Summary
이 프로토콜은 심부전 환자에서 운동 과민증에서 대뇌 혈역학 반응의 참여를 확인하기 위해 기존의 심폐 운동 테스트에 근적외선 분광법을 통합했습니다.
Abstract
휴식 또는 운동 중 대뇌 저산소화는 감소 된 배출 분획 (HF)와 심장 마비 환자의 운동 능력에 부정적인 영향을 미친다. 그러나, 임상 심폐 운동 시험에서 (CPET), 대뇌 혈역학평가되지 않습니다. NIRS는 전두엽에서 대뇌 조직 산소 포화도(SctO2)를측정하는 데 사용됩니다. 이 방법은 신뢰할 수 있고 유효하며 여러 연구에서 활용되었습니다. SctO2는 건강한 대조군(66.3±13.3% 및 63.4±13.8% 대 73.1±2.8% 및 72±3.2%)보다 HF 환자에서 휴식 및 피크 운동 시 모두 낮다. SctO2 의 나머지는 피크 VO2 (r = 0.602), 산소 섭취 효율 경사(r = 0.501), 및 뇌 natriuretic 펩티드(r = -0.492)와 현저하게 선형 상관관계가 있으며, 모두 예후 및 질병 심각도 마커, 그것의 잠재적인 예 후 값을 나타내는. SctO2는 주로 HF 집단에서 말단CO2 압력, 평균 동맥 압력 및 헤모글로빈에 의해 결정된다. 이 문서에서는 NIRS를 사용하여 SctO2를 보정된 자전거 인체측정기의 증분 CPET에 통합하는 프로토콜을 보여 줍니다.
Introduction
심폐 운동 테스트 (CPET)는 심폐 적합성의 정량화, 예후, 운동 제한의 진단 원인을 포함하여 여러 목표에 대한 감소 된 배출 분획 (HF)을 가진 심부전 환자에서 적용되었습니다. 운동 처방1,2,3. 테스트 중에 혈역학 변수와 자동 가스 교환에서 파생된 데이터를 모니터링하고 분석합니다. 대뇌 조직 산소 포화도 (SctO2)모니터링은 예후 및 질병 중증도4,5등급에 대한 값을 갖는다.
근적외선 분광법 (NIRS)은 적외선을 사용하여 두개골을 관통하고 뇌 조직 산소화를 지속적으로 및 비침습적으로추정합니다 6. 옥시헤모글로빈과 데옥시헤모글로빈은 다른 광 흡수 스펙트럼을 가지며 빛을 흡수하는 1차 크로모포어이기 때문에, 그들의 농도는 광 투과 및흡수를사용하여 측정될 수 있다6,7. 그러나, 배경 광 흡수기는 또한 빛을 산란하고 측정에 영향을 미칠 수 있습니다8. 이 연구는 SctO를 측정하기 위해 공간적으로 해결된 NIRS를 채택하여 SctO2를 나머지운동에서 최대 운동9로측정했습니다. 파장 의존적 산란 손실을 보정하고 배경 간섭을 제거하기 위해 4개의 파장이 방출되어 정확도10을향상시켰습니다.
SctO2는 대뇌 조직에서 산소 전달 대 소비의 비율을 나타낸다. 대뇌 채도는 중단된 대뇌 혈류량(CBF), 동맥 산소 농도 감소, 대뇌 조직 산소 소비 량증가(11)와관련이 있다. 심장 출력 부족 이외에, 고급 HF는 과호흡을 통해 이산화탄소의 동맥 부분 압력을 감소시켜 간접적으로 뇌 혈관 수축을 유도하여 운동 중 뇌 저관류를 일으킵니다. 12.
HF에 있는 뇌 산소화의 임상 중요성은 첸외. 4에의해 밝혀졌습니다. 첫째, SctO2는 건강한 대조군과 비교하여 HF 군에서 현저히 감소하였다. SctO2뿐만 아니라 휴식감소뿐만 아니라 운동 하는 동안 더 감소. 건강한 그룹에서는 관찰되지 않습니다. 둘째, SctO2rest 및 SctO2peak는 VO2peak,뇌 내분비 펩티드 (BNP), 및 산소 섭취 효율 경사 (OUES)와 상관관계가 있었으며, 모두 예후 마커가 확립되었습니다. 따라서, SctO2rest 및 SctO2peak는 HF 환자에서 예후및 질병 중증도를 반영할 가능성이 매우 높다. Koike 등에서 또 다른 연구는 휴식에서 피크 운동에 이마에서 측정 대뇌 oxyhemoglobin의 변화가 관상 동맥 질환 환자의 생존자에 비해 비 생존자에서 상당히 낮았다는 것을 제안했다5. 그러므로, 대뇌 산소화는 HF를 가진 환자의 질병 엄격 그리고 예후를 계층화하기 위하여 이용될 수 있습니다.
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Protocol
다음 의정서는 대만 링쿠장장궁 기념병원의 윤리위원회의 승인을 받았다. 운동 시험은 22-25 °C의 대기 온도, 755 ~ 770 Torr의 압력 및 55-65 %의 상대 습도를 가진 에어컨 실험실에서 수행되었습니다. 각 시험 전에, 가스 분석기는 실내 공기와 공지 된 농도의 가스 혼합물을 사용하여 제조업체의 지시에 따라 보정되었다 (FO2: 0.12; FCO2: 0.05; N2를 균형으로). 시스템의 터빈 유량계는 자동 펌핑 시스템에 의해 0.2L/s 및 2L/s의 2포인트 방식으로 보정되었습니다.
1. 준비 : 센서 및 레코더의 배치
- 알코올 패드로 이마를 두 번 청소하여 피부의 땀과 먼지를 제거합니다.
- NIRS 센서를 이마에 놓습니다. 이미터와 검출기 사이의 거리가 5cm인 대형 센서를 사용합니다. 예상 측정 깊이는 2.5cm입니다.
- 전방 흉부, 양측 견봉 쇄골 관절 및 허리에 심전도 패치를 부착하십시오.
- 환자가 자전거 인체 공학계에 앉게하십시오.
- sphygmomanometer의 완장을 놓습니다.
- 환자에게 가스 분석을 위해 마스크를 착용하도록 지시합니다. 마스크 의 가장자리에 가스가 누출되지 않았는지 확인하십시오.
- 환자의 귀 엽과 검지 손가락에 맥박 산소 측정기의 센서를 놓습니다.
2. CPET 및 SctO2 모니터링
- 환자에게 SctO2 및 호흡 교환 비율을 포함한 안정적인 기준값을 얻기 위해 적어도 2 분 동안 휴식을 취하라고 지시하십시오.
- 환자가 사이클 인체 측정기에서 1 분 동안 10 W의 작업 속도로 예열 단계를 완료하십시오.
- 10 W/min의 비율을 증가시키고 강한 격려에도 불구하고 종지 >50 rpm을 따라잡지 못하는 때까지 약 60 rpm에서 페달을 밟도록 환자에게 요청하십시오 (증상 제한 운동 테스트).
- 100Hz 주파수에서 스캔한 데이터에서 초당 자동으로 SctO2 값을 평균합니다.
- sphygmomanometer에 의해 자동으로 2 분마다 혈압을 측정합니다.
- VO2 및 단면 이산화탄소 압력(PETCO2)을포함한 호흡별 가스 성분 호흡을 분석한다.
- 환자가 2-6 분 동안 0 W의 작업 속도로 회복 단계를 완료하십시오.
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Representative Results
대만 링쿠 창궁 기념병원에는 HF 환자 34명과 건강한 대조군 17명이 등록되었다. 각 대상자는 NIRS에 의해 SctO2 모니터링을 통합심폐 운동 테스트를 받았다. 간단히 말해서, SctO 2(rest; peak) 값은 HF 군에서 현저히 낮았다(66.3±13.3%, 63.4±13.8%,) 대조군(73.1±2.8%, 72±3.2%)보다 그룹(그림 1)을참조하십시오. HF군에서, SctO 2rest(SctO2rest)와피크 SctO 2(SctO2peak)는뇌 내수성 펩티드(BNP), VO2peak및 OUES(-0.561 ~ 0.677, p< 0.001)와 선형으로 상관관계가 있었다. 그림 2). 특히, SctO2rest는 휴식 시 PETCO2의 부분 압력에 의해 결정되었다(PETCO2rest),헤모글로빈, 및 평균 동맥 압력의 휴식(MAPrest)(조정된 R= 0.681, p< 0.05 단계별 선형 회귀)(표 1). 주요 결과는 그림 3에나와 있습니다.
그림 1: HF 및 대조군에서 SctO2rest 및 SctO2peak의 상자 플롯. 휴식 및 피크 운동에서의 SctO2 값 모두 대조군보다 HF 군에서 현저히 낮았다. 첸 외 에서 적응4. * p < 0.05, HF 대 제어, 반복 측정 ANOVA. # p < 0.05, SctO2rest HF 대 제어, 페어링 된 t-테스트. † p < 0.05, SctO2peak HF 대 제어, 페어링 된 t-검정. SctO2rest: 휴식대뇌 조직 산소 포화도; SctO2peak: 피크 운동시 대뇌 조직 산소 포화도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: SctO2rest 및 SctO2peak 대 VO2peak,BNP 및 OUES의 분산도. SctO2rest(왼쪽 패널) 및 SctO2peak(우측 패널) 값은 VO2peak,BNP 및 OUES와 선형적으로 상관되었습니다. 첸 외에서 적응4 SctO2: 대뇌 조직 산소 포화도; VO2: 산소 소비; BNP: 뇌 내수성 펩티드; OUES: 산소 섭취 효율 경사. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 3: HF 환자에서 대뇌 채도 및 이의 생리적 기초의 가능한 예후 값의 그림. SctO2,특히 피크 운동에서 VO2peak,BNP 및 OUES와 상관 관계가 있었습니다. SctO2rest는 PETCO 2rest,헤모글로빈 및 MAPrest에의해 결정되었으며, SctO2peak의 주요 결정요인은 VCO2peak였습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| ß | T | P(ß) | R | ΔR2 | F | ||
| 모델 1 | 0.593 | 0.352 | 14.679* | ||||
| PET공동2레스트 | 0.593 | 3.831 | 0.001 | ||||
| 모델 2 | 0.639 | 0.056 | 19.257* | ||||
| PET공동2레스트 | 0.552 | 3.757 | 0.001 | ||||
| Hb | 0.314 | 2.14 | 0.042 | ||||
| 모델 3 | 0.681 | 0.056 | 25.009* | ||||
| PET공동2레스트 | 0.517 | 3.804 | 0.001 | ||||
| Hb | 0.331 | 2.451 | 0.022 | ||||
| 지도휴식 | 0.323 | 2.398 | 0.024 | ||||
| PETCO2,CO2의말단 조석 부분 압력; Hb, 헤모글로빈; MAP, 평균 동맥 압력 | |||||||
| * p < 0.05; p-값은 선형 회귀 모델의 전체적인 유의를 나타냅니다. | |||||||
| P(ß): ß에 대한 p-값; R 및 ΔR2는 조정된 값입니다. | |||||||
표 1: HF 군에서 SctO2rest의 단계별 회귀. 첸 외 에서 적응4. SctO2: 대뇌 조직 산소 포화도. HF: 심부전.
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Discussion
NIRS에 의해 비침습적으로 지속적으로 모니터링되는 대뇌 산소화는 심혈관수술(13)과 신경 활성을 추정하는 것과 같은 뇌 기능분석(14)을 포함한 다양한 시나리오에서 적용되고 있다. 이 프로토콜은 기존의 CPET에 NIRS를 통합하여 HF 환자에서 운동 불내성에서 대뇌 혈역학 반응의 개입을 식별합니다. 그것은 예후 및 질병 엄격을 결정하는 운동 시험의 가치를 증가합니다.
심장 기능 장애는 HF15환자에서 운동 불내성의 주요 원인으로 간주되었습니다. 그럼에도 불구하고, 임상 연구는 inotropic 또는 혈관 확장 에이전트가 운동 능력을 증가시키는 데 실패 것을 입증16,휴식 심장 기능과 피크 산소 소비 사이의 연관성은 약한17. 따라서, 심장 기능 장애는 HF 환자에서 운동 편협의 유일한 원인이 아니다.
운동 중 감소 된 대뇌 관류 및 산소화는 심장 출력이 정상적으로18,19를증가시키지 못하는 환자에서 입증되었으며, 이는 대뇌 저산소가 부분적으로 발생한다는 것을 시사합니다. 운동 하는 동안 무딘 심장 출력 증가. 전두엽 피질 산소화 감소는 말초 작업 근육의 힘 생성 능력을 손상시켜 운동성능(20)을제한한다. 더욱이, 운동 중 억제된 대뇌 혈역학은 HF21환자의 기능적 용량을 감소시키는 환기 이상과 관련이 있다. 더욱이, SctO2는 피크 VO2 및 OUES뿐만 아니라 BNP와 상관되며, 모두 HF 심각도 및 예후4에대한 잘 인식된 마커이다.
운동 대뇌저관류(21)는 폐포 PCO 2 및 후속 PaCO2를 감소시키는 운동 과환기뿐만 아니라 심장출력 불충분에 의해 발생하며, 이는 대뇌를 더욱 유도할 수 있는 반응이다. 운동 중 혈관 수축22,23,24. 이전 연구는 PaCO2가 15-60 mmHg25의CBF와 긍정적으로 선형 상관 관계가 있음을 보여주었습니다. 사실, 그것은 SctO24의주요 생리적 결정자입니다. SctO2는 또한 헤모글로빈과 MAP4에의해 영향을, 각각26,27에영향을 미치는 동맥 산소 농도 및 대뇌 관류에 영향을 미칩니다. 빈혈이 증가평균 광학 경로 길이로 이어지고 NIRS에 의한 SctO2 측정의 타당성에 영향을 미칠 수 있다고 주장할 수 있습니다. 이전 연구는 이미 SctO2가 심장 수술에서 헤모글로빈 농도의 변화에 반응하여 위상 해결 분광법에 의해 측정된28.
휴식 상태에서 NIRS 측정의 높은 재현성과 유효성에도 불구하고 운동 중 HF 집단에서이 장치의 유효성은 확립되지 않았습니다. 그럼에도 불구하고, 종단 조수O2 및CO2의 상이한 조합은 이전 검증 연구에서 시뮬레이션되었고, 이는 부분적으로 운동 상태29와유사하다. HF를 가진 환자에 있는 피크 운동에서 피부 혈류량의 증가 또는 감소는 이마에 있는 대뇌 산소화의 실제 가치를 과대 평가하거나 과소평가할 수 있습니다30,31. 아무리, 이마에 NIRS에 의해 측정 낮은 SctO2는 현재 결과에 따라 잠재적으로 부정적인 예후 인자라는 사실, 측정 된 SctO2 값이 대뇌 산소를 나타내는 것을 제외하고는 설립되었습니다 전두엽에서, 그러나 또한 어느 정도 이마에 피부 혈류량. 게다가, 두개골 멜라닌은 빛을 흡수하고 따라서 신호를 감쇠시킬 수 있습니다, SctO2는 옥시- 및 deoxyhemoglobin의 농도에서 계산되고 피부 멜라닌8에의해 더 적은 영향을 받습니다. 시간 해결 분광법 - NIRS는 어느 정도 위의 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나 표준 NIRS는 임상 적용이 더 쉽습니다. 마지막으로, HF 환자에서 SctO2의 예후 값을 확인하기 위해 종방향 연구가 요구된다.
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Disclosures
저자는 공개 할 것이 없다.
Acknowledgments
운동 테스트에 참여한 환자는 깊이 감사드립니다. 이 연구는 대만 국립 과학위원회 (NMRPG3G6231/2/3), 창궁 기념 병원 (그랜트 번호)에 의해 지원되었다. CMRPG3G0601/2) 및 건강한 노화 연구 센터, 창궁 대학 및 대만 교육부의 고등 교육 심층 경작 프로그램 (보조금 번호 EMRPD1H0351 및 EMRPD1H0551).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bicycle ergometer | Ergoline, Germany | Ergoselect 150P | |
| Cardiopulmonary exercise testing gas analysis | Cardinal-health Germany | MasterScreen CPX | |
| Finger pulse oximetry | Nonin Onyx, Plymouth, Minnesota | Model 9500 | |
| Sphygmomanometer | SunTech Medical, UK | Tango | |
| Near-infrared spectroscopy | CAS Medical Systems, Inc., Branford, CT | FORE-SIGHT system |
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