Integração do monitoramento da saturação do tecido cerebral no teste de exercício cardiopulmonar em pacientes com insuficiência cardíaca

Summary

Este protocolo integrou a espectroscopia near-infrared no teste cardiopulmonar convencional do exercício para identificar a participação da resposta hemodynamic cerebral na intolerância do exercício nos pacientes com falha de coração.

Abstract

A hipo-oxigenação cerebral durante o repouso ou o exercício impacta negativamente a capacidade de exercício de pacientes com insuficiência cardíaca com fração de ejeção reduzida (IC). Entretanto, no teste cardiopulmonar clínico do exercício (CPET), a hemodinâmica cerebral não é avaliada. O NIRS é usado para medir a saturação cerebral de oxigênio tecidual (SctO₂) no lobo frontal. Este método é confiável e válido e tem sido utilizado em diversos estudos. O SctO₂ é menor durante o repouso e o pico de exercício em pacientes com IC do que em controles saudáveis (66,3 ± 13,3% e 63,4 ± 13,8% vs. 73,1 ± 2,8% e 72 ± 3,2%). O SctO₂ em repouso é significativamente correlacionado linearmente com pico vo₂ (r = 0,602), inclinação de eficiência de captação de oxigênio (r = 0,501) e peptídeo natriurético cerebral (r =-0,492), todos reconhecidos como prognósticos e marcadores de gravidade da doença, indicando seu potencial valor prognóstico. O SctO₂ é determinado principalmente pela pressão de co₂ de maré final, pressão arterial média e hemoglobina na população de IC. Este artigo demonstra um protocolo que integra o SctO₂ usando NIRs em cpet incremental em um ergômetro de bicicleta calibrado.

Introduction

O teste de exercício cardiopulmonar (CPET) foi aplicado em pacientes com insuficiência cardíaca com fração de ejeção reduzida (IC) para múltiplos objetivos, incluindo a quantificação da aptidão cardiopulmonar, prognóstico, diagnóstico de causas de limitações de exercício e prescrições de exercício^1,2,3. Durante o teste, variáveis hemodinâmicas e dados derivados da troca automática de gás são monitorados e analisados. A monitorização da saturação de oxigênio tecidual cerebral (Scto₂) tem valor para avaliar o prognóstico e a severidade da doença^4,5.

Espectroscopia de infravermelho próximo (NIRS) usa luz infravermelha para penetrar no crânio e estimar a oxigenação do tecido cerebral de forma contínua e não invasora⁶. Uma vez que a oxihemoglobina e a desoxihemoglobina têm diferentes espectros de absorção de luz e são os cromossomos primários que absorvem a^{luz, suas}concentrações podem ser medidas usando^{transmissão de luz}e absorção^6,7. Entretanto, os absorventes claros do fundo igualmente dispersam a luz e podem influenciar a medida⁸. Este estudo adotou um NIRS espacialmente resolvido para medir o SctO₂ de repouso para o pico de exercício⁹. Quatro comprimentos de onda foram emitidos para compensar as perdas de dispersão dependentes de comprimento de onda e eliminar a interferência de fundo, aumentando assim a precisão¹⁰.

SctO₂ representa a proporção de entrega de oxigênio versus consumo no tecido cerebral. A dessaturação cerebral está associada ao fluxo sanguíneo cerebral interrompido (CBF), à diminuição da concentração de oxigênio arterial e ao aumento do consumo de oxigênio tecidual cerebral¹¹. À excepção da insuficiência cardíaca do débito, o HF avançado causa a hipoperfusão cerebral durante o exercício indiretamente induzindo o vasoconstrição cerebral através da pressão parcial arterial de diminuição do dióxido de carbono (Paco₂) com a hiperventilação ^{doze anos}.

O significado clínico da oxigenação cerebral na IC foi revelado por Chen et al.⁴. Primeiro, o SctO₂ foi significativamente diminuído no grupo HF em comparação com controles saudáveis. SctO₂ não é apenas diminuído em repouso, mas também diminuiu ainda mais durante o exercício. Não é observado no grupo saudável. Em segundo lugar, o SctO_2rest e o Scto_2peak foram correlacionados com vo_2peak, peptídeo NATRIURÉTICO cerebral (BNP) e inclinação de eficiência de captação de oxigênio (oues), todos os quais são marcadores prognósticos estabelecidos. Conseqüentemente, o SctO_2rest e o Scto_2peak são muito prováveis ser prognósticos e refletir a severidade da doença em pacientes do HF. Outro estudo de Koike et al. sugeriu que a alteração da oxihemoglobina cerebral medida na testa do repouso para o pico de exercício foi significativamente menor em não sobreviventes em comparação com a dos sobreviventes de pacientes com doença arterial coronariana⁵. Assim, a oxigenação cerebral pode ser empregada para estratificar a severidade da doença e o prognóstico dos pacientes com IC.

Protocol

O seguinte protocolo foi aprovado pelo Comitê de ética em Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, Taiwan. O teste ergométrico foi realizado em laboratório climatizado com temperatura atmosférica de 22-25 ° c, pressão de 755 a 770 Torr e umidade relativa de 55-65%. Antes de cada teste, o analisador de gás foi calibrado seguindo as instruções do fabricante usando ar ambiente e uma mistura de gás de concentração conhecida (FO₂: 0,12; FCO₂: 0, 5; N₂ como saldo). O medidor de vazão da turbina do sistema foi calibrado pelo método de 2 pontos com 0,2 L/s e 2 L/s por um sistema de bombeamento automático.

1. preparação: colocação de sensores e gravadores

1. Limpe a testa duas vezes com uma almofada de álcool para remover o suor ea sujeira da pele.
2. Coloque sensores NIRS na testa bilateralmente. Utilize um sensor grande no qual a distância entre o emissor e o detector é de 5 cm. A profundidade de medição estimada é de 2,5 cm. Assegure-se de que os sensores estão firmemente ligados.
3. Anexar manchas de eletrocardiografia ao tórax anterior, articulações acromioclaviculares bilaterais e parte inferior das costas.
4. O paciente sente-se no ergômetro de bicicleta.
5. Coloque a braçadeira do esfigmomanômetro.
6. Instrua o paciente a usar a máscara para a análise do gás. Certifique-se de que nenhum gás escapa através da borda da máscara.
7. Coloque os sensores do oxímetro de pulso no lóbulo da orelha e no dedo indicador do paciente.

2. monitoração de CPET e de SctO₂

1. Diga ao paciente para descansar por pelo menos 2 min para obter um valor basal estável, incluindo o SctO₂ e a relação de troca respiratória.
2. Ter o paciente completar o estágio de aquecimento a uma taxa de trabalho de 10 W por 1 min no cicloergômetro.
3. Aumente a taxa em 10 W/min e peça ao paciente para pedalar em torno de 60 rpm até que não se mantenha com uma cadência > 50 rpm apesar do forte incentivo (teste de exercício limitado por sintomas).
4. Média do valor SctO₂ a cada segundo automaticamente a partir de dados digitalizados na freqüência de 100 Hz.
5. Meça a pressão sanguínea cada 2 minutos automaticamente pelo Sphygmomanometer.
6. Analise o respiro componente do gás pela respiração, incluindo VO₂ e pressão de dióxido de carbono de maré final (P_etco₂).
7. Ter o paciente completar o estágio de recuperação a uma taxa de trabalho de 0 W para 2-6 min.

Representative Results

34 pacientes com IC e 17 controles saudáveis foram matriculados no Hospital Memorial Linkou Chang Gung, Taiwan. Cada sujeito submeteu-se ao teste cardiopulmonar do exercício que incorporou a monitoração de SctO₂ por NIRs. Resumidamente, os valores de SctO₂ (REST; pico) foram significativamente menores no grupo ic (66,3 ± 13,3%; 63,4 ± 13,8%,) do que no controle (73,1 ± 2,8%; 72 ± 3,2%) Grupo (Figura 1). No grupo HF, o SctO₂ em repouso (Scto_2rest) e o pico Scto₂ (Scto_2peak) foram correlacionados linearmente com PEPTÍDEO NATRIURÉTICO cerebral (BNP), vo_2peake oues (r de-0,561 a 0,677, p < 0, 1) ( Figura 2). Notavelmente, o SctO_2rest foi determinado pela pressão parcial de p_etco₂ em repouso (p_etco_2rest), hemoglobina e pressão arterial média em repouso (_repousono mapa) (ajustado R = 0,681, P < 0, 5 na regressão linear Stepwise) (tabela 1). Os principais achados são ilustrados na Figura 3.

Figura 1: parcelas de caixa de SctO_2rest e Scto_2PEAK em HF e grupos de controle. Ambos os valores de SctO₂ em repouso e pico de exercício foram significativamente menores no grupo IC do que no grupo controle. Adaptado de Chen et al.⁴. * p < 0, 5, HF vs. controle, ANOVA de medida repetida. # p < 0, 5, SctO_2rest HF vs. controle, teste t pareado. † p < 0, 5, SctO_2peak HF vs. controle, teste t pareado. SctO_2rest: saturação cerebral de oxigênio tecidual em repouso; SctO_2peak: saturação cerebral do oxigênio do tecido no exercício máximo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: parcelas de dispersão de SctO_2rest e Scto_2PEAK versus vo_2PEAK, BNP e oues. Os valores de SctO_2rest (painel esquerdo) e de Scto_2peak (painel direito) foram CORRELACIONADOS linearmente com vo_2PEAK, BNP e oues. Adaptado de Chen et al.⁴ Scto₂: saturação cerebral de oxigênio tecidual; VO₂: consumo de oxigénio; BNP: peptídeo natriurético cerebral; OUES: inclinação da eficiência da captação do oxigênio. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: ilustração do possível valor prognóstico da dessaturação cerebral e sua base fisiológica em pacientes com IC. O SctO₂, especialmente no pico de exercício, foi correlacionado com vo_2peak, BNP e oues. O SctO_2rest foi determinado por P_etco_2REST, hemoglobina e mapa_REST, enquanto o principal determinante do Scto_2peak foi o VCO_2peak. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

		ß	T	P (ß)	R	ΔR2	F
Modelo 1					0,593	0,352	14,679 *
Petco2rest		0,593	3,831	0, 1
Modelo 2					0,639	0, 56	19,257 *
Petco2rest		0,552	3,757	0, 1
Hb		0,314	2,14	0, 42
Modelo 3					0,681	0, 56	25, 9 *
Petco2rest		0,517	3,804	0, 1
Hb		0,331	2,451	0, 22
MAPAREST		0,323	2,398	0, 24
Petco2, as pressões parciais das marés finais do co2; HB, hemoglobina; MAP, pressão arterial média
* p < 0, 5; o valor de p indica a significância geral do modelo de regressão linear
P (ß): p-valor para ß; R e ΔR2 são valores ajustados

Tabela 1: regressão Stepwise de SctO_2rest no grupo HF. Adaptado de Chen et al.⁴. SctO₂: saturação cerebral de oxigênio tecidual. HF: insuficiência cardíaca.

Discussion

A oxigenação cerebral monitorada de forma não invasiva e contínua por NIRS tem sido aplicada em vários cenários, incluindo a cirurgia cardiovascular¹³ e análises funcionais cerebrais como aquelas que estimam a atividade neural¹⁴. Este protocolo integrou o NIRS no CPET convencional para identificar o envolvimento da resposta hemodinâmica cerebral na intolerância ao exercício em pacientes com IC. Aumenta o valor do teste do exercício em determinar o prognóstico e a severidade da doença.

A disfunção cardíaca foi considerada a principal causa de intolerância ao exercício em pacientes com IC¹⁵. No entanto, estudos clínicos demonstraram que agentes inotrópicos ou vasodilatadores não conseguiram aumentar a capacidade de exercício¹⁶, e a associação entre função cardíaca de repouso e consumo de oxigênio pico é fraca¹⁷. Assim, a disfunção cardíaca não é a única causa de intolerância ao exercício em pacientes com IC.

A perfusão cerebral diminuída e a oxigenação durante o exercício foram demonstradas nos pacientes cujo o débito cardíaco não aumente normalmente^18,19, sugerindo que a hipoperfusão cerebral esteja causada parcialmente pelo aumento da saída cardíaca Blunted durante o exercício. A oxigenação reduzida do córtex frontal prejudicou a capacidade de geração de força do músculo de trabalho periférico, limitando assim o desempenho do exercício²⁰. Além disso, a hemodinâmica cerebral suprimida durante o exercício está associada à anormalidade ventilatória, o que reduz a capacidade funcional dos pacientes com IC²¹. Além disso, o SctO₂ está correlacionado com o pico vo₂ e oues, bem como o BNP, todos os quais são marcadores bem reconhecidos para gravidade da IC e prognóstico⁴.

A hipoperfusão cerebral²¹ do do exertional é causada pela insuficiência cardíaca do débito assim como o Hyperventilation do do exertional, que reduz o PCO alveolar₂ e o Paco subseqüente₂, uma resposta que possa mais induzir cerebral vasoconstrição durante o exercício^22,23,24. Um estudo prévio mostrou que o PaCO₂ é positivamente correlacionado linearmente com um cbf de 15-60 mmHg²⁵. Na verdade, é o principal determinante fisiológico do SctO₂⁴. O Scto₂ também é afetado pela hemoglobina e pelo mapa⁴, influenciando a concentração arterial de oxigênio e a perfusão cerebral, respectivamente^26,27. Pode-se argumentar que a anemia leva ao aumento do comprimento médio do trajeto óptico e pode influenciar a validade da medida SctO₂ por NIRs. Um estudo prévio já demonstrou que o SctO₂ medido por espectroscopia de fase resolvida não alterou significativamente em resposta à alteração da concentração de hemoglobina em uma cirurgia cardíaca²⁸.

Apesar da alta reprodutibilidade e validade das medidas de NIRS no estado de repouso, a validade deste dispositivo na população de IC durante o exercício não foi estabelecida. No entanto, as diferentes combinações de maré final O₂ e co₂ foram simuladas em um estudo de validação prévio, que é em parte semelhante ao estado de exercício²⁹. O aumento ou diminuição do fluxo sanguíneo cutâneo no pico de exercício em pacientes com IC pode sobrestimar ou subestimar o verdadeiro valor da oxigenação cerebral na testa^30,31. Não importa o que, o fato de que o baixo SctO₂ medido por NIRs na testa é um fator prognóstico potencialmente negativo baseado no resultado atual, foi estabelecido, exceto que o valor medido de Scto₂ não somente representa o oxigenação cerebral no lobo frontal, mas também o fluxo sanguíneo da pele na testa a um certo grau. Além disso, a melanina extracraniana pode absorver a luz e, assim, atenuar o sinal, embora o SctO₂ tenha sido calculado a partir da concentração de oxi-e deoxihemoglobina e seja afetado menos pela melanina da pele⁸. Espectroscopia resolvida pelo tempo-NIRS pode resolver o problema acima, em certa medida. No entanto, o NIRS padrão é bastante mais fácil para a aplicação clínica. Finalmente, um estudo longitudinal é necessário para confirmar o valor prognóstico de SctO₂ em pacientes com IC.

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