Un modello per simulare ipossia clinicamente rilevanti negli esseri umani
Summary
simulazione ipossia negli esseri umani è stato di solito eseguita da inalazione di miscele di gas ipossiche. Per questo studio, i subacquei di apnea sono stati utilizzati per simulare ipossia dinamica nell'uomo. Inoltre, i cambiamenti fisiologici di desaturazione e ri-saturazione cinetica sono stati valutati con strumenti non invasivi come la Near-Infrared-spettroscopia (NIRS) e la saturazione di ossigenazione periferica (SpO2).
Abstract
In case of apnea, arterial partial pressure of oxygen (pO2) decreases, while partial pressure of carbon dioxide (pCO2) increases. To avoid damage to hypoxia sensitive organs such as the brain, compensatory circulatory mechanisms help to maintain an adequate oxygen supply. This is mainly achieved by increased cerebral blood flow. Intermittent hypoxia is a commonly seen phenomenon in patients with obstructive sleep apnea. Acute airway obstruction can also result in hypoxia and hypercapnia. Until now, no adequate model has been established to simulate these dynamics in humans. Previous investigations focusing on human hypoxia used inhaled hypoxic gas mixtures. However, the resulting hypoxia was combined with hyperventilation and is therefore more representative of high altitude environments than of apnea. Furthermore, the transferability of previously performed animal experiments to humans is limited and the pathophysiological background of apnea induced physiological changes is poorly understood. In this study, healthy human apneic divers were utilized to mimic clinically relevant hypoxia and hypercapnia during apnea. Additionally, pulse-oximetry and Near Infrared Spectroscopy (NIRS) were used to evaluate changes in cerebral and peripheral oxygen saturation before, during, and after apnea.
Introduction
Clinicamente rilevante ipossia acuta e ipercapnia concomitante è visto soprattutto nei pazienti con la sindrome ostruttiva di apnea del sonno (OSAS), ostruzione delle vie aeree acuta o durante la rianimazione cardiopolmonare. Le principali limitazioni nel campo della OSAS e altre condizioni ipossiemici includono la conoscenza limitata trasferibile sulla fisiopatologia derivate da studi su animali e che modelli umani sono inesistenti 1. Per simulare l'ipossia negli esseri umani, miscele di gas ipossiche sono finora stati utilizzati 2-7. Tuttavia, queste condizioni sono più rappresentativi di un ambiente di alta quota che di situazioni cliniche in cui l'ipossia, in generale, è accompagnato da ipercapnia. Per monitorare l'ossigenazione dei tessuti durante l'arresto cardiaco e rianimazione, studi su animali sono stati eseguiti 8 per indagare meccanismi compensatori fisiologici.
subacquei di apnea sono atleti sani in grado di deprimere l'impulso di respirazioneche viene evocato da una bassa saturazione arteriosa di ossigeno 9 e un aumento del pCO2 10,11. Abbiamo studiato i subacquei di apnea in modo da imitare situazioni cliniche di ipossia acuta e ipercapnia concomitante 12. Questo modello può essere utilizzato per valutare le configurazioni clinici, migliorare la comprensione fisiopatologica di pazienti con OSAS o disturbi respiratori patologici, e rivelare nuove possibilità per studiare un potenziale meccanismo di bilanciamento contatore in caso di apnea. Inoltre, diverse tecniche per rilevare ipossia negli esseri umani può essere testato per la fattibilità e precisione nel caso di ipossia dinamico che è presente in situazioni di emergenza (ad esempio, ostruzioni delle vie aeree, laringospasmo o non può intubazione, impossibile ventilare situazioni) oppure per simulare ipossia intermittente in pazienti con OSAS.
tecniche non invasive per rilevare ipossia negli esseri umani sono limitati. Peripheral pulsossimetria (SpO2) è uno strumento approvato nel pre-hospiTal e ambito ospedaliero per rilevare ipossia 13. Il metodo si basa sulla luce assorbimento di emoglobina. Tuttavia, la misura SpO 2 è limitata a ossigenazione arteriosa periferica e non può essere utilizzato in caso di attività elettrica senza polso (PEA) o centralizzato circolazione minima 14. Al contrario, Near-Infrared Spectroscopy può essere utilizzato per valutare cerebrale saturazione di ossigeno tissutale (RSO 2) in tempo reale durante il PEA, durante shock emorragico o dopo emorragia subaracnoidea 15 – 19. Il suo uso è in costante crescita e 20 studi metodologici hanno rivelato una correlazione positiva tra SpO 2 e RSO 2 3,4.
In questo studio, mettiamo a disposizione un modello per simulare l'ipossia clinicamente rilevante negli esseri umani e presentare una metodologia step-by-step per confrontare pulsossimetria periferica e NIRS in caso di de- e ri-saturazione. Analizzando i dati fisiologici in caso dipnea, la nostra comprensione dei meccanismi di bilanciamento del contatore può essere migliorata.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il tempo totale di apnea è causato principalmente dalla dimensione del polmone e consumo di ossigeno al minuto e influenzata dalla capacità di un individuo per sopportare il riflesso respirazione causato aumentando pCO 2 o diminuendo pO 2. apneisti sono addestrati a massimizzare la loro durata apnea e sono abituati a fare in modo di ispirazione massima. Pertanto, il tempo fino ipossia è differisce rilevabili tra individui e dipende dallo stato e condizione di preparazione fisica del soggetto e p…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Special thanks to all volunteers who participated in the original study. The work of L. Eichhorn was supported through a scholarship of the Else-Kröner-Fresenius Foundation. The authors would like to thank Springer, Part of Springer Science+Business Media, for copyright clearance (License Number 3894660871180) and the kind permission of reusing previously published data.
Materials
| SpO2 | Dräger Medical AG&CO.KG | SHP ACC MCABLE-Masimo Set | peripheral SpO2-Monitoring |
| Non Invasive Blood Pressure (NIBP) | Dräger Medical AG&CO.KG | NIBP cuff M+, MP00916 | |
| Electrocardiographic (ECG) | Dräger Medical AG&CO.KG | Infinity M540 Monitor | ECG monitoring |
| Docking station | Dräger Medical AG&CO.KG | M500 Docking Station | connection of M540 to laptop |
| NIRS | NONIN Medical’s EQUANOX | Model 7600 Regional Oximeter System | measuring of cerebral and tissue oxygenation |
| NIRS diodes | EQUANOX Advance Sensor | Model 8004CA | suited for measuring cerebral and somatic oxygen-saturation |
| Laptop | |||
| DataGrabber | Dräger Medical AG&CO.KG | DataGrabber v2005.10.16 | software to synchronize M540 with laptop |
| eVision | Nonin Medical. Inc. | Version 1.3.0.0 | software to synchronize NONIN with laptop |
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