Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

מודל כדי לדמות היפוקסיה משמעות קלינית בבני אדם

doi: 10.3791/54933 Published: December 22, 2016

Summary

סימולצית היפוקסיה בני אדם בדרך כלל שבוצעה על ידי שאיפת גז תערובות היפוקסי. לצורך המחקר, צוללנים apneic שימשו כדי לדמות היפוקסיה דינמי בבני אדם. בנוסף, שינויים פיזיולוגיים קינטיקה desaturation מחדש הרוויה הוערכו עם כלים בלתי פולשני כגון האינפרה-אדום הקרוב-ספקטרוסקופיה (NIRS) ורוויה חמצון היקפי (SpO 2).

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

רלוונטית קליני היפוקסיה חריפה hypercapnia במקביל נתפסת בעיקר בחולים עם תסמונת דום נשימה חסימתית בשינה (OSAS), חסימה בדרכי נשימה חריפה או במהלך החייאה. מגבלות עיקריות בתחום OSAS ותנאי hypoxemic אחרים כוללות את הידע להעברה המוגבל על הפתופיזיולוגיה נגזר ממחקרים בבעלי חיים וכי מודלים אנושיים הם 1 אפסי. כדי לחקות היפוקסיה בבני אדם, תערובות גז היפוקסי עד כה בשימוש 2 - 7. עם זאת, התנאים הללו מייצגים יותר של הסביבה בגובה רב יותר של מצבים קליניים שבהם היפוקסיה, בכלל, מלווה hypercapnia. כדי לפקח חמצון רקמות במהלך דום לב והחייאה, מחקרים בבעלי החיים בוצעו 8 לחקור מנגנונים מפצים פיסיולוגיים.

צוללני Apneic הם ספורטאים בריאים מסוגלים מדכא את דחף הנשימהכי הם נובעים ריווי חמצן עורקים נמוכים 9 ו מוגבר PCO 2 10,11. חקרנו צוללנים apneic כדי לחקות מצבים קליניים של היפוקסיה חריפה hypercapnia במקביל 12. מודל זה יכול לשמש כדי להעריך setups הקליני, לשפר את הבנת pathophysiological של חולים עם OSAS או הפרעות נשימה פתולוגי, ולחשוף אפשרויות חדשות ללימוד מנגנון איזון דלפק אפשרי במקרים של דום נשימה. יתר על כן, טכניקות שונות כדי לזהות היפוקסיה בבני אדם יכול להיבדק על היתכנות ודיוק במקרה של היפוקסיה דינמי כי נוכח מצבי חירום (כלומר, חסימות בדרכי האוויר, laryngospasm או לא יכול לצנרר, לא יכול לאוורר מצבים) או לדמות היפוקסיה לסירוגין בחולים עם OSAS.

טכניקות פולשנית לגילוי היפוקסיה בבני אדם מוגבלים. Oximetry דופק ההיקפי (SpO 2) הוא כלי שאושר-hospi מראשטל והגדרות החולים כדי לזהות היפוקסיה 13. השיטה מבוססת על קליטת האור של המוגלובין. עם זאת, מדידת 2 SpO מוגבל חמצון עורקים היקפי ולא יכולה לשמש במקרים של פעילות החשמלית pulseless (PEA) או במחזור מינימאלי ריכוזי 14. לעומת זאת, קרוב אינפרא אדום ספקטרוסקופיה ניתן להשתמש כדי להעריך רוויון החמצן ברקמת המוח (RSO 2) בזמן אמת במהלך PEA, במהלך הלם המורגי או הבאים דימום תת-עכבישי 15 - 19. השימוש בו גדל 20 זמן ומחקרים מתודולוגיים חשפו מתאם חיובי בין SpO 2 ו RSO 2 3,4.

במחקר זה, אנו מספקים מודל לדמות היפוקסיה רלוונטיות קלינית בבני אדם ולהציג מתודולוגיה צעד-אחר-צעד כדי להשוות oximetry הדופק הפריפריה NIRS במקרה של הרוויה מחדש דה ו. על ידי ניתוח נתונים פיזיולוגיים במקרה שלpnea, הבנתנו מנגנוני איזון דלפק ניתן לשפר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

הצהרת אתיקה
כל הניתוחים שבוצעו במחקרים בהם היו מעורבים המשתתפים האדם היו בהתאם לסטנדרטים האתיים של הצהרת הלסינקי 1964 תיקונים מאוחר יותר שלה. העיצוב של מחקר זה אושר על ידי ועדת האתיקה המקומית של בית החולים האוניברסיטאי של בון, גרמניה.

הערה: ודא כי נבדקים במצב טוב ובריא, ללא כל תרופה נגד יתר לחץ דם ולפחות 24 שעות ללא סוכני התרמה קטכולאמינים כמו קפאין או חומרים שווים.

1. הכנה של נושא מבחן

  1. נקו את העור של המצח עם אלכוהול 70% כדי degrease העור לפני מיצוב אלקטרודה NIRS.
  2. מניחים את האלקטרודה NIRS על המצח מעל הגבה ולימין של מענית midsagittal (לוקוס frontopolar 2) למדוד מוחין (= מרכזי) חמצון רקמות.
  3. להעריך את היציבות של האות. RSO 2 -signal צריך להיות קבוע (7; 3%) עבור 5 דקות לפחות.
  4. למדידת חמצון רקמות היקפיות עם NIRS (-electrode רקמות NIRS), למקם אלקטרודה אחת מעל באמצע femoris הארבע musculus (לחילופין על האמה). אין למקם את האלקטרודה מעל מקלעת ורידית או עורק.
  5. מניחים אלקטרודות א.ק.ג. על החזה חינם שיער. מוביל א.ק.ג. מסומן באותיות שונות. מקום "R" על ראש sternocostal של pectoralis בזכות מרכזי, "L" על ראש sternocostal של שמאל גדול pectoralis, "C" על באמצע חלל צלעי החמישי של קו medioclavicular, "F" על קצה הצלע השמאלית התחתון, " N "על קצה הצלע הימנית התחתונה.
  6. מדוד oximetry הדופק היקפי (SpO 2) על אצבע על אותו הגפיים ואת הצד שבו -electrode רקמות NIRS מושם.
  7. למדידת לחץ דם פולשנית (NIBP) באמצעות שרוול למדידת לחץ דם. השתמש הגפיים הנגדיים המאפשר oxim דופק ההיקפילאופטומטריסטים כדי להימדד. על מנת לקבל זמן ברזולוציה גבוהה בתוצאות לחץ דם בחר במרווח של דקה אחת למדידה. בחר NIBP ידי נגיעה במסך בחירת "הגדרות".
  8. לפחות 20 דקות לפני דום הנשימה, להקים קו תוך ורידים לוריד cubital המדיאלי של ימין או שמאל הזרוע לצייר דגימות דם בנקודות זמן בודדות במהלך ואחרי דום נשימה.
    1. נקה את העור עם אלכוהול 70%.
    2. השתמש חוסם עורקים כדי לעזור הוורידים בולטים יותר.
    3. השתמש-חיטוי העור כדי למנוע זיהומים להכניס את המחט דרך העור.
    4. מנמיכים את זווית הכניסה לאחר פלאשבק דם במוקד קטטר. Push קטטר לווריד.
    5. הסר את המחט קטטר סומק עם מלח סטרילית (NaCl 0.9%).

2. איסוף נתונים

  1. כייל את השעון הפנימי של כל המסכים כדי לסנכרן מדידות עבור עיבוד מאוחר יותר.
    1. Clאיכס על סמל השעון הימנית התחתונה בשולחן העבודה, והקש "התאריך והשעה של שינוי והגדרות זמן" בחלון המוקפץ.
    2. לחץ על לחצן תפריט הגדרות על NIRS לתכנן ותאריך והשעה של שינוי דרך התפריט.
  2. כדי לאחסן נתונים פיזיולוגיים לניתוח מחובר, הכנס את ההתקן לפקח אל תחנת העגינה ולחבר אותו למחשב באמצעות כבל רשת. ודא שכתובת ה- IP ומסיכת רשת משנה של תחנת העגינה נכונה בהגדרות הרשת כדי לקבל חיבור. פנה לספק ההתקן כדי לקבל את המידע הזה.
  3. השתמש תוכנה ספציפית למכשיר צג להציל מדידות במחשב. לחץ על "התחל" כדי להתחיל הקלטות ולשמור את התוצאות לאחר סיום המדידה.
    הערה: בחלק מהמכשירים, יש נתונים להינצל חיה במהלך המדידה.
    הערה: ירי צרות לטפל מהשלבים הבאים: אם ההשתנות של sig רקמת NIRSאלכסונים הם גבוהים מדי, להעריך מחדש את העמדה של האלקטרודה (להימנע מקלעת ורידית גדולה או עורקים ישירות מתחת לאלקטרודות). שונה גבוהה של אותות מוחות NIRS יכול להיות גם סמנו עקיף היפרוונטילציה של צוללנים כדי להפחית CO 2 חלקית. הדרך את הנושא כדי נשימה איטית ועם כרכים-גאות נמוך להעריך מחדש את האות. נושאים מותר לקחת 3 השראות עמוקות לפני דום נשימה סופית. הימנע כגון אורך החיים בהערכה של ערכי בסיס. ה- SEC 30 הראשונים לאחר השראה מקסימלי מאופיינים ערכים משתנים. אין להשתמש בהם לצורך ניתוח.

דום נשימה 3.

  1. יש הנושאים לנוח לפחות 15 דקות בעמדה משקר כדי למנוע שינויים שנגרמו עקב מתח במחזור הדם בשל vasoconstriction. יש נושאים לנשום כרגיל, כדי למנוע השפעות של היפרוונטילציה שנגרמו vasoconstriction. הגבל את תדירות הנשימה כדי ≤ 15 נשימות / דקה.
  2. צייר דגימת דםים לניתוח הבסיס. מחק את הדם 5 מ"ל של נמשכים הראשונה, כדי למנוע אי וודאות המדידה. רוקן את הקטטר לאחר כל איסוף דם ורידים עם תמיסת מלח סטרילית כדי למנוע קרישה.
  3. ודא כי ערכי צג הם בלתי נראים נושאים להימנע השפעות חזותיות לביצועי apneic שלהם.
  4. בדוק כל התקן עבור פונקציונליות ואיכות אות. ודא כי אלקטרודות לא ניתן להסיר על ידי תנועות לא רצוניות של נושא הבדיקה בסוף דום נשימה.
  5. לסיכום עם הסכמים ברורים. תן ספירה לאחור של 2 דקות האחרונות מילולית. נושאים צריכים לנשום כרגיל בזמן הכנה הזאת. לפני ההשראות העמוקות הסופיות 3 נשימה מותרת. שאל את הנושא כדי לציין את השאיפה שעברה סימן אצבע. דום נשימה צריכה להתבצע זמן רב ככל האפשר.
    הערה: סוף הנשימה האחרונה מציין את תחילת דום הנשימה. הסוף דום הנשימה מוגדר כמקור ההשראה הראשונה לאחר דום נשימה.
  6. מארק אירועים חשובים (כלומר, תחילהnd סוף דום נשימה) אלקטרוני ובכדי להימנע דיוקים בניתוח זמן עוד יותר על ידי לחיצה על "כפתור אירוע מארק" במכשיר NIRS.
    הערה: תנועות של החזה והבטן מושרה על ידי פעילויות סרעפת רצונית נפוצות במחצית השנייה של דום נשימה ומצביעות על השלב במאבק.
  7. צייר דגימות דם בזמן נקודות שונות בהתאם מטרת המחקר.
  8. דגימות דם צנטריפוגה ב 1500 XG במשך 10 דקות. קח את supernatant ולאחסן אותו ב -80 ° C לצורך ניתוח עתידי.

4. עיבוד נתונים

  1. עיבוד נתונים ממכשיר הצג:
    1. פתח את הקובץ שנשמר במחשב ולחץ על "התחל" כדי לנתח נתונים.
    2. לחץ על "בדיקה" כדי לקבל גישת מגמת הצג ובחר "אפשרויות" ולאחר מכן "כלים" של submask MENU. מרווח זמן ניתן לשנות באמצעות "מגמה מרווח" במידת הצורך.
    3. בחר את המסכה "מגמות" ו SAVדואר. פתח קובץ "מגמות" בתוכנית גיליון אלקטרוני לעיבוד נוסף.
  2. נתוני עיבוד ממכשיר NIRS:
    1. פתח את התוכנה על המחשב וחברו את המכשיר NIRS באמצעות WIFI.
    2. מעביר את הנתונים ממכשיר NIRS למחשב.
    3. שמור את הנתונים בפורמט CSV.
    4. פתח קובץ בתוכנית גיליון אלקטרוני לעיבוד נוסף.

5. לנתח ערכים

  1. צור גיליון אלקטרוני עם שני מערכי נתונים להשוות את הערכים. זהה את מרווח זמן של לפחות 30 שניות שבו NIRS-ערכי SpO 2 הם קבועים (± 3%). קח ממוצע של ערכים אלה כדי להגדיר ברמת בסיס.
    הערה: קצב לב ידוע לשנות לפני משמעותי דום נשימה. על מנת לערוך ניתוח נוסף, קצב לב בסיס מוגדר בכל 30 שניות נקודת זמן לאחר תחילת דום נשימה.
  2. מצא את נקודת ההתחלה של ירידה מונוטונית RSO 2 ו SpO 2
  3. זהה את נקודת ההתחלה של RSO 2 ו SpO 2 עלייה בסוף דום נשימה כגידול מונוטונית של ערכים לאחר סיום דום נשימה. נקודה זו מוגדרת "להתחיל מחדש רוויה".
  4. חשב את הפרש השעות בין "התחלה של דום נשימה" ו "להתחיל של desaturation" ואת ההבדלים בין זמן "סוף דום נשימה" ו "להתחיל מחדש הרוויה" עבור מוחין NIRS, רקמות NIRS ו SpO 2. שמירה כל הבדל שני על גיליון אלקטרוני נפרד.
  5. אופציונלי: חישוב השתנות קצב הלב של כל משתתף במהלך השני בדקה האחרונה של דום נשימה. זה עשוי לחשוף מידע על האיזון האוהד / הפאראסימפתטית בשלב מלחיץ זה.

6. לעיבוד סטטיסטי

  1. השווה את ההבדלים בין הזמן "בתחילת desaturation" של 2 SpO, שיתוק NIRS, וערכי רקמות NIRS. מבחן להפצת גאוס ההבדלים המדידים (למשל, באמצעות בדיקה נורמלית שפירא-וילק למדגם בגדלים קטן יותר מ -50).
  2. אם חלוקת הבדלי המדידה שונה באופן מובהק מ התפלגות נורמלית, השתמש ווילקוקסון חתם מבחן דרגה. אם ניתן להניח התפלגות נורמלית, שקול להשתמש מבחן t מזווג.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

איור 1 מציג הקלטות בו זמנית של SpO 2 וערכים NIRS (רקמת מוחין NIRS NIRS) במהלך דום נשימה בחולה אחד. זמן דום נשימה סה"כ היה 363 שניות. בעקבות דום נשימה NIRS ו SpO 2 ערכים שומרים על יציבות כבר כ 140 שניות. קיטון SpO 2 זוהה לאחר 204 שניות על ידי היקפי SpO 2 ואילו ירידה של שיתוק NIRS אותרה לאחר 238 שניות. דום הנשימה הבאה הנמוך ביותר שנמדד SpO 2 הייתה 58% ו מוחות NIRS נמדד הנמוכים במיוחד היו 46%. בסוף NIRS דום הנשימה מוגברת מוחות לאחר שהייה של 12 שניות בעוד SpO 2 מוגבר לאחר שהייה של 30 שניות.

במחקר שנערך לאחרונה של עשרה צוללנים apneic אנו הראינו ירידה משמעותית בערכי מוחות NIRS מ -71% (טווח 85 - 55) עד 54% (טווח 74 - 24) 12 2 חציון ירד מ 98% (טווח 100 - 98) ל -81% (טווח 94 - 67). איור מציג 2 עיכובי הזמן הממוצעים בין תחילת דום הנשימה וירידת NIRS המוחין לעומת SpO 2 ערכים של עשרת צוללנים אלה. רווית חמצן נמדדת מוחות NIRS ירד משמעותי יאוחר רוויון חמצן על האצבע שהיא נמדדת על ידי SpO 2 [175 שניות; SD = 50 שניות לעומת 134 שניות; SD = 29 שניות; (t (9) = 2.865, p = 0.019, r 2 = 0.477)]. זה יכול להילקח כסימן עבור זרימת דם במוח גבוהה ואת אספקת חמצן מועדפת של רקמת המוח במהלך דום נשימה.

לאחר ההפעלה מחדש של נשימה (איור 2 ג), ערכים של שיתוק NIRS עלו מוקדם יותר באופן משמעותי מאשר SpO 2 ערכים [10 שניות; SD = 4 שניות לעומת 21 שניות; SD = 4 שניות (t (9) = 7.703, p <0.001, r 2 = 0.868)]. 2b הדמוי רונג> ו ד התצוגה דה מחדש הרוויה נמדד על האצבע (SpO 2) ומעל הארבע musculus femoris (רקמת NIRS) במהלך דום נשימה. ערכי רקמות NIRS ירד מוקדם יותר באופן משמעותי מאשר SpO 2 ערכים [39 s; SD = 13 שניות לעומת עיכוב של 125 שניות; SD = 36 שניות (t (6) = 4.869, p = 0.003, r 2 = 0.798)]. השהיית זמן זו עשויה להתקבל כי vasoconstriction ההיקפי מובילה לירידה ב חמצון רקמות, עוד לפני ירידת ריווי חמצן עורקים - דמיין ידי SpO 2 - הוא ניתן למדידה. לא נמצא הבדל ב ההשהיה לאחר הפעלה מחדש של נשימה בין רקמת NIRS ו -2 SpO [רקמות NIRS 30 שניות; SD = 16 שניות לעומת SpO 2 27 שניות; SD = 7 שניות (t (6) = 0.631, p = 0.551, r 2 = 0.062)]. דבר זה מצביע, כי העיכוב הזמן שנצפה אינו נגרם על ידי מכשירים שונים עצמם.

page = "1"> כדי להשוות דה מחדש רווי במהלך משכים דום נשימת פרט, אנו מנורמלים SpO 2 -, רקמות NIRS - וערכי -baseline מוחות NIRS ל -100% (איור 3). כדי להשוות משך דום נשימה הפרט, משך דום נשימה הכולל של כל הנושא נקבע גם ל -100%. 12

איור 1
איור 1: זמן מנות של NIRS, 2 SpO, ודופק (HR) במהלך דום נשימה. נתונים גולמיים של משתתף אחד מוצגים. סה"כ דום נשימה בזמן היה 363 שניות. נושא הציג ירידה מוקדם יותר SpO 2 מאשר מוחות RSO 2. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2 />
איור 2: עיכובים זמן במהלך דום נשימה והפעלה מחדש של נשימה. א) ממוצע זמן השהיה בין תחילת דום נשימה וירידה של NIRS מוחין לעומת ערכים 2 SpO; ב) ממוצע השהיית זמן בין תחילת דום נשימה וירידה של רקמות NIRS לעומת ערכים 2 SpO; ג) ממוצע השהיית זמן בין הפעלה מחדש של הנשימה ועלייה של NIRS מוחין לעומת ערכים 2 SpO; ד) ממוצע השהיית זמן בין הפעלה מחדש של הנשימה ועלייה של רקמות NIRS לעומת ערכים 2 SpO. ברי שגיאה מצביעים סטיית התקן של הממוצע. נתוני דמות מתוך אייכהורן et al. 2015 12. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

1 "> איור 3
איור 3: התקדמות זמנית של מנורמל SpO 2, NIRS מוחות NIRS ערכי רקמות: כדי לאזן להבדלים אינדיבידואליים זמן דום נשימה, בכל העת דום הנשימה היו סטנדרטית ל -100%. לכן הווריאציות בשלושת הפרמטרים זממו מוקצות פעמים דום הנשימה יחסית. ערכי הבסיס אשר נמדדו לפני דום נשימה הוגדרו 100%. ברי שגיאה מצביעים סטיית התקן של הממוצע. נתוני דמות מתוך אייכהורן et al. 2015 12. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

השעה דום הנשימה הכוללת נגרמת בעיקר על ידי גודל ריאות וצריכת חמצן לדקה ומושפעת יכולת פרט לעמוד רפלקס הנשימה הנגרם על ידי הגדלת PCO 2 או להקטין PO 2. צוללני Apnea מאומן למקסם משך הנשימה-אחיזתם רגילות לעשות זאת השראה מקסימלי. לכן, את הזמן עד היפוקסיה הוא שונה לזיהוי בין יחידים תלוי בסטטוס המצב ואימון הגופני של הנושא ואולי אף משתנה בהתאם למדינה והנכונה היומיום שלהם לעמוד רפלקס הנשימה. רמות הלחץ של הנושא יכולות להיות מופחתות על ידי חינוך מפורט של שלבי פרוטוקול וסביבת סביבה רגועה.

ישנם גורמים רבים המשפיעים על זמן דום נשימה כוללת, כלומר סביבת הבדיקה צריכה להיות אחידה על מנת לקבל תוצאות שאינן אמינים דיר. אם החוקרים מעוניינים בלימוד increa קטכולאמיניםse או פעילות עצבים הסימפתטית, חומרים המשפיעים הוא (כלומר, קפאין, ניקוטין, מזון כמו בננות, אגוזים, או כל חומרים רפואיים כמו מונואמין אוקסידאז (MAO) מעכבים, וכו ') יש להימנע. כמו כן הקו תוך ורידי יש להקים לפחות 20 דקות לפני דום נשימה. נבדקי רמת לחץ בעיקר תשפיע קטכולאמינים-רמות ויכולה לזייף חוקרים 'תוצאות של בדיקות דם. באופן כללי, חוקרים צריכים ליצור רמות בסיס של כל נושא לנרמל את התוצאות בגלל ההבדלים הגדולים בין-אישית.

מדידות לא פולשני של חמצון הרקמה על ידי הטכנולוגיה NIRS משתמשת שינויים וכמותיות בהמוגלובין מחומצן ו deoxygenated 21. שימוש NIRS גדל בהתמדה 20 וזה יכול לזהות רוויה של רקמת מוח ואת הפריפריה, עצמאית של זרימת דם pulsatile. ערכי NIRS תלויים בכמות כלי ורידי עורקים הממוקמת מתחת Nאלקטרודות IRS. ערכי NIRS ולכן יכולים להיות שונים באופן משמעותי בהתאם לכמות של ורידים לעומת כלי עורקים תחת האלקטרודה. כמו כן, מיקום וקשר לחץ ישפיע על האמינות של ערכים. ערכים צריכים להיבדק על יציבות לפני תחילת מדידה. אם אותות NIRS להשתנות במהלך המדידות הבסיס, להחליף את האלקטרודות או לבדוק מגע עם העור הכולל. לפרשנות של דה תוצאות NIRS, קרוב משפחה או גידול של ערכים לעומת ערכי הבסיס אמור לשמש (לא מוחלטת).

בגלל הנטל הפיזי של נשימה-אחיזה מקסימאלית, מספר apneas לכל נושא מוגבל. הפרוטוקולים הכנים צריכים להיות שווים לכל נושא ואת כל ההתקנים צריכים להיות ובדק שוב לפני שהם משמשים. אין לשנות את הפרוטוקול במדגם אחד. setups הסטנדרטית הנה חובה ליצור תוצאות שאינן לשחזור. למרות היפרוונטילציה לפני לעצור את הנשימה מקסימלי מורידה CO עורקים 2 רמות דelays גירוי הנשימה, זה גם משפיע על תגובתיות autoregulation ו וזומוטוריים מוחות 22. היפרוונטילציה Active יש להימנע כדי למזער השפעות הרסניות על ידי הנושא.

המטרה הכללית של מודל זה היא לדמות היפוקסיה בבני אדם על ידי לעצור את הנשימה. לכן, מכשירים למדידה נוספים ניתן להקים כדי לקבל מידע מפורט יותר על לחץ דם (כלומר, דם פולשנית למדידת לחץ) או פעילות העצבים הסימפתטית. מדידות לחץ דם ניתן להשתמש כדי להעריך את הנטל של דום נשימה ממושכת למערכת כלי. אותות א.ק.ג. יכולים לשמש כדי לחשב השתנות קצב ל-פעימת מרווח RR או לזהות הפרעות קצב לב. יתר על כן, קורטיזול-רמות ברוק או-רמות קטכולאמינים 29 ב-דגימות דם ניתן למדוד בנקודות זמן שונות במהלך ואחרי דום נשימה. קינטיקה של ערכים אלה פותחת מספר הזדמנויות לימוד אפשריים. ובכל זאת, זיהוי אמין של היפוקסיה הואהנחה כדי להבטיח תנאי חוסר חמצן נגרמים על ידי דום נשימה. הערכים שנמדדו על ידי מכשירים שונים, אבל באותה הפגישה apneic ניתנים להשוואה ישירה. הבדלי זמן (למשל, עד עליית לחץ דם, מתחיל desaturation, וכו ') מאנשים שונים צריכים להיות מנורמלים לעת דום נשימה מוחלטת.

רפלקס הנשימה הוא אחת הגירוי החזק של הגוף האנושי. היפוקסיה ו hypercapnia חריפות ולכן נתפסה רק בחולים עם פתולוגיות (כלומר, OSA, במצבי חירום, laryngospasm, החייאה, וכו '). בעיקר בלתי צפוי, היפוקסיה קשה לזהות, השפיע תמיד אירוע מפעיל וקשה להעריך בגלל 'מחלות רקע נושאים. למרות הזמן דום נשימה הכולל של צוללנים חולים שעברו היפוקסיה אין להשוות בגלל תנאי הפתיחה שונה לחלוטין, מנגנוני פיצוי האדם, כדי למנוע נזק למוח במקרה של היפוקסיה זהים 23 -28. אחיזת נשימה מרצון הוארכה גם מרוקן את החמצן-אחסון של הגוף ומגבירה נושא של PCO 2 29. צוללנים Apneic הוצגו לייצר תוצאות אמינות במהלך סימולציה של היפוקסיה דינמי בבני אדם 12. מדדנו רווית מינימום מוחות רק במעט ערכים המופיעים בחולים במהלך דום לב (42.2 ± 10.7% 15 37.2 ± 17.0% 14). זה מצביע על כך המודל שלנו הוא מסוגל לחקות היפוקסיה רלוונטית קליני. למרות היפוקסיה גורמת לבעיות בריאות רציניות, המנגנונים הפיסיולוגיים הזוטרים שעדיין אין לחלוטין הבינו 1 עד עכשיו אין מודל אנושי קליני רלוונטי קיים כדי לדמות היפוקסיה חריפה אצל בני אדם. באמצעות צוללני apneic בריאים כמודל רלוונטי קליני לדמות היפוקסיה ו hypercapnia בבני אדם בעל פוטנציאל גדול עבור חקירות בעתיד. מודל זה מאפשר למדענים לחקור את מנגנון הפיצוי להימנע היפוקסיניזקי מודל אנושי לשחזור. זה מאפשר סימולציה רלוונטית קליני של מצבי חירום היפוקסי כגון laryngospasm או "לא יכול לאוורר - לא יכול לצנרר". זה יכול לשמש כדי להוכיח את ההיתכנות של כלים פולשניים או בלתי פולשני חדשות למדידת היפוקסיה אדם. יתר על כן, מודל זה עשוי לסייע להבין את המתאם של קטכולאמינים אנדוגני מוגבר והשפעתם על תפקוד הלב (כלומר, השתנות קצב הלב, תפוקת הלב, וכו '). באמצעות מכשירים שונים וחדשים להתבונן היפוקסיה ב צוללני apneic פרמטרים חדשים עשויים להיחקר ועשויים להרחיב את ההבנה של היפוקסיה שלנו בעתיד.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SpO2 Dräger Medical AG&CO.KG SHP ACC MCABLE-Masimo Set peripheral SpO2-Monitoring
Non Invasive Blood Pressure (NIBP) Dräger Medical AG&CO.KG NIBP cuff M+,  MP00916 
Electrocardiographic (ECG)   Dräger Medical AG&CO.KG Infinity M540 Monitor ECG monitoring
Docking station Dräger Medical AG&CO.KG M500 Docking Station connection of M540 to laptop
NIRS NONIN Medical’s EQUANOX Model 7600 Regional Oximeter System measuring of cerebral and  tissue oxygenation
NIRS diodes EQUANOX Advance Sensor Model 8004CA suited for measuring cerebral and somatic oxygen-saturation
Laptop 
DataGrabber Dräger Medical AG&CO.KG DataGrabber v2005.10.16 software to synchronize M540 with laptop
eVision Nonin Medical. Inc. Version 1.3.0.0 software to synchronize NONIN with laptop

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Drager, L. F., Polotsky, V. Y., O'Donnell, C. P., Cravo, S. L., Lorenzi-Filho, G., Machado, B. H. Translational approaches to understanding metabolic dysfunction and cardiovascular consequences of obstructive sleep apnea. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 309, (7), 1101-1111 (2015).
  2. Shah, N., Trivedi, N. K., Clack, S. L., Shah, M., Shah, P. P., Barker, S. Impact of hypoxemia on the performance of cerebral oximeter in volunteer subjects. J Neurosurg Anesthesiol. 12, (3), 201-209 (2000).
  3. Ricci, M., Lombardi, P., et al. Near-infrared spectroscopy to monitor cerebral oxygen saturation in single-ventricle physiology. J Thorac Cardiovasc Surg. 131, (2), 395-402 (2006).
  4. Kusaka, T., Isobe, K., et al. Quantification of cerebral oxygenation by full-spectrum near-infrared spectroscopy using a two-point method. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 132, (1), 121-132 (2002).
  5. Nishimura, N., Iwasaki, K., Ogawa, Y., Shibata, S. Oxygen administration, cerebral blood flow velocity, and dynamic cerebral autoregulation. Aviat Space Environ Med. 78, (12), 1121-1127 (2007).
  6. Wilson, M. H., Newman, S., Imray, C. H. The cerebral effects of ascent to high altitudes. Lancet Neurol. 8, (2), 175-191 (2009).
  7. Sanborn, M. R., Edsell, M. E., et al. Cerebral hemodynamics at altitude: effects of hyperventilation and acclimatization on cerebral blood flow and oxygenation. Wilderness Environ Med. 26, (2), 133-141 (2015).
  8. Reynolds, J. C., Salcido, D., et al. Tissue oximetry by near-infrared spectroscopy in a porcine model of out-of-hospital cardiac arrest and resuscitation. Resuscitation. 84, (6), 843-847 (2013).
  9. Andersson, J. P. A., Evaggelidis, L. Arterial oxygen saturation and diving response during dynamic apneas in breath-hold divers. Scand J Med Sci Sports. 19, (1), 87-91 (2009).
  10. Overgaard, K., Friis, S., Pedersen, R. B., Lykkeboe, G. Influence of lung volume, glossopharyngeal inhalation and P(ET) O2 and P(ET) CO2 on apnea performance in trained breath-hold divers. Eur J Appl Physiol. 97, (2), 158-164 (2006).
  11. Ferretti, G. Extreme human breath-hold diving. Eur J Appl Physiol. 84, (4), 254-271 (2001).
  12. Eichhorn, L., Erdfelder, F., et al. Evaluation of near-infrared spectroscopy under apnea-dependent hypoxia in humans. J Clin Monit Comput. 29, (6), 749-757 (2015).
  13. Eichhorn, J. H. Pulse oximetry as a standard of practice in anesthesia. Anesthesiology. 78, (3), 423-426 (1993).
  14. Schewe, J. -C., Thudium, M. O., et al. Monitoring of cerebral oxygen saturation during resuscitation in out-of-hospital cardiac arrest: a feasibility study in a physician staffed emergency medical system. Scand J Trauma Resusc Emerg Med. 22, 58 (2014).
  15. Ahn, A., Nasir, A., Malik, H., D'Orazi, F., Parnia, S. A pilot study examining the role of regional cerebral oxygen saturation monitoring as a marker of return of spontaneous circulation in shockable (VF/VT) and non-shockable (PEA/Asystole) causes of cardiac arrest. Resuscitation. 84, (12), 1713-1716 (2013).
  16. Moritz, S., Kasprzak, P., Arlt, M., Taeger, K., Metz, C. Accuracy of cerebral monitoring in detecting cerebral ischemia during carotid endarterectomy: a comparison of transcranial Doppler sonography, near-infrared spectroscopy, stump pressure, and somatosensory evoked potentials. Anesthesiology. 107, (4), 563-569 (2007).
  17. Beilman, G. J., Groehler, K. E., Lazaron, V., Ortner, J. P. Near-infrared spectroscopy measurement of regional tissue oxyhemoglobin saturation during hemorrhagic shock. Shock. 12, (3), 196-200 (1999).
  18. Rhee, P., Langdale, L., Mock, C., Gentilello, L. M. Near-infrared spectroscopy: continuous measurement of cytochrome oxidation during hemorrhagic shock. Crit Care Med. 25, (1), 166-170 (1997).
  19. Zweifel, C., Castellani, G., et al. Continuous assessment of cerebral autoregulation with near-infrared spectroscopy in adults after subarachnoid hemorrhage. Stroke. 41, (9), 1963-1968 (2010).
  20. Scheeren, T. W. L., Schober, P., Schwarte, L. A. Monitoring tissue oxygenation by near infrared spectroscopy (NIRS): background and current applications. J Clin Monit Comput. 26, (4), 279-287 (2012).
  21. Boushel, R., Langberg, H., Olesen, J., Gonzales-Alonzo, J., Bülow, J., Kjaer, M. Monitoring tissue oxygen availability with near infrared spectroscopy (NIRS) in health and disease. Scand J Med Sci Sports. 11, (4), 213-222 (2001).
  22. Aaslid, R. Cerebral autoregulation and vasomotor reactivity. Front Neurol Neurosci. 21, 216-228 (2006).
  23. Palada, I., Obad, A., Bakovic, D., Valic, Z., Ivancev, V., Dujic, Z. Cerebral and peripheral hemodynamics and oxygenation during maximal dry breath-holds. Respir Physiol Neurobiol. 157, (2-3), 374-381 (2007).
  24. Heusser, K., Dzamonja, G., et al. Cardiovascular regulation during apnea in elite divers. Hypertension. 53, (4), 719-724 (2009).
  25. Joulia, F., Lemaitre, F., Fontanari, P., Mille, M. L., Barthelemy, P. Circulatory effects of apnoea in elite breath-hold divers. Acta Physiol (Oxf). 197, (1), 75-82 (2009).
  26. Costalat, G., Coquart, J., Castres, I., Tourny, C., Lemaitre, F. Hemodynamic adjustments during breath-holding in trained divers. Eur J Appl Physiol. 113, (10), 2523-2529 (2013).
  27. Busch, D. R., Lynch, J. M., et al. Cerebral Blood Flow Response to Hypercapnia in Children with Obstructive Sleep Apnea Syndrome. Sleep. 39, (1), 209-216 (2016).
  28. Alex, R., Bhave, G., et al. An investigation of simultaneous variations in cerebral blood flow velocity and arterial blood pressure during sleep apnea. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 5634-5637 (2012).
  29. Eichhorn, L., Erdfelder, F., et al. Influence of Apnea-induced Hypoxia on Catecholamine Release and Cardiovascular Dynamics. Int J Sports Med. (2016).
מודל כדי לדמות היפוקסיה משמעות קלינית בבני אדם
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Eichhorn, L., Kessler, F., Böhnert, V., Erdfelder, F., Reckendorf, A., Meyer, R., Ellerkmann, R. K. A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans. J. Vis. Exp. (118), e54933, doi:10.3791/54933 (2016).More

Eichhorn, L., Kessler, F., Böhnert, V., Erdfelder, F., Reckendorf, A., Meyer, R., Ellerkmann, R. K. A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans. J. Vis. Exp. (118), e54933, doi:10.3791/54933 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter