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हृदय विफलता के साथ रोगियों में कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण में मस्तिष्क ऊतक संतृप्ति निगरानी का एकीकरण

Published: October 1, 2019 doi: 10.3791/60289
Automatic Translation
1,2,3, 1,3, 4, 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

इस प्रोटोकॉल के पास एकीकृत पारंपरिक कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण में निकट-infrared स्पेक्ट्रोस्कोपी दिल की विफलता के साथ रोगियों में व्यायाम असहिष्णुता में मस्तिष्क हेमोडायनामिक प्रतिक्रिया की भागीदारी की पहचान करने के लिए.

Abstract

आराम या व्यायाम के दौरान सेरेब्रल हाइपो-ऑक्सीजन कम निष्कासन अंश (एचएफ) के साथ दिल की विफलता वाले रोगियों की व्यायाम क्षमता को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है। हालांकि, नैदानिक कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण (सीपीईटी) में, सेरेब्रल हेमोडायनामिक्स का मूल्यांकन नहीं किया जाता है। NIRS मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है (SctO2) ललाट पालि में. इस विधि विश्वसनीय और मान्य है और कई अध्ययनों में उपयोग किया गया है. SctO2 स्वस्थ नियंत्रण (66.3 ] 13.3% और 63.4 - 13.8% बनाम 73.1 - 2.8% और 72 - 3.2%) की तुलना में HF के साथ रोगियों में आराम और चोटी व्यायाम दोनों के दौरान कम है। SctO2 आराम में काफी रैखिक चोटी VO2 के साथ सहसंबद्ध है(त $ 0.602), ऑक्सीजन तेज दक्षता ढलान(त $ 0.501), और मस्तिष्क natriuretic पेप्टाइड (त $ 0.492), जिनमें से सभी प्रोग्नोस्टिक मान्यता प्राप्त कर रहे हैं और रोग गंभीरता मार्करों, इसकी क्षमता prognostic मूल्य का संकेत. SctO2 मुख्य रूप से अंत ज्वारीय सीओ2 दबाव, मतलब धमनी दबाव, और HF जनसंख्या में हीमोग्लोबिन द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह आलेख प्रदर्शित करता है कि SctO2 NIRS में वृद्धिशील CPET का उपयोग कर एक calibrated साइकिल ergometer पर एकीकृत करता है।

Introduction

कार्डियोपल्मोनरी फिटनेस, पूर्वानुमान, व्यायाम सीमाओं के कारणों का निदान सहित कई उद्देश्यों के लिए कम निष्कासन अंश (एचएफ) के साथ दिल की विफलता के साथ रोगियों में कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण (सीपीईटी) लागू किया गया है, और व्यायाम नुस्खे1,2,3. परीक्षण के दौरान, हेमोडायनामिक चर और स्वचालित गैस एक्सचेंज से व्युत्पन्न डेटा की निगरानी और विश्लेषण किया जाता है। सेरेब्रल ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति (SctO2) निगरानी ग्रेडिंग रोग का निदान और रोग गंभीरता4,5के लिए मूल्य है .

पास-इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (NIRS) अवरक्त प्रकाश का उपयोग करता है खोपड़ी घुसना और मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन लगातार और गैर इनवेसिव6का अनुमान है. चूंकि ऑक्सीहीमोग्लोबिन और डिऑक्सीहीमोग्लोबिन में प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रम अलग-अलग होता है और वे प्राथमिक गुणसूत्र होते हैं जो प्रकाश को अवशोषित करते हैं, इसलिए उनकी सांद्रता को प्रकाश संचरण तथा अवशोषण6,7 का उपयोग करके मापा जा सकताहै। तथापि, पृष्ठभूमि प्रकाश अवशोषक भी प्रकाश तितर-बितर कर देते हैं और माप8को प्रभावित कर सकते हैं। इस अध्ययन में स्क्टॉ2 को आराम से शिखर अभ्यास9तक मापने के लिए स्थानिक रूप से संकल्पित एन आई आर एस को अपनाया गया . तरंगदैर्ध्य पर निर्भर बिखरने के नुकसान की भरपाई करने और पृष्ठभूमि हस्तक्षेप को समाप्त करने के लिए चार तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित की गई, इस प्रकार सटीकता10में वृद्धि हुई।

SctO2 मस्तिष्क ऊतक में ऑक्सीजन वितरण बनाम खपत के अनुपात का प्रतिनिधित्व करता है. सेरेब्रल desaturation बाधित मस्तिष्क रक्त प्रवाह (सीबीएफ) के साथ जुड़ा हुआ है, धमनी ऑक्सीजन एकाग्रता में कमी आई है, और मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन की खपत में वृद्धि11. कार्डियक आउटपुट में कमी के अलावा, उन्नत एचएफ व्यायाम के दौरान मस्तिष्क हाइपोपरफ्यूजन का कारण बनता है, जो अप्रत्यक्ष रूप से मस्तिष्क वाहिकासंकीर्णन को प्रेरित करता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड (पाको2) के कम धमनी आंशिक दबाव के माध्यम से हाइपरवेंटिलेशन के माध्यम से होता है 12.

एचएफ में सेरेब्रल ऑक्सीजन के नैदानिक महत्व चेन एट अल4द्वारा पता चला था. सबसे पहले, SctO2 काफी स्वस्थ नियंत्रण के साथ तुलना में HF समूह में कमी आई थी. SctO2 न केवल आराम में कम है, लेकिन यह भी व्यायाम के दौरान और गिरावट आई है. यह स्वस्थ समूह में नहीं मनाया जाता है। दूसरा, SctO2rest और SctO2peak VO2peakके साथ सहसंबद्ध थे, मस्तिष्क natriuretic पेप्टाइड (बीएनपी), और ऑक्सीजन तेज दक्षता ढलान (OUES), जिनमें से सभी की स्थापना कर रहे हैं prognostic मार्करों. इसलिए, SctO2rest और SctO2peak बहुत prognostic होने की संभावना है और HF रोगियों में रोग की गंभीरता को प्रतिबिंबित. कोइके एट अल द्वारा किए गए एक अन्य अध्ययन में यह सुझाव दिया गया है कि माथे पर आराम से पीक व्यायाम तक मापा जाने वाला सेरेब्रल ऑक्सीहीमोग्लोबिन में परिवर्तन गैर-जीवितियों में काफी कम था, जबकि कोरोनरी धमनी रोग के रोगियों के जीवित बचे लोगों में5. इसलिए, मस्तिष्क ऑक्सीजन रोग गंभीरता और HF के साथ रोगियों के रोग का निदान स्तरित करने के लिए नियोजित किया जा सकता है।

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Protocol

निम्नलिखित प्रोटोकॉल चांग Gung मेमोरियल अस्पताल, Linkou, ताइवान में नैतिकता समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था. अभ्यास परीक्षण 22-25 डिग्री सेल्सियस के वायुमंडलीय तापमान, 755 से 770 Torr के दबाव, और 55-65% की सापेक्ष आर्द्रता के साथ एक वातानुकूलित प्रयोगशाला में किया गया था। प्रत्येक परीक्षण से पहले, गैस विश्लेषक कमरे हवा और ज्ञात एकाग्रता के एक गैस मिश्रण का उपयोग कर निर्माता के निर्देशों का पालन calibrated था (FO2:0.12; FCO2: 0.05; संतुलन के रूप में N2). प्रणाली के टरबाइन प्रवाह मीटर 0.2 एल/एस और 2 एल/एस के साथ एक स्वचालित रूप से पंपिंग प्रणाली द्वारा 2-बिंदु विधि द्वारा calibrated किया गया था।

1. तैयारी: सेंसर और रिकार्डर की नियुक्ति

  1. त्वचा से पसीने और गंदगी को दूर करने के लिए एक शराब पैड के साथ माथे को दो बार साफ करें।
  2. द्विपक्षीय रूप से माथे पर NIRS सेंसर रखें। एक बड़े सेंसर का उपयोग करें जिसमें उत्सर्जक और डिटेक्टर के बीच की दूरी 5 सेमी है। अनुमानित मापने की गहराई 2.5 सेमी है. सुनिश्चित करें कि सेंसर सुरक्षित रूप से जुड़े हुए हैं.
  3. पूर्वकाल छाती, द्विपक्षीय एक्रोमोइक्लेव्युलर जोड़ों, और पीठ के निचले हिस्से में इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफी के पैच संलग्न करें।
  4. क्या रोगी साइकिल अर्गोमीटर पर बैठते हैं।
  5. स्फिग्मोमैनोमीटर का आर्मबैंड रखें।
  6. रोगी को गैस विश्लेषण के लिए मुखौटा पहनने के लिए निर्देश दें। सुनिश्चित करें कि कोई गैस मुखौटा की सीमा के माध्यम से लीक.
  7. रोगी के कान पालि और तर्जनी पर नाड़ी ऑक्सीमीटर के सेंसर रखें।

2. CPET और SctO2 निगरानी

  1. SctO2 और श्वसन विनिमय अनुपात सहित एक स्थिर आधारभूत मूल्य प्राप्त करने के लिए कम से कम 2 मिनट के लिए आराम करने के लिए रोगी बताओ.
  2. रोगी चक्र ergometer पर 1 मिनट के लिए 10 डब्ल्यू की एक काम की दर पर गर्म अप चरण को पूरा किया है।
  3. 10 W/min द्वारा दर में वृद्धि और मजबूत प्रोत्साहन (लक्षण सीमित व्यायाम परीक्षण) के बावजूद एक ताल के साथ रखने में विफल रहने तक लगभग 60 आरपीएम पर पेडल करने के लिए रोगी से पूछो।
  4. 100 हर्ट्ज की आवृत्ति पर स्कैन किए गए डेटा से हर सेकंड SctO2 मान का औसत.
  5. स्फिग्मोमैनोमीटर द्वारा हर 2 मिनट में रक्तचाप को मापें।
  6. वीओ2 और अंत-ज्वारीय कार्बन डाइऑक्साइड दबाव (पीईटीसीओ2)सहित सांस से गैस घटक सांस का विश्लेषण करें।
  7. रोगी 2-6 मिनट के लिए 0 डब्ल्यू की एक काम की दर से वसूली चरण को पूरा करें।

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Representative Results

तैंतीस एचएफ रोगियों और 17 स्वस्थ नियंत्रण Linkou चांग Gung मेमोरियल अस्पताल, ताइवान में नामांकित किया गया. प्रत्येक विषय कार्डियोपल्मोनरी व्यायाम परीक्षण किया है कि NIRS द्वारा SctO2 निगरानी शामिल किया. संक्षेप में, नियंत्रण की तुलना में SctO2 (आराम; चोटी) मूल्यों HF समूह में काफी कम थे (66.3 ] 13.3%; 63.4 $ 13.8%,) नियंत्रण की तुलना में (73.1 ] 2.8%; 72 ] 3.2%) समूह (चित्र 1) . HF समूह में, SctO2 आराम में (SctO2rest) और पीक SctO2 (SctO2peak) रैखिक मस्तिष्क natriuretic पेप्टाइड (बीएनपी), वीओ2पीक, और OUESके साथ सहसंबद्ध थे (0.561 से 0.677, p और lt; 0.001) ( चित्र 2) विशेष रूप से, SctO2rest आराम में PETCO2 के आंशिक दबाव द्वारा निर्धारित किया गया था (PETCO2rest), हीमोग्लोबिन, और मतलब धमनी दबाव आराम पर (एमएपीबाकी)(समायोजित आर $ 0.681, p और lt; 0ण्05 चरणवार रैखिक प्रतिगमन पर ) (सारणी 1)। मुख्य निष्कर्ष चित्र 3में दर्शाए गए हैं।

Figure 1
चित्र 1: HF और नियंत्रण समूहों में SctO2rest और SctO2peak के बॉक्स भूखंडों. आराम और शिखर व्यायाम पर दोनों SctO2 मूल्यों नियंत्रण समूह की तुलना में HF समूह में काफी कम थे. चेन एट अल से अनुकूलित4. * पी एंड एलटी; 0.05, HF बनाम नियंत्रण, दोहराया उपाय ANOVA. - पी और 0.05, SctO2rest HF बनाम नियंत्रण, युग्मित टी परीक्षण। - पी और 0.05, SctO2peak HF बनाम नियंत्रण, युग्मित टी-परीक्षण। SctO2rest: आराम में मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति; SctO2peak:शिखर व्यायाम में मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2: SctO2rest और SctO2peak बनाम VO2peak,BNP, और OUES के स्कैटर प्लॉट्स। SctO2rest (बाएं पैनल) और SctO2peak (दाएं पैनल) मूल्यों रैखिक VO2peak,BNP, और OUES के साथ सहसंबद्ध थे. चेन एट अल से अनुकूलित4 SctO2:मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति; VO2: ऑक्सीजन की खपत; बीएनपी: मस्तिष्क natriuretic पेप्टाइड; OUES: ऑक्सीजन तेज दक्षता ढलान. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3: एचएफ के रोगियों में सेरेब्रल विसंतृप्ति के संभावित पूर्वानुमानात्मक मूल्य और उसके शारीरिक आधार का चित्रण। SctO2, विशेष रूप से पीक व्यायाम पर, VO2peak,BNP, और OUES के साथ सहसंबद्ध था. SctO2rest PETCO2rest, हीमोग्लोबिन , और एमएपीबाकीद्वारा निर्धारित किया गया था , जबकि SctO2peak के मुख्य निर्धारक VCO2peakथा . कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

] टी पी (जेड) आर $R2 F
मॉडल 1 0.593 0.352 14.679*
Pएटसीओ2rest 0.593 3.831 0.001
मॉडल 2 0.639 0.056 19.257*
Pएटसीओ2rest 0.552 3.757 0.001
Hb 0.314 2.14 0.042
मॉडल 3 0.681 0.056 25.009*
Pएटसीओ2rest 0.517 3.804 0.001
Hb 0.331 2.451 0.022
एमएपीबाकी 0.323 2.398 0.024
च ततत त सस2,तत 2 के अन्ततः आंशिक दाबे ; एचबी, हीमोग्लोबिन; एमएपी, माध्य धमनी दाब
* पी एंड एलटी; 0.05; च-मान रैखिक प्रतिगमन मॉडल के समग्र महत्व को इंगित करता है
P($): p-value for $; R और $R2 समायोजित मान हैं

तालिका 1: HF समूह में SctO2rest के चरणवार प्रतिगमन. चेन एट अल से अनुकूलित4. SctO2: मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति. HF: दिल की विफलता.

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Discussion

सेरेब्रल ऑक्सीजन न वोसिवेली और लगातार NIRS द्वारा निगरानी की गई है हृदय शल्य चिकित्सा सहित विभिन्न परिदृश्यों में लागू किया गया है13 और मस्तिष्क कार्यात्मक विश्लेषण जैसे कि उन है कि तंत्रिका गतिविधि का अनुमान14. इस प्रोटोकॉल पारंपरिक CPET में NIRS एकीकृत HF के साथ रोगियों में व्यायाम असहिष्णुता में मस्तिष्क हेमोडायनामिक प्रतिक्रिया की भागीदारी की पहचान करने के लिए. यह रोग का निदान और रोग की गंभीरता का निर्धारण करने में व्यायाम परीक्षण के मूल्य बढ़ जाती है.

एचएफ15के रोगियों में व्यायाम असहिष्णुता का मुख्य कारण कार्डिएक रोग माना जाता था . फिर भी, नैदानिक अध्ययनों से पता चला है कि इनोट्रोपिक या वासोडिलेटरी एजेंट व्यायाम क्षमता में वृद्धि करने में विफल रहे16, और आराम हृदय समारोह और चोटी ऑक्सीजन की खपत के बीच सहयोग कमजोरहै 17. तदनुसार, हृदय रोग HF के साथ रोगियों में व्यायाम असहिष्णुता का एकमात्र कारण नहीं है.

व्यायाम के दौरान मस्तिष्क भ्रम और ऑक्सीजन की कमी का प्रदर्शन उन रोगियों में किया गया है जिनके हृदय का उत्पादन सामान्य रूप से18,19में वृद्धि करने में विफल होता है , यह सुझाव देते हैं कि सेरेब्रल हाइपोपरफ्यूजन आंशिक रूप से के कारण होता है व्यायाम के दौरान कुंद हृदय उत्पादन में वृद्धि. कम ललाट प्रांतस्था ऑक्सीजन परिधीय काम कर मांसपेशी के बल उत्पादन क्षमता बिगड़ा, इस प्रकार व्यायाम प्रदर्शन20सीमा. इसके अलावा, व्यायाम के दौरान दबा मस्तिष्क हेमोडायनामिक्स वेंटीलेटर असामान्यता के साथ जुड़ा हुआ है, जो एचएफ21के साथ रोगियों की कार्यात्मक क्षमता को कम कर देता है। इसके अलावा, SctO2 चोटी वीओ2 और OUES के साथ ही बीएनपी, जिनमें से सभी HF गंभीरता और रोग का संकेत4के लिए अच्छी तरह से मान्यता प्राप्त मार्करहैं के साथ सहसंबद्ध है.

व्यायाम ी सेरेब्रल हाइपोपरफ्यूजन21 हृदय उत्पादन अपर्याप्तता के साथ-साथ परिश्रमी हाइपरवेंटिलेशन के कारण होता है, जो एवियोलर पीसीओ2 और बाद में पाको2को कम करता है, एक प्रतिक्रिया जो मस्तिष्क को और प्रेरित कर सकती है व्यायाम के दौरान वाहिकासंकीर्णन22,23,24. पिछले एक अध्ययन से पता चला है कि पाको2 15-60 एमएमएचजी25के सीबीएफ के साथ सकारात्मक रूप से संबंधित है। वास्तव में, यह SctO24के मुख्य शारीरिक निर्धारक है। SctO2 भी हीमोग्लोबिन और एमएपी4से प्रभावित है , क्रमशः26,27धमनी ऑक्सीजन एकाग्रता और मस्तिष्क परफ्यूजन को प्रभावित करती है . एक तर्क हो सकता है कि एनीमिया वृद्धि हुई मतलब ऑप्टिकल पथ लंबाई की ओर जाता है और NIRS द्वारा SctO2 माप की वैधता को प्रभावित कर सकता है. एक पिछले अध्ययन पहले से ही दिखा दिया है कि SctO2 चरण से मापा स्पेक्ट्रोस्कोपी एक हृदय शल्य चिकित्सा में हीमोग्लोबिन एकाग्रता के परिवर्तन के जवाब में काफी परिवर्तन नहीं किया28.

आराम राज्य में NIRS माप की उच्च reproducibility और वैधता के बावजूद, व्यायाम के दौरान HF जनसंख्या में इस उपकरण की वैधता स्थापित नहीं किया गया है. फिर भी, एंड-टिडल ओ2 और सीओ2 के विभिन्न संयोजनों को पिछले सत्यापन अध्ययन में नकली किया गया था, जो स्थिति29का प्रयोग करने के समान भाग में है। एचएफ वाले रोगियों में चरम व्यायाम पर त्वचा के रक्त प्रवाह में वृद्धि या कमी माथे30,31पर मस्तिष्क ऑक्सीजन के सही मूल्य को कम या कम कर सकती है . कोई फर्क नहीं पड़ता कि क्या, तथ्य यह है कि कम SctO2 माथे पर NIRS द्वारा मापा वर्तमान परिणाम के आधार पर एक संभावित नकारात्मक prognostic कारक है, स्थापित किया गया है, सिवाय इसके कि मापा SctO2 मूल्य न केवल मस्तिष्क oxygenation का प्रतिनिधित्व करता है ललाट पालि पर, लेकिन यह भी एक निश्चित डिग्री के लिए माथे पर त्वचा रक्त प्रवाह. इसके अलावा, एक्स्ट्राक्रैनियल मेलेनिन प्रकाश को अवशोषित कर सकता है और इस प्रकार संकेत को कम कर सकता है, हालांकि SctO2 की गणना ऑक्सी- और deoxyhemoglobin की एकाग्रता से की गई थी और त्वचा मेलेनिन8से कम प्रभावित होती है। समय-समाधान स्पेक्ट्रोस्कोपी - NIRS कुछ हद तक ऊपर समस्या का समाधान हो सकता है. हालांकि, मानक NIRS बल्कि नैदानिक आवेदन के लिए आसान है. अंत में, एक अनुदैर्घ्य अध्ययन HF के साथ रोगियों में SctO2 के पूर्वानुमान मूल्य की पुष्टि करने के लिए आवश्यक है।

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Disclosures

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

व्यायाम परीक्षण में भाग लेने वाले रोगी की गहराई से सराहना की जाती है। इस शोध राष्ट्रीय विज्ञान परिषद, ताइवान (NMRPG3G6231/2/3), चांग Gung मेमोरियल अस्पताल (ग्रेंट नं. CMRPG3G0601/2), और स्वस्थ उम्र बढ़ने अनुसंधान केंद्र, चांग Gung विश्वविद्यालय और शिक्षा के उच्च शिक्षा दीप हल कार्यक्रम के ताइवान मंत्रालय (ग्रेंट नंबर EMRPD1H0351 और 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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