Summary

Utvärdering av hydratiseringsstatus genom bioelektrisk impedansvektoranalys hos patienter med ischemisk hjärtsjukdom som genomgår ansträngningsstresstest

Published: September 22, 2023
doi:

Summary

Obalanser i vätskestatus kan ha en kortsiktig effekt på direkta och indirekta bestämningsfaktorer för syreupptagning och puls, och morbiditets- och mortalitetsprognostiska faktorer vid ischemisk hjärtsjukdom. Detta protokoll beskriver tekniken för bedömning av hydratiseringsstatus genom bioelektrisk impedansvektoranalys och kardiopulmonell respons under träningsstresstest.

Abstract

Ischemisk hjärtsjukdom (IHD) representerar en grupp kliniska syndrom som kännetecknas av myokardiell ischemi, vilket leder till en försämring av myokardblodtillförseln och försämrad perfusion. Flera kliniska variabler som utvärderats genom ett stresstest, såsom syreupptagningsförmåga (VO2) och syrepuls (HR/O2), har tillskrivits kardiopulmonella prognostiska faktorer hos patienter med IHD. Andra faktorer som hydreringsstatus (HS), som kan påverka hjärt- och lungsvaret, har dock knappt behandlats. Obalanserad HS har en kortvarig effekt på plasmavolymen och det sympatiska nervsystemet, vilket påverkar blodvolymen och sänker VO2 och HR/O2. Nyligen har bioelektrisk impedansanalys (BIA), en metod baserad på motståndet mellan kroppsvävnader (inklusive vätskevolym) och en låg elektrisk ström, använts i stor utsträckning för att bedöma HS genom att erhålla två komponenter: resistans (R) och reaktans (Xc) och använda prediktionsformler. Flera begränsningar som kronisk sjukdom eller onormal vätskestatus kan dock påverka resultaten. I detta avseende har alternativa BIA-metoder, såsom bioelektrisk impedansvektoranalys (BIVA), blivit relevanta. R och Xc (justerade efter höjd) resulterar i en vektor plottad på R/Xc-grafen, vilket gör det möjligt att tolka HS som normal eller onormal beroende på medelvektorns avstånd. Denna studie syftar till att beskriva hur man kan bestämma HS med BIVA med hjälp av en enhet med en frekvens och jämföra resultaten med det kardiopulmonella svaret hos patienter med IHD.

Introduction

Ischemisk hjärtsjukdom (IHD) representerar en grupp kliniska syndrom som kännetecknas av myokardiell ischemi, en obalans i myokardblodets tillgång och efterfrågan. Den underliggande patofysiologiska defekten inkluderar otillräcklig perfusion, främst på grund av aterosklerotisk sjukdom i epikardiell kranskärl 1,2,3. I allmänhet är förekomsten av hjärt-kärlsjukdom (CVD) vanlig, vilket visar på dålig överlevnad över hela världen4. Särskilt under 2015 bidrog IHD till cirka 9 miljoner dödsfall och mer än 160 miljoner funktionsjusterade levnadsår, och numera är IHD fortfarande en av de främsta dödsorsakerna, och det gynnar bördan av hjärtsjukdomar runt om i världen5.

För att utvärdera både förekomst och prognos av IHD används rutinmässigt vissa icke-invasiva procedurer som träningsstresstest (EST). EST ger en bedömning av den totala prestandan hos kardiovaskulära, muskulära, lung-, hematopoetiska, neurosensoriska och skelettsystem när den maximalt tolerabla stressen uppträder under EST6.

Under normala förhållanden kan man förvänta sig fysiologiska anpassningar under träningen. Under träning sker flera förändringar, som en dynamisk förändring av vätska i blodet i kärlfacket, minskning av plasma- och blodvolym och ökning av hematokrit- och plasmametabolitkoncentrationer. Minskad plasmavolym normaliseras cirka 1 timme efter träning, vilket också kan variera beroende på individuell träningsnivå och vattenpåfyllning7.

IHD kan dock leda till ett akut försämrat svar på träning, vilket påverkar EST-prestationen i vissa variabler som omfattar aerob kapacitet och träningstolerans, såsom syreupptagningsförmåga (VO2) och hjärtfrekvens/syrepuls (HR/O2)8. Nyligen har hydreringsstatus (HS), ett mått på det vatten som finns i kroppen1, föreslagits som en faktor kopplad till plasmavolym, som kan modifiera blodflödet och viskositeten. HS har också relaterats till systolisk volym, hjärtfrekvens och arteriovenös syreskillnad, determinanter för VO2. Dessutom beskriver vissa studier sambandet mellan HS och ett lägre kardiopulmonellt svar (hjärtkronotrop och inotrop, VO2 och HR/O2)9.

Dessutom har flera faktorer som ålder, miljöförhållanden, nivån av fysisk aktivitet/träning och kostfaktorer som vätskeintag beskrivits delta i HS balans10. På samma sätt kan patofysiologiska tillstånd som IHD och dess progression påverka HS11.

Även om HS är nära relaterat till hjärt-lung-, biologiska-miljömässiga reaktioner eller livsstilsfaktorer, har det särskilda sambandet mellan IHD i befolkningen och tidigare tillstånd behandlats knapphändigt; och det utgör en betydande utmaning för klinisk forskning, särskilt på grund av bedömningen av tidiga stadier, samt kravet på tillförlitliga och standardiserade metoder för att utvärdera HS.

För att ta itu med detta kan bioelektrisk impedansanalys (BIA), en praktisk, icke-invasiv och kostnadseffektiv metod, användas för att uppskatta kroppssammansättning inom en klinisk miljö men har också föreslagits som en alternativ metod för att utvärdera HS som visar fördelar jämfört med andra metoder som biomarkörtester (urin- eller plasmaosmolalitet) på grund av förekomsten av hög variabilitet i resultaten och till och med över guldstandardmetoden (isotoputspädning) på grund av komplexiteten i den teknik som kräver särskild utbildning och mycket dyr utrustning, vilket blir kliniskt opraktiskt 12,13,14,15.

Den konventionella BIA-metoden tillämpar en alternerande, låg elektrisk strömintensitet (under de perceptuella trösklarna), som kommer in i människokroppen och korsar inre vävnader. Sedan, baserat på principen att kroppsorgan kan fungera som elektriska ledare eller dielektrikum, kan vi få ett register över elektrisk impedans (eller bioelektrisk impedans [Z]) som återspeglar organens motstånd mot det fritt applicerade elektriska flödet (EF), beroende på deras sammansättning (fett- eller muskelmassa, ben, vatten, etc.) 12. Här är Z-källor resistans (R) och reaktans (Xc). Den förstnämnda är relaterad till EF:s opposition genom cellulära joniska lösningar (intracellulära och extracellulära), medan den senare är en kapacitiv komponent i vävnadsgränssnitt, cellmembran och organeller12.

Dessutom är bioelektrisk impedansvektoranalys (BIVA) en alternativ BIA-metod som använder rumsliga relationer mellan R och Xc (båda justerade efter höjd) för att bedöma mjukvävnadshydrering. R- och Xc-data plottas på en bivariat resistans-reaktansgraf, vilket gör det möjligt att visualisera kroppssammansättning och HS12,16.

Med tanke på det mindre utforskade området HS-balans i samband med hjärt-lungräddning, såväl som det växande intresset för att karakterisera nya tillämpningar av metoder som BIVA vid utvärdering av HS, syftar denna studie till att bestämma HS med BIVA-metoden och att analysera HS-relationen med VO2 och HR/O2 hos ambulatoriska patienter med IHD.

Protocol

Den institutionella forskningsetiska kommittén från Centro Médico Nacional “20 de Noviembre”, ISSSTE, godkände detta protokoll (ID 383.2019). Alla inkluderade patienter undertecknade skriftligt informerat samtycke. 1. Före mätning av bioelektrisk impedansanalys (BIA) OBS: BIA-protokollproceduren mäts med hjälp av en bioelektrisk impedansanordning med en frekvens (materialförteckning). Denna enhet ger två värden (resistans o…

Representative Results

Först användes R- och Xc-data (båda justerade efter patientens längd) som registrerats från enheten med en frekvens (SF-BIA) för att erhålla BIVA R/Xc-grafen. För det andra klassificerade vi hydratiseringsstatus som euhydrering, hyperhydrering och hypohydrering. Representativa hydreringsdata från manliga patienter plottade med cirkel och triangel, i åldrarna 66 år och 67 år, som väger 72,2 kg och 72,3 kg, längd 169 cm och 163 cm, visas (Figur 2). Dessutom visas impedansdata R/H…

Discussion

Även om BIA anses vara en säker, praktisk och icke-invasiv metod, som övervinner begränsningarna hos andra metoder för att mäta kroppssammansättning och kroppsvatten19,23, är det relevant att överväga den potentiella bias som uppstår när det gäller typen av bioelektrisk impedans (metoden som beskrivs här är specifik för en bioelektrisk impedansenhet med en frekvens), eller variationen i stegen och teknikverifieringsmetoderna.

<p class="jove_co…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Till Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) som sponsrade stipendiet CVU 1004551 för Dulce María Navarrete de la O under hennes MSc-examen.

Materials

BIVA Tolerance BIVA SOFTWARE 2002 Piccoli A, Pastori G: BIVA software. Department of Medical and Surgical Sciences, University of Padova, Padova, Italy, 2002 (available at E-mail:apiccoli@unipd.it).
Cardiopoint ECG C600 BTL 407-80MANEN03100 ELECTROCARDIOGRAPH
Cardiopoint Trolley BTL 40700B000240 TROLLEY
Portable Digital Flat Scale SECA 813 DIGITAL FLAT SCALE
Portable Stadiometer SECA 213 STADIOMETER
Quantum IV RJL SYSTEMS Q4B-2405 BIOELECTRIC IMPEDANCE ANALYZER
Treadmill Clinical BTL 216A18 TREADMILL

References

  1. Alcalá, J. E., Maicas, C., Hernández, P., Rodríguez, L. Ischemic heart disease: concept, classification, epidemiology, risk factors, prognosis and prevention. Medicine. 12 (36), 2145-2152 (2017).
  2. Steenbergen, C., Frangogiannis, N. . Muscle: Fundamental Biology and Mechanisms of Disease. , (2012).
  3. Moreno, P. R., Portillo, J. H. Myocardial ischemia: basic concepts, diagnosis and clinical implications. Revista Colombiana de Cardiología. 23 (5), 403-409 (2016).
  4. Roth, G. A., et al. Global Burden of Cardiovascular Diseases and Risk Factors, 1990-2019: Update From the GBD 2019 Study. Journal of the American College of Cardiology. 76 (25), 2982-3021 (2020).
  5. Zhang, G., et al. Burden of Ischemic heart disease and attributable risk factors in China from the global burden of disease 2015 study. BMC Cardiovascular Disorders. 18, 1-13 (2018).
  6. Lomelí, H. I., et al. . Ejercicio, Dieta y Corazón. , (2013).
  7. García, M., Nuñez, J. P. . Rehabilitación Cardiovascular: Prevención y Deporte. , 35-49 (2019).
  8. Coeckelberghs, E., Buys, R., Goetschalckx, K., Cornelissen, V. A., Vanhees, L. Prognostic value of the oxygen uptake efficiency slope and other exercise variables in patients with coronary artery disease. European Journal of Preventive Cardiology. 23 (3), 237-244 (2015).
  9. Lundby, C., Montero, D., Joyner, M. Biology of VO2 max: looking under the physiology lamp. Acta Physiologica. 220 (2), 218-228 (2017).
  10. Baron, S., Courbebaisse, M., Lepicard, E. M., Friedlander, G. Assessment of hydration status in a large population. British Journal of Nutrition. 113 (1), 147-158 (2015).
  11. Kemp, C. D., Conte, J. V. The pathophysiology of heart failure. Cardiovascular Pathology. 21 (5), 365-371 (2012).
  12. Lukaski, H. C., Piccoli, A. Bioelectrical Impedance Vector Analysis for Assessment of Hydration in Physiological States and Clinical Conditions. Handbook of Anthropometry: Physical Measures of Human Form in Health and Disease. , 287-305 (2012).
  13. Roubenoff, R., Heymsfield, S. B., Kehayias, J. J., Cannon, J. J., Rosenberg, I. H. Standardization of nomenclature of body composition in weight loss. The American Journal of Clinical Nutrition. 66 (1), 192-196 (1997).
  14. Armstrong, L. E. Assessing Hydration Status: The Elusive Gold Standard Assessing Hydration Status: The Elusive Gold Standard. Journal of the American College of Nutrition. 26 (5 Suppl), 37-41 (2007).
  15. Armstrong, L. E. Hydration assessment techniques. Nutrition Reviews. 63 (6), S40-S54 (2005).
  16. Picolli, A., Nescolarde, D., Rosell, J. Análisis convencional y vectorial de bioimpedancia en la práctica clínica. Nefrología. 22 (3), 228-238 (2002).
  17. Lohman, T. G., Roche, A. F., Martorell, R. . Anthropometric standardization reference manual. , (1991).
  18. Piccoli, A., Pastori, G. . BIVA software. , (2002).
  19. Espinosa, M. A., et al. Vectores de impedancia bioeléctrica para la composición corporal en población mexicana. Revista de Investigación Clínica. 59 (1), 15-24 (2007).
  20. Fletcher, G. F., et al. Exercise Standards for Testing and Training. A Scientific Statement From the American Heart Association. Circulation. 128, 873-934 (2013).
  21. Thompson, W. R., Gordon, N. F., Pescatello, L. S. . ACSM’S Guidelines for Exercise Testing and Prescription. , (2010).
  22. Mason, R. E., Likar, I. A new system of multi-lead exercise electrocardiography. American Heart Journal. 71 (2), 196-205 (1966).
  23. González, C. H., Caicedo, J. C. Bioelectrical impedance analysis (BIA): a proposal for standardization of the classical method in adults. Journal of Physics: Conference Series. 407 (012018), 1-13 (2012).
  24. Kyle, U. G., et al. Bioelectrical impedance analysis-part I: review of principles and methods. Clinical Nutrition. 23, 1226-1243 (2004).
  25. Khalil, S. F., Mohktar, M. S., Ibrahim, F. The Theory and Fundamentals of Bioimpedance Analysis in Clinical Status Monitoring and Diagnosis of Diseases. Sensors. 14, 10895-10928 (2014).
  26. Savegnago, M., Faccioli, J. M., Jordao, A. A. Analysis of Body Composition: A Critical Review of the Use of Bioelectrical Impedance Analysis. International Journal of Clinical Nutrition. 2 (1), 1-10 (2014).
  27. Kyle, U. G., et al. Bioelectrical impedance analysis-part II: utilization in clinical practice. Clinical Nutrition. 23, 1430-1453 (2004).
  28. Armstrong, L. E., et al. Human hydration indices:acute and longitudinal reference values. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism. 20 (2), 145-153 (2010).
  29. Di Somma, S., et al. The emerging role of biomarkers and bio-impedance in evaluating hydration status in patients with acute heart failure. Clinical Chemistry and Laboratory. 50 (12), 2093-2105 (2012).
  30. Thanapholsart, J., Khan, E., Lee, G. A. A Current Review of the Uses of Bioelectrical Impedance Analysis and Bioelectrical Impedance Vector Analysis in Acute and Chronic Heart Failure Patients: An Under-valued Resource. Biological Research For Nursing. 25 (2), 240-249 (2023).
  31. Sugizaki, C. S. A., et al. Comparison of Bioelectrical Impedance Vector Analysis (BIVA) to 7-point Subjective Global Assessment for the diagnosis of malnutrition. Jornal Brasileiro de Nefrologia. 44 (2), 171-178 (2021).
  32. Marawan, A., et al. Edema Index Predicts Cardiorespiratory Fitness in Patients With Heart Failure With Reduced Ejection Fraction and Type 2 Diabetes Mellitus. Journal of the American Heart Association. 10 (8), e018631 (2021).
  33. Rangaswami, J., et al. Cardiorenal Syndrome: Classification, Pathophysiology, Diagnosis, and Treatment Strategies. A Scientific Statement From the American Heart Association. Circulation. 139 (16), e840-e878 (2019).

Play Video

Cite This Article
Juan Antonio, P., Dulce María, N. l. O., Juan Antonio, S., Jorge Antonio, L., José Rodolfo, A., Hugo Alberto, R., Eduardo Alfonso, L., Julieta Danira, M., Enrique, G., Brenda, S., Paul, M. Evaluation of Hydration Status by Bioelectrical Impedance Vector Analysis in Patients with Ischemic Heart Disease Undergoing Exercise Stress Test. J. Vis. Exp. (199), e64683, doi:10.3791/64683 (2023).

View Video