Medicine

دمج مراقبه تشبع انسجه المخ في اختبار التمارين القلبية في المرضي الذين يعانون من قصور القلب

Published: October 1, 2019 doi: 10.3791/60289

Shu-Chun Huang^1,2,3, Carl PC Chen^1,3, Tieh-Cheng Fu⁴, Yu-Jen Chen^1,5,6

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

Summary

وقد أدمج هذا البروتوكول التحليل الطيفي القريب من الاشعه تحت الحمراء في اختبار التمارين القلبية التقليدية للتعرف علي تورط الاستجابة الدموية الدماغية في ممارسه التعصب في المرضي الذين يعانون من قصور القلب.

Abstract

السكتة الدماغية نقص الأوكسجين اثناء الراحة أو ممارسه تؤثر سلبا علي قدره ممارسه المرضي الذين يعانون من فشل القلب مع انخفاض إخراج الكسر (HF). ومع ذلك ، في اختبار التمارين السريرية القلبية (CPET) ، لا يتم تقييم الديناميكا الدماغية. يستخدم NIRS لقياس تشبع الأكسجين في الانسجه الدماغية (SctO₂) في الفص الجبهي. هذه الطريقة موثوقه وصالحه وقد استخدمت في العديد من الدراسات. SctO₂ اقل خلال كل من الراحة والذروة ممارسه في المرضي الذين يعانون من HF من في الضوابط الصحية (66.3 ± 13.3 ٪ و 63.4 ± 13.8 ٪ مقابل 73.1 ± 2.8 ٪ و 72 ± 3.2 ٪). Scto₂ في بقية يرتبط خطيا بشكل ملحوظ مع الذروة VO₂ (r = 0.602) ، منحدر كفاءه امتصاص الأكسجين (r = 0.501) ، والدماغ الببتيد الناتريوتريك (r =-0.492) ، وكلها معترف بها نذير و علامات خطورة المرض ، مما يشير إلى قيمته نذير المحتملة. يتم تحديد SctO₂ بشكل رئيسي من قبل المد والجزر الحد₂ الضغط ، ويعني الضغط الشرياني ، والهيموغلوبين في السكان HF. توضح هذه المقالة بروتوكول يدمج SctO₂ باستخدام NIRS في cpet تزايدي علي مقياس الضغط معايره الدراجة.

Introduction

وقد تم تطبيق اختبار التمارين القلبية (CPET) في المرضي الذين يعانون من قصور القلب مع انخفاض طرد (HF) لأهداف متعددة ، بما في ذلك القياس الكمي من اللياقة البدنية القلبية ، والتكهن ، وتشخيص أسباب القيود ممارسه ، وصفات التمارين الرياضية¹^،²^،³. اثناء الاختبار ، يتم رصد وتحليل المتغيرات الحركية والبيانات المستمدة من التبادل التلقائي للغاز. الدماغ تشبع الأكسجين الانسجه (scto₂) الرصد له قيمه لتقدير التشخيص وخطورة المرض⁴^,⁵.

بالقرب من الاشعه تحت الحمراء الطيفي (NIRS) يستخدم ضوء الاشعه تحت الحمراء لاختراق الجمجمة وتقدير الأوكسجين انسجه المخ بشكل مستمر وغير اينفاسيفيلي⁶. منذ اوكسيخضاب الدم والهيموغلوبين لديها أطياف امتصاص الضوء مختلفه وهي اللونية الاساسيه التي تمتص الضوء ، ويمكن قياس تركيزاتها باستخدام نقل الضوء وامتصاص⁶^،⁷. ومع ذلك ، خلفيه امتصاص الضوء أيضا مبعثر الضوء ويمكن ان تؤثر علي قياس⁸. هذه الدراسة اعتمدت NIRS حلها مكانيا لقياس SctO₂ من الراحة إلى ذروه ممارسه⁹. وقد تم انبعاث أربعه أطوال موجية للتعويض عن خسائر التشتت التي تعتمد علي الطول الموجي والقضاء علي التداخل في الخلفية ، مما يعزز الدقة¹⁰.

SctO₂ يمثل نسبه تسليم الأوكسجين مقابل الاستهلاك في الانسجه الدماغية. ويرتبط التشبع الدماغي مع تعطل تدفق الدم الدماغي (CBF) ، وانخفاض تركيز الأكسجين الشرياني ، وزيادة استهلاك الأكسجين الانسجه الدماغية¹¹. غير قصور الناتج القلبي ، HF المتقدمة يسبب نقص التروية الدماغية اثناء ممارسه الرياضة عن طريق حفز بشكل غير مباشر انقباض الاوعيه الدماغية عن طريق تناقص الضغط الشرياني الجزئي من ثاني أكسيد الكربون (باكو₂) من خلال فرط التهوية ¹²-الآن

وقد كشف تشن وآخرون عن الاهميه السريرية لأوكسجينالمخ في التردد الHF. أولا ، انخفضت بشكل ملحوظ SctO₂ في المجموعة HF مقارنه مع الضوابط الصحية. SctO₂ ليس فقط تضاءل في بقية ولكن أيضا انخفضت أكثر اثناء ممارسه الرياضة. لا يلاحظ في المجموعة الصحية. الثانية ، وارتبطت scto_2rest و scto_2rest مع VO_2rest، الببتيد الناتريوتريك الدماغ (الحزب البنغلاديشي) ، والأكسجين امتصاص المنحدر كفاءه (oues) ، وكلها هي التي أنشئت علامات نذير. لذلك ، SctO_2rest و scto_2rest من المرجح جدا ان تكون نذير وتعكس شده المرض في المرضي HF. واقترحت دراسة أخرى من قبل Koike et al. ان التغيير في الهيموجلوبين الدماغي يقاس في الجبين من الراحة إلى ذروه ممارسه اقل بكثير في غير الناجيين بالمقارنة مع ان في الناجيين من المرضي الذين يعانون من مرض الشريان التاجي⁵. التالي ، يمكن استخدام الأوكسجين الدماغي لتقسيم شده المرض وتشخيص المرضي الذين يعانون من HF.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تمت الموافقة علي البروتوكول التالي من قبل لجنه الأخلاق في مستشفي تشانغ غونغ التذكاري ، لينفو ، تايوان. اجري اختبار التمرين في مختبر مكيف الهواء مع درجه حرارة الغلاف الجوي من 22-25 درجه مئوية ، والضغط من 755 إلى 770 Torr ، والرطوبة النسبية من 55-65 ٪. قبل كل اختبار ، تم معايره محلل الغاز بعد تعليمات الشركة المصنعة باستخدام هواء الغرفة وخليط غاز من التركيز المعروف (FO₂: 0.12; FCO₂: 0.05; N₂ كرصيد). تم معايره مقياس تدفق التوربينات من النظام بواسطة طريقه النقطتين مع 0.2 لتر/ثانيه و 2 لتر/ثانيه بواسطة نظام ضخ تلقائيا.

1-الاعداد: وضع أجهزه الاستشعار والمسجلات

تنظيف الجبين مرتين مع وساده الكحول لأزاله العرق والأوساخ من الجلد.
وضع أجهزه استشعار NIRS علي جبهته علي الصعيد الثنائي. استخدام جهاز استشعار كبير في المسافة بين باعث وكاشف هو 5 سم. عمق القياس المقدر هو 2.5 سم. تاكد من ان أجهزه الاستشعار مرفقه باحكام.
نعلق بقع من الكهربي إلى الصدر الامامي ، والمفاصل الثنائية الاخيصلي ، وأسفل الظهر.
هل المريض يجلس علي مقياس الدراجة.
وضعت الشارة من ال [سبجموموم].
تعليمات المريض لارتداء قناع لتحليل الغاز. تاكد من ان لا تسرب الغاز من خلال حافه القناع.
ضع أجهزه استشعار مقياس التاكسج النبض علي فص اذن المريض والسبابة.

2. CPET و SctO₂ الرصد

أخبر المريض بالراحة لمده لا تقل عن 2 دقيقه للحصول علي قيمه أساسيه مستقره ، بما في ذلك نسبه SctO₂ ومعدل الصرف التنفسي.
يجب علي المريض إكمال مرحله الإحماء بمعدل عمل قدره 10 واط لمده دقيقه واحده علي مقياس الدورة.
زيادة معدل 10 W/min ونسال المريض إلى دواسة في جميع انحاء 60 دوره في الدقيقة حتى الفشل في مواكبه الإيقاع > 50 دوره في الدقيقة علي الرغم من التشجيع القوي (اختبار ممارسه محدوده الاعراض).
متوسط قيمه SctO₂ كل ثانيه تلقائيا من البيانات الممسوحة ضوئيا في تردد 100 هرتز.
قياس ضغط الدم كل 2 دقيقه تلقائيا عن طريق sphygmomanometer.
تحليل التنفس مكون الغاز عن طريق التنفس ، بما في ذلك VO₂ ونهاية المد والجزر ضغط ثاني أكسيد الكربون (P_ETCO₂).
يكون المريض إكمال مرحله الانتعاش في معدل العمل من 0 W ل 2-6 دقيقه.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

34 المرضي HF و 17 الضوابط الصحية المسجلين في مستشفي Linkou تشانغ غونغ التذكارية, تايوان. خضع كل موضوع اختبار التمارين القلبية التي شملت SctO₂ الرصد من قبل nirs. وباختصار ، كانت القيم SctO₂ (بقية ؛ الذروة) اقل بكثير في المجموعة HF (66.3 ± 13.3 ٪ ؛ 63.4 ± 13.8 ٪) من في السيطرة (73.1 ± 2.8 ٪ ؛ 72 ± 3.2 ٪) مجموعه (الشكل 1). في المجموعة HF ، scto₂ في بقية (scto_2rest) وذروه scto₂ (scto_2rest) كانت مرتبطة خطيا مع الببتيد الناتريوتريك الدماغ (الحزب البنغلاديشي) ، VO_2rest، و oues (r من-0.561 إلى 0.677 ، p < 0.001) ( الشكل 2). ومن الجدير بالذكر ان SctO_2rest تم تحديده من خلال الضغط الجزئي ل p_etco₂ في الراحة (p_etco_2rest) ، والهيموغلوبين ، ومتوسط ضغط الدم في الراحة (_بقيةالخريطة) (R المعدل = 0.681 ، P < 0.05 الانحدار الخطي المتدرج) (الجدول 1). ويبين الشكل 3النتائج الرئيسية.

الشكل 1: قطع مربعه من SctO_2rest و scto_2REST في التردد الفائق ومجموعات التحكم. وكانت كل من القيم SctO₂ في الراحة والذروة ممارسه اقل بكثير في المجموعة HF مما كانت عليه في مجموعه التحكم. مقتبسه من Chen et al.⁴. * p < 0.05 ، HF مقابل السيطرة ، والتدابير المتكررة ANOVA. # p < 0.05 ، SctO_2rest HF مقابل التحكم ، اقتران t-اختبار. † p < 0.05 ، SctO_2peak HF مقابل التحكم ، اقتران t-اختبار. SctO_2rest: تشبع الأكسجين الانسجه الدماغية في بقية; SctO_2peak: تشبع الأكسجين الانسجه الدماغية في ممارسه الذروة. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: القطع مبعثر من SctO_2rest و scto_2rest مقابل VO_2rest، الحزب البنغلاديشي ، و oues. تم ربط القيم scto_2rest (اللوحة اليسرى) والشاشة scto_2rest (اللوحة اليمني) خطيا مع VO_2restو الحزب البنغلاديشي الثنائي و oues. مقتبسه من تشن وآخرون⁴ scto₂: تشبع الأكسجين الانسجه الدماغية; VO₂: استهلاك الأكسجين; الحزب البنغلاديشي: الدماغ الببتيد الناتريوتريك. OUES: منحدر كفاءه امتصاص الأكسجين. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: توضيح القيمة النذيره المحتملة لتشبع المخ وأساسه الفسيولوجي في المرضي الذين يعانون من التردد الHF. SctO₂، وخاصه في ذروه ممارسه ، كانت مرتبطة مع VO_2peak، الحزب البنغلاديشي ، و oues. تم تحديد SctO_2rest بواسطة P_ETCO_{2 rest}، والهيموغلوبين ،_وبقيةالخريطة ، في حين ان المحدد الرئيسي لل scto_2rest كان vco_2rest. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.

	ß	تي	P (ß)	R	ΔR²	و
النموذج 1				0.593	0.352	14.679 *
P_ETCO_{2 rest}	0.593	3.831	0.001
النموذج 2				0.639	0.056	19.257 *
P_ETCO_{2 rest}	0.552	3.757	0.001
غبطه	0.314	2.14	0.042
النموذج 3				0.681	0.056	25.009 *
P_ETCO_{2 rest}	0.517	3.804	0.001
غبطه	0.331	2.451	0.022
خريطة_بقية	0.323	2.398	0.024
P_ETco₂، والضغوط الجزئية نهاية المد والجزر من CO₂؛ Hb ، الهيموغلوبين. MAP ، يعني الضغط الشرياني
* ف < 0.05 ؛ تشير القيمة p إلى الاهميه الاجماليه لنموذج الانحدار الخطي
P (ß): p-القيمة ل ß ؛ يتم ضبط R و ΔR² القيم

الجدول 1: الانحدار المتدرج لل SctO_2rest في المجموعة HF. مقتبسه من Chen et al.⁴. SctO₂: تشبع الأكسجين الانسجه الدماغية. HF: فشل القلب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وقد تم تطبيق الأوكسجين الدماغي رصد الارحال وبشكل مستمر من قبل NIRS في مختلف السيناريوهات ، بما في ذلك جراحه القلب والاوعيه الدموية¹³ وتحليلات وظيفية الدماغ مثل تلك التي تقدر النشاط العصبي¹⁴. هذا البروتوكول متكاملة NIRS إلى CPET التقليدية لتحديد تورط الاستجابة الدموية الدماغية في ممارسه التعصب في المرضي الذين يعانون من HF. فانه يزيد من قيمه اختبار ممارسه في تحديد التشخيص وشده المرض.

واعتبر العجز القلبي السبب الرئيسي لممارسه التعصب في المرضي الذين يعانون من HF¹⁵. ومع ذلك ، أظهرت الدراسات السريرية ان العوامل غير الانسيابية أو الوعائية فشلت في زيادة قدره التمرين¹⁶، والارتباط بين وظيفة القلب اليستريح واستهلاك الأكسجين الذروة ضعيفه¹⁷. التالي ، ليس الخلل القلبي السبب الوحيد لممارسه التعصب في المرضي الذين يعانون من HF.

وقد ثبت انخفاض التروية الدماغية والأوكسجين اثناء ممارسه التمارين الرياضية في المرضي الذين يفشل الناتج القلبي لزيادة عاده¹⁸^,¹⁹, مما يوحي بان نقص التروية الدماغية جزئيا بسبب زيادة الناتج القلبي الذي لم يضعف اثناء ممارسه الرياضة. انخفاض الأوكسجين القشرة الاماميه ضعف قدره توليد القوه من العضلات العاملة الطرفية ، التالي الحد من أداء ممارسه²⁰. وعلاوة علي ذلك ، يرتبط ديناميكا الدماغية قمعها اثناء ممارسه التمارين الرياضية مع شذوذ تنفس ، مما يقلل من القدرة الوظيفية للمرضي الذين يعانون من HF²¹. وعلاوة علي ذلك ، يرتبط SctO₂ مع الذروة VO₂ و oues وكذلك الحزب البنغلاديشي ، وجميعها علامات معترف بها جيدا لشده HF والتكهن⁴.

يسبب نقص التروية الدماغية²¹ بسبب قصور الناتج القلبي ، فضلا عن فرط التهوية التي تقلل من السنخيه₂ واللاحقة باكو₂، وهي استجابه قد تحفز الدماغ تضيق الاوعيه اثناء^{التمرين 22 ،}²³^،²⁴. وأظهرت دراسة سابقه ان باكو₂ هو مرتبط خطيا إيجابيا مع cbf من 15-60 مم زئبق²⁵. في الواقع ، هو المحدد الفسيولوجي الرئيسي لل SctO₂⁴. ويتاثر scto₂ أيضا من الهيموغلوبين والخريطة⁴, التاثير علي تركيز الأكسجين الشرياني والتروية الدماغية,²⁶^,²⁷علي التوالي. يمكن للمرء ان يجادل بان فقر الدم يؤدي إلى زيادة متوسط طول المسار البصري ، وقد تؤثر علي صحة SctO₂ القياس من قبل nirs. وقد أظهرت الدراسة السابقة بالفعل ان SctO₂ تقاس بواسطة التحليل الطيفي حل المرحلة لم يتغير بشكل كبير في الاستجابة للتغير في تركيز الهيموغلوبين في جراحه القلب²⁸.

علي الرغم من ارتفاع استنساخ وصلاحيه قياسات NIRS في حاله الراحة ، لم يتم إنشاء صحة هذا الجهاز في السكان HF اثناء ممارسه الرياضة. ومع ذلك ، تمت محاكاة التوليفات المختلفة لنهاية المد والجزر O₂ و CO₂ في دراسة سابقه للمصادقة ، وهو ما يشبه جزئيا ممارسه الوضع²⁹. الزيادة أو النقصان في تدفق الدم الجلد في ذروه ممارسه في المرضي الذين يعانون من HF قد يبالغ أو يقلل من قيمه حقيقية من الأوكسجين الدماغي في الجبين³⁰^,³¹. بغض النظر عن, حقيقة ان منخفضه SctO₂ تقاس بواسطة nirs علي الجبين هو عامل نذير السلبية المحتملة استنادا إلى النتيجة الحالية, وقد تم تاسيس, الا ان القيمة scto₂ تقاس لا يمثل فقط الأوكسجين الدماغي في الفص الجبهي ، ولكن أيضا تدفق الدم الجلد في الجبين إلى درجه معينه. إلى جانب ذلك ، خارج القحف الميلانين قد تمتص الضوء التالي تخفيف الاشاره ، علي الرغم من ان SctO₂ تم حسابه من تركيز اوكسي والهيموغلوبين ويتاثر اقل من الميلانين الجلد⁸. التحليل الطيفي الذي تم حله بالزمن-قد تقوم NIRS بحل المشكلة المذكورة أعلاه إلى حد ما. ومع ذلك ، NIRS القياسية أسهل بالأحرى للتطبيق السريري. وأخيرا ، مطلوب دراسة طوليه لتاكيد القيمة النذيره لل SctO₂ في المرضي الذين يعانون من HF.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgments

المريض الذي شارك في اختبار ممارسه هو موضع تقدير عميق. وقد دعم هذا البحث المجلس الوطني للعلوم ، تايوان (NMRPG3G6231/2/3) ، ومستشفي تشانغ غونغ التذكاري (منحه رقم CMRPG3G0601/2) ، ومركز بحوث الشيخوخة الصحية ، وجامعه تشانغ غونغ وبرنامج التعليم العالي في وزاره التربية العليا في تايوان (منح الأرقام EMRPD1H0351 و 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