Summary
Представлен протокол измерения регионального насыщения кислородом (rSO2) у пациентов с гемодиализом (БГ) с помощью монитора спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона. Значение rSO2 является показателем оксигенации тканей. Этот неинвазивный мониторинг в режиме реального времени может быть полезен для подтверждения изменений оксигенации органов во время БГ.
Abstract
Ближняя инфракрасная спектроскопия (NIRS) недавно была применена в качестве инструмента для измерения регионального насыщения кислородом (rSO2), маркера оксигенации тканей, в клинических условиях, включая сердечно-сосудистую и мозговую хирургию, неонатальный мониторинг и догоспитальную медицину. Устройства мониторинга NIRS являются в режиме реального времени и неинвазивными и в основном используются для оценки оксигенации головного мозга у критически больных пациентов во время операции или интенсивной терапии. До сих пор использование мониторинга NIRS у пациентов с хроническим заболеванием почек (ХБП), включая гемодиализ (БГ), было ограничено; поэтому мы исследовали значения rSO2 в некоторых органах во время БГ. Мы контролировали значения rSO2 с помощью устройства NIRS, передающего ближний инфракрасный свет на 2 длинах волн подключения. Пациенты с БГ были помещены в положение лежа на спине, с датчиками измерения rSO2 , прикрепленными ко лбу, правому подреберье и нижним ногам для оценки rSO2 в мозге, печени и мышцах голени соответственно. Мониторинг NIRS может быть новым подходом к прояснению изменений в оксигенации органов во время БГ или факторов, влияющих на оксигенацию тканей у пациентов с ХБП. В этой статье описывается протокол измерения оксигенации тканей, представленный rSO2 , применяемый у пациентов с БГ.
Introduction
Ближняя инфракрасная спектроскопия (NIRS) использовалась для оценки регионального насыщения кислородом (rSO2), маркера оксигенации тканей, особенно церебральной оксигенации в различных клинических условиях 1,2,3 и недавно была применена к пациентам, проходящим гемодиализ (HD)4,5,6,7,8,9,10, 11. Сообщается, что церебральный rSO2 связан с когнитивной функцией у пациентов с БГ или пациентов с недиализированным хроническим заболеванием почек (ХБП)11,12. Однако до сих пор использование мониторинга NIRS было ограничено у пациентов с ХБП.
Поскольку мониторинг NIRS является мониторингом в режиме реального времени и неинвазивным, мы оценили его полезность в качестве устройства мониторинга у пациентов с БГ. Хотя NIRS в основном используется для измерения церебрального rSO2, мы также исследовали значения rSO2 в других органах во время HD. В частности, датчики измерения rSO2 были прикреплены ко лбу, правому подреберье и нижним конечностям для оценки rSO2 в мозге, печени и нижних мышцах соответственно. Результаты показали, что мониторинг NIRS может быть новым подходом к прояснению изменений в оксигенации органов во время БГ или факторов, влияющих на оксигенацию тканей у пациентов с ХБП.
На сегодняшний день непрерывный мониторинг проводился во время БГ, мониторинга объема крови, центрального венозного насыщения кислородом, грудной госпитализации и электронного стетоскопа под контролем оценочного артериального давления (АД) в клинических условиях 13,14,15; однако существуют ограничения для прогнозирования гипотонии или широкого использования устройств. Напротив, новый неинвазивный подход здесь может предоставить информацию в режиме реального времени об интрадиалитической динамике кислорода в отдельных органах. Таким образом, этот метод мониторинга может позволить обнаружить транзиторную ишемию органов на ранних стадиях интрадиалитической гипотензии, а также может обеспечить безопасное выполнение БГ. В этой статье описывается протокол измерения оксигенации тканей, представленный rSO2, применяемый у пациентов с БГ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все участники предоставили письменное информированное согласие. Исследование было одобрено Институциональным наблюдательным советом Медицинского центра Сайтама Медицинского университета Дзити, Япония (RIN 15–104).
1. Устройство для мониторинга рСО2
- Подготовьте прибор NIRS для измерения оксигенации тканей. Это устройство имеет четыре канала и может выполнять измерения в четырех органах одновременно.
- Подготовьте измерительный датчик для мониторинга NIRS, чтобы оценить значения rSO2 в каждом органе путем передачи ближнего инфракрасного света на двух длинах волн подключения.
2. Подключение датчика измерения
- Позвольте каждому пациенту отдохнуть в положении лежа на спине не менее 5 минут до БГ.
- Прикрепите измерительные датчики ко лбу, правому подреберье и голеням для оценки rSO2 в мозге, печени и мышцах голени соответственно.
- Мониторинг оксигенации головного мозга
- Прикрепите измерительные датчики ко лбу доминирующего полушария.
- Мониторинг оксигенации печени
- Подготовьте эхографию для измерения глубины до печени пациента от поверхности тела. Убедитесь, что это измерение находится в пределах 20–30 мм от поверхности тела. Далее прикрепите измерительные датчики к правому подреберье.
ПРИМЕЧАНИЕ: В этом устройстве значения rSO2 должны быть получены в глубоких тканях на расстоянии 20–30 мм от поверхности тела. В некоторых случаях печень может располагаться более чем на расстоянии 30 мм от поверхности тела из-за наличия толстого подкожного жира.
- Подготовьте эхографию для измерения глубины до печени пациента от поверхности тела. Убедитесь, что это измерение находится в пределах 20–30 мм от поверхности тела. Далее прикрепите измерительные датчики к правому подреберье.
- Мониторинг оксигенации мышц
- Прикрепите измерительные датчики к правой или двусторонней голени.
- Подключение датчика и питание устройства
- Подключите каждый датчик к проводам устройства. Далее включите прибор, и начните измерять оксигенацию.
3. Прокалывание диализного шунта и начало мониторинга
- Прокалывание диализного шунта
- Пункция диализного шунта пациента для начала терапии БГ. В это время измеряйте АД с помощью цифрового тонометра, оснащенного диализным аппаратом, и собирайте образцы крови с помощью шприцев.
- Начать мониторинг
- После начала терапии БГ начните контролировать оксигенацию тканей трех органов: мозга, печени и мышц голени.
- Мониторинг rSO2 во время HD
- Наблюдать изменения в значениях rSO2 каждого органа и регулярно измерять АД в дополнение к обычному мониторингу, выполняемому во время терапии БГ, включая частоту сердечных сокращений, венозное давление и объем крови. Подтвердите область крепления и соединение между датчиками и проводами.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Церебральные значения rSO2 до БГ были ниже, чем у здоровых субъектов, а церебральные значения rSO2 у пациентов с БГ с сахарным диабетом (СД) были ниже, чем у пациентов с БГ без СД (Рисунок 1)16. Кроме того, хотя оксигенация тканей продолжается без снижения АД во время БГ, мы случайно наблюдали изменения в церебральном и печеночном rSO2 из-за интрадиалитической гипотензии (рисунок 2). Благодаря непрерывному мониторингу изменения оксигенации тканей наблюдались быстрее, чем при прерывистом контролируемом АД. Данные были выражены в виде средств ± стандартной погрешности. Анализ дисперсии для непарных значений был использован для сравнения трех групп.
Рисунок 1: Сравнение церебрального рСО2 до БГ среди пациентов с БГ с сахарным диабетом (n = 27), пациентов с БГ без сахарного диабета (n = 27) и здоровых субъектов (n = 28). Среди пациентов были 38 мужчин и 16 женщин со средним возрастом 67,7 ± 1,2 года и продолжительностью БГ 6,5 ± 1,9 года. Причинами хронического заболевания почек были СД (27 пациентов), хронический гломерулонефрит (14 пациентов), нефросклероз (4 пациента), поликистоз почек (4 пациента) и другие (5 пациентов). Полосы ошибок указывают на стандартную ошибку. Эти данные были основаны на предыдущем докладе 16, и эта цифра была изменена по сравнению с предыдущим докладом16. ДМ; сахарный диабет, БГ; гемодиализ, рСО2; региональное насыщение кислородом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Изменения церебрального и печеночного рСО2 у пациента с острой интрадиалитической гипотензией. ВР; артериальное давление, ч; час, рСО2; регионарное насыщение кислородом, UFR; скорость ультрафильтрации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Мониторинг NIRS в основном используется для оценки церебрального rSO2, особенно при сердечно-сосудистых или цереброваскулярных операциях, которые требуют экстракорпорального кровообращения. Во время экстракорпорального кровообращения, включая терапию БГ, некоторые органы могут проявлять относительную ишемию 7,17,18; однако остается неясным, становится ли оксигенация тканей низкой или нет. Мышечные судороги или боль в животе во время БГ могут быть одним из продромальных симптомов интрадиалитической гипотензии через гипоперфузию органов. Однако в терапии БГ в настоящее время нет метода оценки оксигенации тканей в режиме реального времени. Поэтому мы сосредоточились на использовании этого устройства мониторинга для оценки оксигенации органов с использованием протокола, описанного выше. Этот протокол неинвазивный для пациентов с БГ и полезен для подтверждения изменений оксигенации тканей в режиме реального времени.
Как показано на рисунке 1, церебральный rSO2 у пациентов с БГ с СД был ниже, чем у пациентов без СД. Кроме того, более высокая кальцификация сосудов была связана с более низкой оксигенацией головного мозга19. Таким образом, микро- и макрососудистые нарушения могут быть связаны с нарушением церебральной оксигенации. Кроме того, церебральный rSO2 относительно поддерживался постоянным в пределах 60-150 мм рт.ст. у пациентов с БГ4. Однако при интрадиалитической гипотензии острое снижение АД может привести к изменениям оксигенации органов (рисунок 2). До наблюдения изменений значений rSO2 по этому протоколу мы не могли подтвердить влияние оксигенации тканей во время БГ. Помимо непрерывного мониторинга артериального давления, АД обычно оценивается с перерывами. Напротив, непрерывный мониторинг с помощью NIRS может быть в состоянии обнаружить изменения в оксигенации органов до того, как они будут обнаружены изменениями АД во время БГ. Таким образом, мы могли наблюдать состояние гипоксии до подтверждения снижения АД. В дополнение к изменениям АД, переливание крови, аферез липопротеинов низкой плотности и ультрафильтрация могут вызывать изменения в оксигенации органов, такие как rSO2 нижних конечностей 20,21,22. Поэтому следует обратить внимание на острые изменения оксигенации органов при БГ.
Этот протокол имеет несколько ограничений. Во-первых, церебральный рСО2 можно было измерить только со лба; однако трудно выполнить эту оценку в заднем мозговом кровообращении. Поскольку измерительные датчики относятся к типу уплотнения, их датчики могут быть закреплены на волосах. Далее измерение печеночного рСО2 требует подтверждения толщины подкожно-жировой клетчатки. У пациентов с ожирением измеренный rSO2 может быть неточным, потому что ближний инфракрасный свет не может достичь органов-мишеней. В-третьих, на значения rSO2 может влиять движение или положение тела (т.е. лежачее и сидячее положение). Поэтому во время БГ пациентов следует измерять, находясь в своих кроватях и в том же положении, насколько это возможно.
Кроме того, значения rSO2, измеренные в этом протоколе, представляют собой смешанное венозное насыщение, которое отражает оксигенацию тканей в венозной (70-80%), капиллярной (5%) и артериальной (20-25%) крови23. Поэтому изменения значений rSO2 не обязательно параллельны изменениям чрескожного насыщения кислородом24,25. Таким образом, измеренные значения rSO2 должны быть тщательно интерпретированы. Кроме того, этот протокол прост в выполнении и неинвазивный для пациентов, если доступно устройство мониторинга NIRS. Таким образом, этот метод обеспечил бы широкую общую универсальность. Мы надеемся, что этот мониторинг NIRS будет оснащен диализными аппаратами в качестве монитора диализа в будущем.
В заключение мы описали протокол измерения оксигенации тканей с помощью NIRS у пациентов, перенесших БГ. Этот мониторинг во время БГ может предоставить новые результаты относительно изменений в оксигенации тканей, затронутых терапией БГ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Отсутствие конфликта интересов.
Acknowledgments
Благодарим диализные сотрудники и сотрудников отделения нефрологии в медицинском центре Сайтама Медицинского университета Джичи. Мы хотели бы поблагодарить Editage (www.editage.com) за редактирование на английском языке.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DBB-100NX | Nikkiso | DBB-100NX | Dialysis machine |
| INVOS 5100c | Covidien Japan | INVOSTM 5100c | tissue oxygenation device |
| SOMASENSER | Covidien Japan | CV-SAFB-SM/INTL | NIRS sensor |
References
- Nishiyama, K., et al. Regional cerebral oxygen saturation monitoring for predicting interventional outcomes in patients following out-of-hospital cardiac arrest of presumed cardiac cause: A prospective, observational, multicentre study. Resuscitation. 96, 135-141 (2015).
- Kobayashi, K., et al. Factors associated with a low initial cerebral oxygen saturation value in patients undergoing cardiac surgery. Journal of Artificial Organs. 20 (2), 110-116 (2017).
- Cruz, S. M., et al. A novel multimodal computational system using near-infrared spectroscopy predicts the need for ECMO initiation in neonates with congenital diaphragmatic hernia. Journal of Pediatric Surgery. 53 (1), 152-158 (2018).
- MacEwen, C., Sutherland, S., Daly, J., Pugh, C., Tarassenko, L. Relationship between Hypotension and Cerebral Ischemia during Hemodialysis. Journal of the American Socociety of Nephrology. 28 (8), 2511-2520 (2017).
- Polinder-Bos, H. A., et al. Changes in cerebral oxygenation and cerebral blood flow during hemodialysis - A simultaneous near-infrared spectroscopy and positron emission tomography study. Journal of Cerebral Blood Flow & Metablism. 40 (2), 328-340 (2020).
- Ookawara, S., et al. Differences in tissue oxygenation and changes in total hemoglobin signal strength in the brain, liver, and lower-limb muscle during hemodialysis. Journal of Artificial Organs. 21 (1), 86-93 (2018).
- Malik, J., et al. Tissue ischemia worsens during hemodialysis in end-stage renal disease patients. The Journal of Vascular Access. 18 (1), 47-51 (2017).
- Ito, K., et al. Cerebral oxygenation improvement is associated with hemoglobin increase after hemodialysis initiation. TheInternational Journal of Artificial Organs. , (2020).
- Valerianova, A., et al. Factors responsible for cerebral hypoxia in hemodialysis population. Physiological Research. 68 (4), 651-658 (2019).
- Ookawara, S., et al. Associations of cerebral oxygenation with hemoglobin levels evaluated by near-infrared spectroscopy in hemodialysis patients. PLoS One. 15 (8), 0236720 (2020).
- Kovarova, L., et al. Low Cerebral Oxygenation Is Associated with Cognitive Impairment in Chronic Hemodialysis Patients. Nephron. 139 (2), 113-119 (2018).
- Miyazawa, H., et al. Association of cerebral oxygenation with estimated glomerular filtration rate and cognitive function in chronic kidney disease patients without dialysis therapy. PLoS One. 13 (6), 0199366 (2018).
- Locatelli, F., et al. Haemodialysis with on-line monitoring equipment: tools or toys. Nephrology Dialysis Transplantation. 20 (1), 22-33 (2005).
- Cordtz, J., Olde, B., Solem, K., Ladefoged, S. D. Central venous oxygen saturation and thoracic admittance during dialysis: new approaches to hemodynamic monitoring. Hemodialysis International. 12 (3), 369-377 (2008).
- Kamijo, Y., et al. Continuous monitoring of blood pressure by analyzing the blood flow sound of arteriovenous fistula in hemodialysis patients. Clinical and Experimental Nephrology. 22 (3), 677-683 (2018).
- Ito, K., et al. Factors affecting cerebral oxygenation in hemodialysis patients: cerebral oxygenation associates with pH, hemodialysis duration, serum albumin concentration, and diabetes mellitus. PLoS One. 10 (2), 0117474 (2015).
- Imai, S., et al. Deterioration of Hepatic Oxygenation Precedes an Onset of Intradialytic Hypotension with Little Change in Blood Volume during Hemodialysis. Blood Purification. 45 (4), 345-346 (2018).
- Cho, A. R., Kwon, J. Y., Kim, C., Hong, J. M., Kang, C. Effect of sensor location on regional cerebral oxygen saturation measured by INVOS 5100 in on-pump cardiac surgery. Journal of Anesthesia. 31 (2), 178-184 (2017).
- Ito, K., et al. Deterioration of cerebral oxygenation by aortic arch calcification progression in patients undergoing hemodialysis: A cross-sectional study. BioMed Research International. , 2852514 (2017).
- Ito, K., et al. Blood transfusion during haemodialysis improves systemic tissue oxygenation: A case report. Nefrologia. 37 (4), 435-437 (2017).
- Ito, K., et al. Improvement of bilateral lower-limb muscle oxygenation by low-density lipoprotein apheresis in a patient with peripheral artery disease undergoing hemodialysis. Nefrologia. 39 (1), 90-92 (2019).
- Kitano, T., et al. Changes in tissue oxygenation in response to sudden intradialytic hypotension. Journal of Artificial Organs. 23 (2), 187-190 (2020).
- Lemmers, P. M. A., Toet, M. C., van Bel, F. Impact of patent ductus arteriosus and subsequent therapy with indomethacin on cerebral oxygenation in preterm infants. Pediatrics. 121, 142-147 (2008).
- Ito, K., et al. Sleep apnea syndrome caused lowering of cerebral oxygenation in a hemodialysis patient: a case report and literature review. Renal Replacement Therapy. 4, 54 (2018).
- Minato, S., et al. Continuous monitoring of changes in cerebral oxygenation during hemodialysis in a patient with acute congestive heart failure. Journal of Artificial Organs. , (2019).
