)⁹.

Кроме того, было описано несколько факторов, таких как возраст, условия окружающей среды, уровень физической активности/упражнений и диетические факторы, такие как потребление жидкости, которые участвуют в балансе ГГ¹⁰. Аналогичным образом, патофизиологические состояния, такие как ИБС и ее прогрессирование, могут влиять на HS¹¹.

Несмотря на то, что ГГ тесно связана с сердечно-легочными заболеваниями, биологическими реакциями окружающей среды или факторами образа жизни, конкретная связь ИБС в популяции с предшествующими состояниями практически не рассматривалась; и это представляет собой серьезную проблему для клинических исследований, особенно из-за оценки ранних стадий, а также потребности в надежных и стандартизированных методах оценки ГГ.

Для решения этой проблемы биоимпедансный анализ (БИА), практичный, неинвазивный и экономически эффективный метод, может быть использован для оценки состава тела в клинических условиях, но также был предложен в качестве альтернативного метода оценки ГГ, демонстрируя преимущества перед другими методами, такими как тесты на биомаркеры (осмоляльность мочи или плазмы) из-за наличия высокой вариабельности результатов и даже по сравнению с методом золотого стандарта (изотопное разбавление) из-за сложности метода, который требует специальной подготовки и дорогостоящего оборудования, что становится клинически непрактичным 12,13,14,15.

Традиционный метод BIA использует переменный электрический ток низкой интенсивности (ниже пороговых значений восприятия), проникающий в организм человека и пересекающий внутренние ткани. Тогда, исходя из принципа, что органы тела могут выступать в качестве электрических проводников или диэлектриков, мы можем получить регистр электрического импеданса (или биоэлектрического импеданса [Z]), отражающий сопротивление органов свободному приложенному электрическому потоку (EF) в зависимости от их состава (жировая или мышечная масса, кость, вода и т.д.). ¹². Здесь источниками Z являются сопротивление (R) и реактивное сопротивление (Xc). Первый связан с противостоянием EF в клеточных ионных растворах (внутриклеточных и внеклеточных), в то время как второй является емкостным компонентом тканевых интерфейсов, клеточных мембран и органелл¹².

Кроме того, векторный анализ биоэлектрического импеданса (BIVA) является альтернативным методом BIA, который использует пространственные отношения между R и Xc (оба с поправкой на высоту) для оценки гидратации мягких тканей. Данные R и Xc нанесены на двумерный график сопротивления-реактивного сопротивления, что позволяет визуализировать состав тела и HS^12,16.

Принимая во внимание менее изученную область баланса ГГ, связанного с сердечно-легочной системой, а также растущий интерес к характеристике новых применений таких методов, как BIVA в оценке ГГ, данное исследование направлено на определение ГГ методом BIVA и анализ связи ГГ с VO2 и HR/O2 у амбулаторных пациентов с ИБС.

Protocol

Комитет по этике институциональных исследований Национального медицинского центра «20 ноября» (ISSSTE) одобрил этот протокол (ID 383.2019). Все пациенты, включенные в исследование, подписали письменное информированное согласие.

1. Перед измерением биоэлектрического импеданса (BIA)

ПРИМЕЧАНИЕ: Процедура протокола BIA измеряется с помощью одночастотного биоимпедансного устройства (Таблица материалов). Это устройство обеспечивает два значения (сопротивление и реактивное сопротивление) на частоте 50 кГц. Кроме того, протокол BIA, описанный здесь, специфичен в зависимости от используемого одночастотного биоимпедансного устройства.

1. Стандартизация и технические требования к устройству
   1. Проверьте правильность калибровки прибора с помощью тестового резистора (500 Ω), предоставленного производителем. Допустимые значения сопротивления и реактивного сопротивления составляют от 495,0 до 505,0 Ω и от -3,0 до 3,0 Ω соответственно. Убедитесь, что кожные электроды соответствуют марке одного и того же производителя и что устройство не подключено к электрическому току.
   2. Очистите и продезинфицируйте устройство и провода водой на основе раствора перекиси водорода (1:4). Смочите чистую салфетку раствором и аккуратно потрите вдоль проводов и внешней стороны корпуса устройства.
2. Анализ пациента и подготовка к тесту (pre-test)
   ПРИМЕЧАНИЕ: В исследование были включены пациенты с диагнозом ИБС, мужчины или женщины, в возрасте >18 лет. Кроме того, в исследование были включены пациенты с контролируемыми сопутствующими заболеваниями, такими как системная артериальная гипертензия, дислипидемия и сахарный диабет 2 типа. Средний вес и рост составили 70 кг и 160 см соответственно. Кроме того, пациенты исключались, если у них наблюдались какие-либо из следующих характеристик: активное курение или отказ от курения <6 месяцев, инфаркт миокарда или инсульт в течение последних 6 месяцев, анемия, электролитный дисбаланс и хронические терминальные заболевания, такие как почечная или печеночная недостаточность.
   1. Проинформируйте пациента о необходимости голодания не менее чем за 2-3 часа до измерения.
   2. Объясните процедуру пациенту.
   3. Собирайте информацию о поле, возрасте, весе (в кг) и росте (в см). Для измерения роста и веса используйте цифровые портативные прецизионные весы и портативный прецизионный стадиометр соответственно (таблица материалов) и выполняйте измерения на основе стандартного метода, описанного Lohman et ^al.17.
   4. Попросите пациента вынуть все металлические предметы, которые он носит (часы, кольца, браслеты, ожерелья или любые другие), чтобы не мешать измерениям. Попросите пациента снять обувь и чулки.
   5. Уложите пациента в положение лежа на спине на кровати-носилках. Убедитесь, что руки и ноги находятся на расстоянии от 30° до 45°, а ладони рук направлены вверх. Если бедра слишком большие, используйте чистое полотенце/простыню, чтобы создать непроводящий барьер и разделить их. Кроме того, убедитесь, что материал кровати для носилок не является металлопроводящим.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для достижения стабильного распределения жидкости после того, как пациент примет положение лежа, рекомендуется лежать не менее 5 минут перед измерением BIA.
   6. Очистите область перед подключением кожных электродов с помощью прокладки, смоченной 70% этиловым спиртом.
   7. Установите четыре кожных электрода, как описано ниже. Размещайте все кожные электроды в соответствии с рекомендациями производителя и на расстоянии между ними не менее 5-10 см, чтобы избежать взаимодействия электродов с электродами.
      1. Во-первых, установите проксимальные электроды на кисти рук следующим образом: один электрод расположите на запястье, как раз между ладьевидным суставом запястья и локтевым лучевым суставом. Затем найдите другой электрод на среднем пальце, сразу за пястно-фаланговым суставом.
      2. Затем установите дистальные электроды на стопы, следующим образом: один электрод расположите на лодыжке, в суставе между внутренней и наружной молотками и астрагалом. Затем расположите другой электрод между плюснефаланговыми суставами третьего пальца.

2. Измерения BIA

1. Подсоедините круглое отверстие проводов к задней панели устройства.
2. Сначала соедините направляющие провода руки (проксимальные) - красный зажим на запястье и черный зажим на среднем пальце, затем соедините направляющий для стопы (дистальный) - красный зажим на лодыжке и черный зажим на третьем пальце. Убедитесь, что все зажимы размещены на краю электрода кожи.
3. Проинструктируйте пациента не двигаться во время измерения.
4. Включите устройство, нажав кнопку ON . Немедленно наблюдайте за значениями на экране и подождите от 30 до 60 секунд, пока данные о сопротивлении и реактивном сопротивлении не стабилизируются, а затем зарегистрируйте эти значения. Выключите устройство, нажав кнопку OFF .
5. После измерения снимите красный и черный зажимы для руки и стопы, затем осторожно снимите кожные электроды и выбросьте их.

3. Анализ и оценка состояния гидратации с помощью BIVA

ПРИМЕЧАНИЕ: Перед началом анализа BIA необходимо загрузить программное обеспечение BIVA (Таблица материалов). Обратите внимание, что программное обеспечение BIVA представляет собой электронную таблицу с данными из разных популяций и эталонными значениями сопротивления и реактивного сопротивления, упорядоченными по полу¹⁸.

1. Программное обеспечение BIVA содержит следующие семь листов: руководство, эталонные популяции, точечный график, путь, темы, z-оценка и z-график. Щелкните лист Ссылочное население и выберите полную строку в соответствии с оцениваемой генеральной совокупностью. В этой методологии используются строки 9 и 10 (население Мексики)¹⁹.
2. Скопируйте выбранные данные и вставьте их во вторую строку.
3. Щелкните лист «Темы » и заполните вручную следующую информацию, расположенную во второй строке: Столбец 1: Идентификатор пациента; Столбец 2: Seq, всегда должен быть равен 1; Графа 3 и Колонка 4: указать Фамилию и Имя соответственно; Графа 5: Пол, присвойте F, если женщина, или M, если мужчина; Столбцы 6 и 7: добавить значения сопротивления и реактивного сопротивления (ранее зарегистрированные) соответственно; Столбец 8: Высота, указать значение в см; Графа 9: Вес, укажите значение в кг; Столбец 10: Popl Code, укажите значение от 1 до 13, которое отображается в первом столбце листа ссылочной генеральной совокупности, чтобы выбрать популяцию для оценки; Столбец 11: Код группы, добавьте значение от 1 до 10, чтобы выбрать пациента для оценки; Столбец 12: Возраст, укажите возраст в годах.
4. Выберите опцию Дополнение в главном меню и нажмите кнопку Рассчитать , чтобы получить значения сопротивления и реактивного сопротивления, скорректированные по высоте (столбцы 13 и 14).
5. Щелкните лист Точечный график , и отобразится график R/H-Xc/H для женщин или мужчин. Этот график содержит эллипсы допусков 50%, 75% и 95%, скорректированные по конкретным референтным группам населения (рис. 1).
6. При отображении диалогового окна с именем «Выбор групп» выберите параметр «Группа » в соответствии с последним номером, указанным на листе субъекта - Столбец 11. Добавьте значение, ранее зарегистрированное в коде группы, и нажмите кнопку ОК. Будет построен вектор, показывающий характеристики формы.
7. Интерпретируем состояние гидратации на графике следующим образом: вектор между эллипсами толерантности 50% и 95% процентилей указывает на эвгидратацию, тогда как вектор за пределами верхнего полюса эллипса толерантности 95% указывает на гипогидратацию, а вектор снаружи на нижнем полюсе эллипса толерантности 95% указывает на гипергидратацию.

4. Перед началом нагрузочного теста (EST) протокол

ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол нагрузочного теста (EST)^20,21 измеряется с помощью специализированной медицинской беговой дорожки (Таблица материалов). ЭСТ проводится по модифицированному протоколу Брюса^20,21 и под наблюдением опытного кардиолога.

1. Анализ и подготовка пациента
   1. Перед исследованием убедитесь, что пациент соблюдает следующие характеристики: избегайте любых напряженных физических нагрузок по крайней мере за 1 день до исследования и голодайте пациента не менее чем за 4 часа до теста. Попросите пациента надеть удобную одежду для проведения теста.
   2. Объясните пациенту протокол ЭСТ и зарегистрируйте пол, возраст, вес (в кг) и рост (в см). Введите данные о поле, возрасте, весе и росте в систему EST, чтобы автоматически оценить значения METS, VO2 и HR/O2 во время теста.
   3. Спросите пациента о любых физических недостатках (например, боли в суставах или груди, одышке и т. д.) перед EST. Понаблюдайте за походкой пациента и убедитесь, что она не представляет нарушения ходьбы.
2. Подключение устройств EST к пациенту и калибровка системы
   1. Выберите и поместите маску EST по размеру, затем аккуратно прикрепите ее к лицу пациента.
   2. Проведите тест на утечку воздуха, попросив пациента закрыть отверстие в маске и выдохнуть. Не должно быть слышно ни звука.
   3. Подсоедините розовые концы потока, один к отверстию маски, а другой к проводам оборудования EST.
   4. Дождитесь автоматической калибровки элементов газоаналитического оборудования EST, чтобы убедиться, что содержание_CO2 в окружающей среде не превышает 1 200 ppm.
   5. Проинструктируйте пациента перед установкой электродов открыть область груди и очистить кожу 70% изопропиловым спиртом. При необходимости побрейте эту область.
   6. Подключите электрокардиографические электроды в 12 отведениях к грудной клетке пациента в соответствии с модифицированным методом стандартизации Мейсона-Ликара²² и научным заявлением AHA: стандарты нагрузки для тестирования и тренировки^20,21, как описано ниже.
      1. Поместите четыре электрода на руки: один на правую руку (RA) над акромионной костью, один на левую руку (LA) над акромионной костью, один на правый реберный край (RCM) и один на левый реберный край (LCM).
      2. Затем поместите шесть электродов на грудную клетку: V1 на второе межреберье и над правой границей грудины, V2 на второе межреберье и левую границу грудины, V3 между V2 и V4, V4 на четвертое межреберье, пересекающееся с левой среднеключичной линией, V5 на пятое межреберье на уровне левой передней подмышечной линии и V6 на шестое межреберье на уровне уровень левой средней подмышечной линии.
   7. Выполните спирометрию в состоянии покоя, проинструктировав пациента сделать как можно более глубокий вдох, затем укажите, что нужно выдохнуть как можно быстрее и сильнее, стараясь поддерживать не менее 6 секунд в усилии на выдохе.
   8. Оцените критерии воспроизводимости и качества спирометрии в состоянии покоя, повторив усилие выдоха 3 раза.
   9. Оценка объема форсированного выдоха за 1 с (VEF1) и параметров форсированной жизненной емкости легких (ФЖЕЛ), предусмотренных в системе EST.
   10. Выберите наилучшие параметры, которых пациент достигает в соответствии с VEF1/FVC, чтобы контролировать их во время теста.

5. Выполнение EST

1. Оцените состояние сердца (исходная электрокардиограмма [ЭКГ], частота сердечных сокращений и артериальное давление), чтобы убедиться, что у пациента нет ограничивающих факторов перед началом ЭСТ.
2. Объясните пациенту, что воспринимаемое физическое усилие во время ЭСТ измеряется по шкале Борга от 0 до 20:²⁰.
3. Контролируйте и оценивайте ЭСТ, обращая внимание на изменения артериального давления, частоты сердечных сокращений и электрокардиографических следов каждые 3 минуты. Продолжайте следить за восприятием любых симптомов (боль в груди, одышка, головокружение или сильная усталость) и воспринимаемой физической нагрузкой по шкале Борга. Выполните эти оценки следующим образом.
   1. Артериальное давление: Измеряйте систолическое и диастолическое артериальное давление каждые 3 минуты с помощью пневматического устройства, чтобы оценить повышение систолического артериального давления, пропорциональное физической нагрузке.
   2. Частота сердечных сокращений: запись удара за ударом в режиме реального времени с помощью телеметрии в 12 отведениях (электрокардиограмма напряжения), чтобы ожидать линейного увеличения этой переменной с увеличением нагрузки. Кроме того, анализируйте сердечный ритм, чтобы дифференцировать его от несинусовых ритмов и выявлять аритмии с помощью телеметрии.
   3. Симптомы и признаки: Во время процедуры спросите пациента, есть ли у пациента какой-либо дискомфорт, такой как боль в груди или конечностях, затрудненное дыхание, нарушение бдительности, снижение остроты зрения, головокружение или неустойчивость походки, и оцените, есть ли низкая частота сердечных сокращений, насыщение кислородом или артериальное давление.
   4. Восприятие усилия: По ходу процедуры спросите пациента о степени усилия по шкале Борга от 0 до 20. Меньшие цифры указывают на легкие усилия, а более высокие – на тяжелые.
   5. Прекратите ЭСТ, если пациент достигает > 85% от частоты сердечных сокращений (рассчитанной в соответствии с возрастом) или если пациент испытывает какой-либо дискомфорт во время нагрузки или демонстрирует значительные электрокардиографические нарушения (ишемия или сложные аритмии).
4. После завершения ЭСТ внимательно следите за артериальным давлением, частотой сердечных сокращений и ЭКГ пациента в течение следующих 1 минут, 3 минут, 5 минут и 8 минут (восстановительный период) и убедитесь, что эти параметры вернулись к исходным значениям.
5. Извлечение и регистрация сердечно-легочных данных из программного обеспечения EST: METS, VO2 и HR/O2.

Results

Во-первых, данные R и Xc (оба с поправкой на рост пациента), зарегистрированные с одночастотного устройства (SF-BIA), были использованы для получения графика BIVA R/XC. Во-вторых, мы классифицировали состояние гидратации как эвгидратацию, гипергидратацию и гипогидратацию. Представлены репрезентативные данные гидратации пациентов мужского пола в возрасте 66 лет и 67 лет, весом 72,2 кг и 72,3 кг, ростом 169 см и 163 см (рис. 2). Кроме того, показаны импедансные данные R/H= 280,7, Xc/H= 23,6 Ω ...

Discussion

Несмотря на то, что BIA считается безопасным, практичным и неинвазивным методом, который преодолевает ограничения других методов измерения состава тела и воды в организме^19,23, важно учитывать потенциальное смещение, возникающее в отношении типа биоэлектрического импеданса (метод, описанный здесь, специфичен для одночастотного устройства с биоэлектрическим импедансом), или вариации в этапах и методах проверки.

В медицинской литературе ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
BIVA Tolerance	BIVA SOFTWARE 2002		Piccoli A, Pastori G: Программное обеспечение BIVA. Факультет медицинских и хирургических наук, Университет Падуи, Падуя, Италия, 2002 (доступно на E-mail:apiccoli@unipd.it).
Cardiopoint ECG C600	BTL	407-80MANEN03100	ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФ
Тележка Cardiopoint BTL		40700B000240	ТЕЛЕЖКА
Портативная цифровая плоская шкала	SECA	813	ЦИФРОВАЯ ПЛОСКАЯ ШКАЛА
Портативный стадиометр	SECA	213	СТАДИОМЕТР
Quantum IV	RJL SYSTEMS	Q4B-2405	БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНСНЫЙ АНАЛИЗАТОР
Беговая дорожка Clinical	BTL	216A18	БЕГОВАЯ ДОРОЖКА