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एक मॉडल मनुष्यों में चिकित्सकीय प्रासंगिक हाइपोक्सिया अनुकरण

Published: December 22, 2016 doi: 10.3791/54933

Lars Eichhorn¹, Florian Kessler¹, Volker Böhnert², Felix Erdfelder¹, Anja Reckendorf³, Rainer Meyer⁴, Richard K. Ellerkmann¹

¹Department of Anaesthesiology and Intensive Care Medicine, University Hospital of Bonn, ²Institute of Clinical Chemistry and Clinical Pharmacology, University of Bonn, ³Institute for Terrestrial and Aquatic Wildlife Research, University of Veterinary Medicine Hannover, ⁴Institute of Physiology 2, University of Bonn

Summary

मानव में हाइपोक्सिया अनुकरण आमतौर पर hypoxic गैस के मिश्रण inhaling द्वारा प्रदर्शन किया गया है। इस अध्ययन के लिए, श्वासरोध गोताखोरों मनुष्यों में गतिशील हाइपोक्सिया अनुकरण करने के लिए इस्तेमाल किया गया। इसके अतिरिक्त, desaturation और फिर से संतृप्ति कैनेटीक्स में शारीरिक परिवर्तन ऐसे लगभग अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (NIRS) और परिधीय ऑक्सीजन संतृप्ति (एसपीओ ₂₎ के रूप में गैर-आक्रामक उपकरण के साथ मूल्यांकन किया गया।

Introduction

चिकित्सकीय प्रासंगिक तीव्र हाइपोक्सिया और सहवर्ती hypercapnia ज्यादातर ऑब्सट्रक्टिव स्लीप एपनिया सिंड्रोम (OSAS), गंभीर airway बाधा के साथ रोगियों में हृदय या पुनर्जीवन के दौरान देखा जाता है। OSAS और अन्य hypoxemic की स्थिति के क्षेत्र में प्रमुख सीमाओं pathophysiology जानवरों के अध्ययन से प्राप्त होता बारे में और कहा कि मानव मॉडल हैं न के बराबर ¹ सीमित हस्तांतरणीय ज्ञान शामिल हैं। ⁷ ^- मानव में हाइपोक्सिया की नकल करने के लिए, hypoxic गैस के मिश्रण अब तक ² इस्तेमाल किया गया है। हालांकि, इन शर्तों के नैदानिक स्थितियों में, जहां हाइपोक्सिया, सामान्य रूप में, hypercapnia के साथ है की तुलना में अधिक ऊंचाई आसपास के अधिक प्रतिनिधि हैं। हृदय की गिरफ्तारी और पुनर्जीवन के दौरान ऊतक oxygenation पर नजर रखने के लिए, जानवरों के अध्ययन शारीरिक प्रतिपूरक तंत्र की जांच करने के लिए ⁸ प्रदर्शन किया गया है।

श्वासरोध गोताखोरों स्वस्थ सांस लेने आवेग निराशाजनक में सक्षम एथलीटों हैंकि कम धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति ⁹ और एक वृद्धि पीसीओ ₂ ^10,11 द्वारा पैदा की है। हम आदेश तीव्र हाइपोक्सिया और सहवर्ती hypercapnia ¹² के नैदानिक स्थितियों की नकल करने में श्वासरोध गोताखोरों की जांच की। यह मॉडल, नैदानिक setups का मूल्यांकन OSAS या रोग श्वास रोगों के साथ रोगियों के pathophysiological समझ में सुधार, और एपनिया के मामलों में एक संभावित काउंटर संतुलन तंत्र के अध्ययन के लिए नई संभावनाओं को प्रकट करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसके अलावा, विभिन्न तकनीकों का मानव में हाइपोक्सिया कि आपात स्थितियों में मौजूद है व्यवहार्यता और गतिशील हाइपोक्सिया के मामले में सटीकता के लिए परीक्षण किया जा सकता का पता लगाने के लिए (यानी, एयरवे अवरोधों, laryngospasm या intubate नहीं कर सकते, स्थितियों हवादार नहीं कर सकते हैं) या रोगियों में रुक-रुक कर हाइपोक्सिया अनुकरण करने के लिए OSAS के साथ।

अवेध्य तकनीक हाइपोक्सिया पता लगाने के लिए मानव में सीमित कर रहे हैं। परिधीय नाड़ी oximetry (एसपीओ ₂₎ पूर्व हॉस्पिटल में एक अनुमोदित उपकरण हैताल और अस्पताल सेटिंग्स हाइपोक्सिया ¹³ पता लगाने के लिए। विधि हीमोग्लोबिन के प्रकाश के अवशोषण पर आधारित है। हालांकि, एसपीओ ₂ माप परिधीय धमनी ऑक्सीजन तक सीमित है और pulseless विद्युत गतिविधि (मटर) या केंद्रीकृत न्यूनतम संचलन ¹⁴ के मामलों में इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है। ¹⁹ ^- इसके विपरीत, लगभग अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी मस्तिष्क ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति (आरएसओ ₂₎ रक्तस्रावी सदमे या subarachnoid नकसीर ^के बाद ¹⁵ के दौरान, मटर के दौरान वास्तविक समय में मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसका प्रयोग लगातार ²⁰ से बढ़ रहा है और methodological अध्ययनों एसपीओ ₂ और आरएसओ ₂ ^3,4 के बीच एक सकारात्मक संबंध का पता चला है।

इस अध्ययन में, हम एक मॉडल मानव में चिकित्सकीय प्रासंगिक हाइपोक्सिया अनुकरण और डे और फिर से संतृप्ति के मामले में परिधीय नाड़ी oximetry और NIRS तुलना करने के लिए एक कदम-दर-कदम कार्यप्रणाली पेश करने के लिए प्रदान करते हैं। एक के मामले में शारीरिक डेटा का विश्लेषण करकेpnea, काउंटर संतुलन तंत्र के बारे में हमारी समझ में सुधार किया जा सकता है।

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Protocol

नैतिकता कथन
मानव प्रतिभागियों को शामिल अध्ययन में प्रदर्शन सभी प्रक्रियाओं 1964 हेलसिंकी घोषणा की नैतिक मानकों और उसके बाद में संशोधन के अनुसार थे। इस अध्ययन के डिजाइन बॉन, जर्मनी के विश्वविद्यालय अस्पताल के स्थानीय आचार समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था।

नोट: यह सुनिश्चित करें कि विषयों, किसी भी विरोधी उच्च रक्तचाप से ग्रस्त दवा का नि: शुल्क और कम से कम 24 घंटे कैफीन या बराबर पदार्थों की तरह catecholamine उत्प्रेरण एजेंटों की मुक्त अच्छा और स्वस्थ हालत में हैं।

1. परीक्षा विषय की तैयारी

70% शराब के साथ माथे की त्वचा को साफ त्वचा NIRS इलेक्ट्रोड स्थिति के लिए पहले degrease करने के लिए।
भौं ऊपर और midsagittal परिखा (ठिकाना frontopolar 2) के अधिकार के लिए सही माथे पर NIRS इलेक्ट्रोड रखें मस्तिष्क (= केंद्रीय) ऊतक oxygenation को मापने के लिए।
सिग्नल की स्थिरता का मूल्यांकन। आरएसओ ₂ -signal निरंतर होना चाहिए (7; 3%) में कम से कम 5 मिनट के लिए।
NIRS (NIRS _ऊतक -electrode) के साथ परिधीय ऊतक oxygenation को मापने के लिए, मस्कुलस quadriceps ग्रीवा (वैकल्पिक रूप प्रकोष्ठ पर) के बीच से ऊपर एक इलेक्ट्रोड जगह है। एक शिरापरक जाल या एक धमनी के ऊपर इलेक्ट्रोड जगह नहीं है।
बाल मुक्त छाती पर रखें ईसीजी-इलेक्ट्रोड। ईसीजी सुराग विभिन्न पत्र के साथ चिह्नित कर रहे हैं। जगह "आर" medioclavicular लाइन, "एफ" छोड़ निचले पसली किनारे पर के पांचवें पसलियों के बीच अंतरिक्ष बीच पर वक्षपेशी प्रमुख बाईं की sternocostal सिर, "सी" पर वक्षपेशी की sternocostal सिर प्रमुख सही, 'एल' पर ' एन "सही कम पसली किनारे पर।
एक ही सिरा और पक्ष जहां NIRS _ऊतक -electrode रखा गया है पर एक उंगलियों पर उपाय परिधीय नाड़ी oximetry (एसपीओ _2)।
एक रक्तचाप कफ का उपयोग करके noninvasive रक्तचाप (NIBP) को मापने। contralateral सिरा कि परिधीय नाड़ी oxim अनुमति देता का उपयोगetry मापा जाएगा। आदेश रक्तचाप परिणामों में एक उच्च समय संकल्प पाने के लिए, को मापने के लिए एक एक मिनट के अंतराल चुनें। स्क्रीन को छूने और "सेटिंग" का चयन करके NIBP चुनें।
एपनिया से पहले कम से कम 20 मिनट, दाएं या बाएं हाथ के दौरान और एपनिया के बाद अलग-अलग समय बिंदुओं पर खून के नमूने आकर्षित करने के लिए की औसत दर्जे का Cubital नस में एक अंतःशिरा लाइन की स्थापना।
1. 70% शराब के साथ त्वचा को साफ करें।
2. नसों अधिक प्रमुख बनने में मदद करने के लिए एक बंधन का प्रयोग करें।
3. त्वचा कीटाणुशोधन का प्रयोग संक्रमण से बचने और त्वचा के माध्यम से सुई डालने के लिए।
4. कैथेटर केंद्र में रक्त फ्लैशबैक के बाद प्रविष्टि कोण कम करें। नस में कैथेटर पुश।
5. सुई और बाँझ खारा (NaCl 0.9%) से भरा कैथेटर निकालें।

2. डेटा संग्रह

आदेश बाद में प्रसंस्करण के लिए माप सिंक्रनाइज़ करने में सभी मॉनिटर की आंतरिक घड़ी जांचना।
1. सीएलडेस्कटॉप पर दाहिने घड़ी आइकन Ick, और पॉप-अप विंडो में "बदलाव दिनांक और समय सेटिंग्स" टैप करें।
2. वसीयत और मेनू के माध्यम से बदलाव दिनांक और समय NIRS पर सेटिंग मेनू बटन दबाएँ।
ऑफ़लाइन विश्लेषण के लिए शारीरिक डाटा स्टोर करने के लिए, डॉकिंग स्टेशन में मॉनिटर डिवाइस डालने और केबल नेटवर्क के माध्यम से कंप्यूटर से कनेक्ट। सुनिश्चित आईपी पते और डॉकिंग स्टेशन के सबनेट मास्क के क्रम में एक कनेक्शन पाने के लिए नेटवर्क सेटिंग्स में सही है। आदेश में यह जानकारी प्राप्त करने के लिए उपकरण प्रदाता से संपर्क करें।
कंप्यूटर पर माप को बचाने के लिए एक निगरानी डिवाइस विशेष सॉफ्टवेयर का प्रयोग करें। "शुरू" पर क्लिक रिकॉर्डिंग शुरू करते हैं और माप के अंत के बाद परिणाम को बचाने के लिए।
नोट: कुछ उपकरणों में, डेटा माप के दौरान रहते बचाया जा रहा है।
नोट: मुसीबत शूटिंग निम्नलिखित कदम की देखभाल के लिए: यदि NIRS _ऊतक हस्ताक्षर की परिवर्तनशीलताnals बहुत अधिक है, इलेक्ट्रोड (बड़ा शिरापरक जाल या धमनियों इलेक्ट्रोड के तहत सीधे बचने के लिए) की स्थिति को फिर से मूल्यांकन। NIRS _{मस्तिष्क} संकेतों के उच्च परिवर्तनशीलता भी गोताखोरों की अतिवातायनता आंशिक सीओ ₂ को कम करने के लिए एक अप्रत्यक्ष मार्कर हो सकता है। धीमी सांस के अधीन हिदायत और कम ज्वार-मात्रा और साथ संकेत फिर से मूल्यांकन। विषयों अंतिम एपनिया से पहले 3 गहरी प्रेरणा लेने के लिए अनुमति दी जाती है। आधारभूत मूल्यों के मूल्यांकन में इस अवधि सहित बचें। अधिक से अधिक प्रेरणा के बाद पहली बार 30 सेकंड चर मूल्यों की विशेषता है। उन्हें विश्लेषण के लिए उपयोग न करें।

3. एपनिया

विषयों एक झूठ बोल स्थिति वाहिकासंकीर्णन की वजह से रक्त परिसंचरण में तनाव प्रेरित परिवर्तन से बचने के लिए कम से कम 15 मिनट के लिए बाकी है। विषयों के सामान्य रूप से सांस ले अतिवातायनता के प्रभाव की वजह से वाहिकासंकीर्णन से बचने के लिए। ≤ 15 साँस / मिनट सांस लेने आवृत्ति सीमा।
खून का नमूना ड्राआधारभूत विश्लेषण के लिए है। माप अनिश्चितता से बचने के लिए तैयार खून के पहले 5 मिलीलीटर त्यागें। थक्के रोकने के लिए बाँझ खारा के साथ प्रत्येक शिरापरक रक्त संग्रह के बाद कैथेटर फ्लश।
सुनिश्चित करें कि निगरानी मूल्यों विषयों के लिए अदृश्य उनकी श्वासरोध प्रदर्शन करने के लिए दृश्य प्रभावों से बचने के लिए कर रहे हैं।
कार्यक्षमता और संकेत गुणवत्ता के लिए प्रत्येक डिवाइस की जाँच करें। सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रोड एपनिया के अंत में विषय की परीक्षा की अनैच्छिक आंदोलनों से नहीं हटाया जा सकता है।
स्पष्ट समझौतों के साथ समाप्त। पिछले 2 मिनट की एक उलटी गिनती मौखिक रूप से दे। विषयों इस तैयारी के समय के दौरान सामान्य रूप से सांस ले जाना चाहिए। अंतिम सांस 3 गहरी प्रेरणा से पहले अनुमति दी जाती है। विषय से पूछो उंगली हस्ताक्षर द्वारा पिछले साँस लेना संकेत मिलता है। एपनिया संभव के रूप में लंबे समय के रूप में किया जाना चाहिए।
नोट: अंतिम सांस के अंत एपनिया के शुरू होने का संकेत है। एपनिया के अंत एपनिया के बाद पहली प्रेरणा के रूप में परिभाषित किया गया है।
मार्क महत्वपूर्ण घटनाओं (यानी, एक शुरुआतएन डी एपनिया के अंत) को इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस पर NIRS "घटना मार्क बटन" दबाने से आगे समय विश्लेषण में अशुद्धियों से बचने के लिए।
नोट: छाती और पेट अनैच्छिक डायाफ्राम गतिविधियों से प्रेरित आंदोलनों एपनिया की दूसरी छमाही में आम हैं और संघर्ष के चरण संकेत मिलता है।
अध्ययन का उद्देश्य के आधार पर अलग-अलग समय अंक पर खून के नमूने ड्रा।
10 मिनट के लिए 1,500 XG पर अपकेंद्रित्र रक्त नमूने हैं। सतह पर तैरनेवाला ले लो और भविष्य के विश्लेषण के लिए -80 डिग्री सेल्सियस पर दुकान।

4. डाटा प्रोसेसिंग

मॉनिटर डिवाइस से डेटा प्रसंस्करण:
1. कंप्यूटर और प्रेस पर सहेजी गई फ़ाइल खोलें "शुरू" डेटा का विश्लेषण करने के लिए।
2. प्रवृत्ति पर नजर रखने के लिए उपयोग हो और "विकल्प" और फिर "उपकरण" मेनू submask में चुनने के लिए "समीक्षा" पर क्लिक करें। समय अंतराल के माध्यम से "प्रवृत्ति अंतराल" बदला जा सकता है, यदि आवश्यक हो।
3. नकाब "रुझान" और बचत का चयन करेंई। ओपन फ़ाइल "रुझान" आगे की प्रक्रिया के लिए एक स्प्रेडशीट कार्यक्रम में।
NIRS डिवाइस से प्रसंस्करण डेटा:
1. कंप्यूटर पर सॉफ्टवेयर खोलें और वाईफ़ाई के माध्यम से NIRS डिवाइस से कनेक्ट।
2. कंप्यूटर के लिए NIRS डिवाइस से डेटा स्थानांतरण।
3. सीएसवी प्रारूप में डेटा को बचाने।
4. आगे की प्रक्रिया के लिए एक स्प्रेडशीट प्रोग्राम में फ़ाइल खोलें।

5. मूल्यों का विश्लेषण

मूल्यों की तुलना करने के लिए दोनों डेटासेट के साथ एक स्प्रेडशीट बनाएं। कम से कम 30 सेकंड जहां NIRS-मूल्यों और एसपीओ ₂ लगातार कर रहे हैं (± 3%) की एक समय अंतराल को पहचानें। एक आधारभूत स्तर को परिभाषित करने के लिए इन मूल्यों के एक औसत ले।
नोट: दिल दर एपनिया के लिए काफी प्रायर को बदलने के लिए जाना जाता है। आदेश में आगे विश्लेषण का संचालन करने के लिए, एक आधारभूत दिल की दर एपनिया की दीक्षा के बाद एक समय बिंदु 30 सेकंड में परिभाषित किया गया है।
आरएसओ ₂ और एसपीओ ₂ में monotonic कमी की शुरुआत बिंदु का पता लगाएं
एपनिया की समाप्ति के बाद मूल्यों का एक monotonic वृद्धि के रूप में एपनिया के अंत में आरएसओ ₂ और एसपीओ ₂ वृद्धि के प्रारंभ बिंदु को पहचानें। इस बिंदु के रूप में "फिर से संतृप्ति के शुरू" परिभाषित किया गया है।
"एपनिया की शुरुआत" और "desaturation के शुरू" और "एपनिया के अंत" और NIRS _{मस्तिष्क,} NIRS _ऊतक और एसपीओ _{2 के} लिए "फिर से संतृप्ति के शुरू" के बीच समय के अंतर के बीच समय के अंतर की गणना। एक अलग स्प्रेडशीट पर सेकंड में प्रत्येक अंतर को बचाओ।
वैकल्पिक: दूसरे और एपनिया के अंतिम मिनट के दौरान प्रत्येक भागीदार के दिल दर परिवर्तनशीलता की गणना। यह इस तनावपूर्ण चरण के दौरान सहानुभूति / parasympathetic संतुलन के बारे में जानकारी प्रकट हो सकता है।

6. सांख्यिकीय प्रसंस्करण

एसपीओ _2, NIRS _{मस्तिष्क,} और NIRS _ऊतक मूल्यों "desaturation की शुरुआत" के बीच समय के अंतर की तुलना करें। माप मतभेद की गाऊसी वितरण के लिए टेस्ट (जैसे, नमूना के लिए शापिरो-विल्क सामान्य परीक्षण का उपयोग कर 50 की तुलना में छोटे आकार)।
माप मतभेद का वितरण सामान्य वितरण से काफी अलग है, तो का उपयोग Wilcoxon रैंक परीक्षण पर हस्ताक्षर किए। सामान्य वितरण ग्रहण किया जा सकता है, तो बनती टी परीक्षण का उपयोग पर विचार करें।

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Representative Results

एक रोगी में एसपीओ ₂ और NIRS मूल्यों (NIRS _{मस्तिष्क} और NIRS _ऊतक) के एक साथ रिकॉर्डिंग चित्रा 1 प्रदर्शित करता है एपनिया के दौरान। कुल एपनिया समय 363 सेकंड था। बाद एपनिया NIRS और एसपीओ ₂ मूल्यों लगभग 140 सेकंड के लिए स्थिर बने रहे। एसपीओ ₂ में कमी परिधीय एसपीओ ₂ से 204 सेकंड के बाद पता चला है, जबकि NIRS _{मस्तिष्क} की कमी आई 238 सेकंड के बाद पता चला था। सबसे कम मापा एसपीओ ₂ निम्नलिखित एपनिया 58% थी और सबसे कम मापा NIRS _{मस्तिष्क} 46% थी। एपनिया NIRS के अंत में _{सेरेब्रल} 12 सेकंड की एक समय की देरी के बाद वृद्धि हुई जबकि एसपीओ ₂ 30 सेकंड के एक समय की देरी के बाद वृद्धि हुई है।

¹² - 54% (24 रेंज 74) के लिए - दस श्वासरोध गोताखोरों के हाल के एक अध्ययन में हम 71% (55 रेंज 85) से NIRS _{मस्तिष्क} मूल्यों में एक महत्वपूर्ण कमी देखी गई 2 98% (98 रेंज 100) से कमी आई है। चित्रा 2 दिखाता NIRS में एपनिया और कमी की शुरुआत के बीच का मतलब समय देरी एसपीओ बनाम _{मस्तिष्क} इन दस गोताखोरों की ₂ मूल्यों। ऑक्सीजन संतृप्ति NIRS _{मस्तिष्क} द्वारा मापा उंगलियों से एसपीओ ₂ [175 सेकंड मापा पर ऑक्सीजन संतृप्ति की तुलना में बाद में काफी कमी; एसडी = 50 बनाम 134 सेकंड सेकंड; एसडी = 29 सेकंड; (टी (9) = 2.865, पी = 0.019, आर ² = 0.477)]। इस ऊंचा मस्तिष्क में रक्त प्रवाह और एपनिया के दौरान मस्तिष्क के ऊतकों की तरजीही ऑक्सीजन की आपूर्ति के लिए एक संकेत के रूप में लिया जा सकता है।

श्वसन (चित्रा 2 सी) के पुनः आरंभ करने के बाद, NIRS _{मस्तिष्क} के मूल्यों एसपीओ ₂ मूल्यों [10 सेकंड पहले की तुलना में काफी वृद्धि हुई है; एसडी = 4 बनाम 21 सेकंड सेकंड; एसडी = 4 सेकंड (टी (9) = 7.703, 0.001 <पी, आर ² = 0.868)]। आंकड़े 2 बी 2) पर और मस्कुलस quadriceps ऊपर मापा एपनिया के दौरान ग्रीवा (NIRS _{ऊतक)।} NIRS _ऊतक मूल्यों में काफी पहले से एसपीओ ₂ मूल्यों [39 एस में कमी आई; 125 सेकंड की देरी बनाम एसडी = 13 सेकंड; एसडी = 36 सेकंड (टी (6) = 4.869, पी = 0.003, आर ² = 0.798)]। इस बार देरी दिखाई दे सकते हैं कि परिधीय वाहिकासंकीर्णन, ऊतक oxygenation में कमी की ओर जाता है यहां तक कि धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति में कमी से पहले - एसपीओ ₂ द्वारा कल्पना - measureable है। वहाँ NIRS _ऊतक और एसपीओ ₂ [NIRS _ऊतक 30 सेकंड के बीच श्वसन की पुनः आरंभ करने के बाद समय की देरी में कोई अंतर नहीं था; एसपीओ ₂ 27 सेकंड बनाम एसडी = 16 सेकंड; एसडी = 7 सेकंड (टी (6) = 0.631, पी = 0.551, आर ² = 0.062)]। यह इंगित करता है, कि मनाया समय में देरी विभिन्न उपकरणों के लिए खुद के कारण नहीं है।

ऊतक - - और 100% करने के लिए NIRS _{मस्तिष्क} -baseline मूल्यों (चित्रा 3) पेज = "1"> व्यक्ति एपनिया अवधियों के दौरान डे और फिर से संतृप्ति की तुलना करने के लिए, हम एसपीओ ₂ सामान्यीकृत। व्यक्तिगत एपनिया अवधि की तुलना करने के लिए, प्रत्येक विषय के कुल एपनिया अवधि भी 100% करने के लिए स्थापित किया गया था। ¹²

आकृति 1
चित्रा 1: NIRS, एसपीओ _2, और दिल की दर (मानव संसाधन) के समय पाठ्यक्रम एपनिया के दौरान। एक भागीदार के कच्चे डेटा प्रदर्शित किया जाता है। कुल एपनिया समय 363 सेकंड था। विषय मस्तिष्क आरएसओ ₂ की तुलना में एसपीओ ₂ में पहले के एक कमी का प्रदर्शन किया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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चित्रा 2: एपनिया और श्वसन की पुनः प्रारंभ दौरान समय देरी। क) एपनिया और बनाम एसपीओ ₂ मूल्यों _{मस्तिष्क} NIRS की कमी की शुरुआत के बीच के समय में देरी मतलब है, ख) एपनिया और बनाम एसपीओ ₂ मूल्यों NIRS _{ऊतकों} की कमी की शुरुआत के बीच के समय में देरी मतलब है, ग) श्वसन के पुनः आरंभ और बनाम एसपीओ ₂ मूल्यों _{मस्तिष्क} NIRS की वृद्धि के बीच के समय में देरी मतलब है, घ) श्वसन के पुनः आरंभ और बनाम एसपीओ ₂ मूल्यों NIRS _{ऊतकों} की वृद्धि के बीच के समय में देरी का मतलब। त्रुटि सलाखों का मतलब की मानक त्रुटि का संकेत। डाटा और Eichhorn एट अल से आंकड़ा। 2015 ^12। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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चित्रा 3: सामान्यीकृत एसपीओ ₂ के टेम्पोरल प्रगति, NIRS _{मस्तिष्क} और NIRS _ऊतक मान: एपनिया समय में अलग-अलग रूपों को संतुलित करने के लिए, सभी एपनिया बार 100% करने के लिए मानकीकृत किया गया। इस प्रकार तीन साजिश रची मापदंडों में बदलाव के रिश्तेदार एपनिया बार करने के लिए आवंटित कर रहे हैं। आधारभूत मूल्यों एपनिया से पहले 100% के रूप में परिभाषित किया गया मापा। त्रुटि सलाखों का मतलब की मानक त्रुटि का संकेत। डाटा और Eichhorn एट अल से आंकड़ा। 2015 ^12। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

कुल एपनिया समय मुख्य रूप से फेफड़ों के आकार और प्रति मिनट ऑक्सीजन की खपत की वजह से और एक 'व्यक्तियों साँस लेने में पीसीओ ₂ बढ़ रही है या पीओ ₂ को कम करने की वजह से पलटा को झेलने की क्षमता से प्रभावित है। एपनिया गोताखोरों उनकी सांस पकड़ अवधि अधिकतम करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है और अधिक से अधिक प्रेरणा में ऐसा करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। इसलिए, जब तक हाइपोक्सिया समय व्यक्तियों के बीच detectable अलग है और इस विषय की शारीरिक हालत और प्रशिक्षण की स्थिति पर निर्भर करता है और यहां तक कि सांस लेने पलटा सामना करने के लिए अपने दैनिक राज्य और इच्छा से भिन्न हो सकता है। विषय के तनाव के स्तर प्रोटोकॉल कदम का विस्तृत शिक्षा और एक शांत परिवेश पर्यावरण से कम किया जा सकता है।

वहाँ कई कारकों है कि कुल एपनिया समय, जिसका मतलब है कि परीक्षण के वातावरण के क्रम में मानकीकृत किया जाना चाहिए परिणाम है कि विश्वसनीय और repeatable रहे हैं पाने के लिए प्रभावित कर रहे हैं। शोधकर्ताओं catecholamine increa का अध्ययन करने में रुचि रखते हैंएसई या सहानुभूति तंत्रिका गतिविधि पदार्थों को प्रभावित करने के लिए दोनों (यानी, कैफीन, निकोटीन, केले, नट्स, या किसी भी चिकित्सा पदार्थों monoamine oxidase की तरह (माओ) निरोधक, आदि जैसे खाद्य) से बचा जाना चाहिए। इसके अलावा नसों लाइन एपनिया से पहले कम से कम 20 मिनट की स्थापना की जानी चाहिए। एक विषय है 'तनाव के स्तर को मुख्य रूप से catecholamine स्तर को प्रभावित करती है और शोधकर्ताओं मिथ्या सिद्ध कर सकता है' रक्त विश्लेषण का परिणाम है। सामान्य में, शोधकर्ताओं, क्योंकि बड़े अंतर-व्यक्तिगत मतभेदों के परिणामों को सामान्य करने के लिए प्रत्येक विषय के आधारभूत स्तर बनाना चाहिए।

NIRS प्रौद्योगिकी द्वारा ऊतक oxygenation की गैर-आक्रामक माप ऑक्सीजन और ऑक्सीजन रहित हीमोग्लोबिन ²¹ में अर्द्ध मात्रात्मक परिवर्तन का उपयोग करता है। NIRS के उपयोग के लिए लगातार ²⁰ से बढ़ रहा है और यह मस्तिष्क और परिधीय ऊतक के संतृप्ति, गुणवाला रक्त के प्रवाह की स्वतंत्र पहचान सकते हैं। NIRS मूल्यों एन के अंतर्गत रखा शिराओं और धमनियों वाहिकाओं की मात्रा पर निर्भर करती हैआईआरएस-इलेक्ट्रोड। NIRS मूल्यों इसलिए इलेक्ट्रोड के तहत धमनी वाहिकाओं बनाम शिराओं की राशि के आधार पर काफी अलग कर सकते हैं। इसके अलावा, स्थान और संपर्क दबाव मूल्यों की विश्वसनीयता को प्रभावित करती है। मान माप शुरू करने से पहले स्थिरता के लिए जाँच की जानी चाहिए। NIRS संकेतों आधारभूत माप के दौरान अलग अलग है, तो इलेक्ट्रोड की जगह या कुल त्वचा से संपर्क के लिए जाँच करें। NIRS परिणाम, रिश्तेदार डे या आधारभूत मूल्यों की तुलना में मूल्यों की वृद्धि की व्याख्या के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए (निरपेक्ष नहीं)।

एक अधिक से अधिक सांस पकड़ के शारीरिक बोझ के कारण, विषय के प्रति apneas की संख्या सीमित है। तैयारी प्रोटोकॉल प्रत्येक विषय के लिए बराबर होना चाहिए और सभी उपकरणों की जाँच की डबल पहले वे इस्तेमाल कर रहे हैं होना चाहिए। एक पलटन में प्रोटोकॉल संशोधित न करें। मानकीकृत setups परिणाम है कि प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हैं बनाने के लिए अनिवार्य हैं। हालांकि अधिक से अधिक सांस रोक से पहले अतिवातायनता धमनी सीओ ₂ का स्तर और डी को कम करती हैelays सांस लेने प्रोत्साहन, यह भी मस्तिष्क autoregulation और vasomotor जेट ²² प्रभावित करता है। सक्रिय अतिवातायनता विषय द्वारा विघटनकारी प्रभाव को कम करने के लिए बचा जाना चाहिए।

इस मॉडल के समग्र लक्ष्य सांस रोक से मानव में हाइपोक्सिया अनुकरण करने के लिए है। इसलिए, अतिरिक्त माप उपकरणों रक्तचाप (यानी, आक्रामक रक्तचाप माप) या सहानुभूति तंत्रिका गतिविधि के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी प्राप्त करने के लिए स्थापित किया जा सकता है। रक्तचाप माप पोत व्यवस्था करने के लिए लंबे समय तक एपनिया के बोझ का अनुमान किया जा सकता है। ईसीजी संकेतों आरआर अंतराल में हरा-टू-हरा परिवर्तनशीलता की गणना करने के लिए या कार्डियक अतालता का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसके अलावा, लार या रक्त के नमूनों में catecholamine स्तर ²⁹ में कोर्टिसोल के स्तर के दौरान और एपनिया के बाद अलग अलग समय बिंदुओं पर मापा जा सकता है। इन मूल्यों के कैनेटीक्स संभव अध्ययन के अवसरों के एक नंबर को खोलता है। फिर भी, हाइपोक्सिया के एक विश्वसनीय पता लगाने हैhypoxic शर्तों एपनिया की वजह से यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। विभिन्न उपकरणों के द्वारा, लेकिन एक ही श्वासरोध सत्र में मापा मूल्यों सीधे तुलना की जा सकती। समय मतभेद (उदाहरण के लिए, रक्तचाप में वृद्धि, desaturation शुरू होता है, जब तक आदि) विभिन्न व्यक्तियों से कुल एपनिया समय पर सामान्यीकृत किया जाना चाहिए।

श्वसन पलटा मानव शरीर की सबसे मजबूत प्रोत्साहन से एक है। एक्यूट हाइपोक्सिया और hypercapnia इसलिए केवल विकृतियों (यानी, ओएसए, आपात स्थितियों, laryngospasm, सीपीआर, आदि) के साथ रोगियों में देखा जाता है। ज्यादातर अप्रत्याशित, हाइपोक्सिया क्योंकि एक विषय 'comorbidities का पता लगाने के लिए मुश्किल है, हमेशा के लिए एक ट्रिगर घटना से प्रभावित है और मूल्यांकन करने के लिए मुश्किल है। गोताखोरों और हाइपोक्सिया के दौर से गुजर रोगियों की कुल एपनिया समय है क्योंकि पूरी तरह से अलग प्रारंभिक स्थितियों की तुलना नहीं की जानी चाहिए हालांकि, मानव प्रतिपूरक तंत्र हाइपोक्सिया के मामले में मस्तिष्क को नुकसान से बचने के लिए समान ²³ कर रहे हैं ^-^28। एक विस्तारित स्वैच्छिक सांस पकड़ भी शरीर की ऑक्सीजन भंडारण खाली और एक विषय के पीसीओ ₂ ²⁹ बढ़ जाती है। श्वासरोध गोताखोरों मनुष्यों ¹² में गतिशील हाइपोक्सिया के अनुकरण के दौरान विश्वसनीय परिणाम उत्पन्न करने के लिए दिखाया गया है। हम एक न्यूनतम मस्तिष्क संतृप्ति हृदय की गिरफ्तारी (42.2 ± 10.7% ¹⁵ और 37.2 ± 17.0% ¹⁴⁾ के दौरान रोगियों में देखा मूल्यों की तुलना में केवल थोड़ा अधिक मापा। यह बताता है कि हमारे मॉडल चिकित्सकीय प्रासंगिक हाइपोक्सिया की नकल करने में सक्षम है। हालांकि हाइपोक्सिया गंभीर स्वास्थ्य समस्याओं का कारण बनता है, छोटा सा अफसर शारीरिक तंत्र अभी तक पूरी तरह से नहीं कर रहे हैं ¹ समझ में आ रहा है और अब कोई प्रासंगिक नैदानिक मानव मॉडल अस्तित्व में मानव में तीव्र हाइपोक्सिया अनुकरण तक। एक नैदानिक प्रासंगिक मॉडल के रूप में स्वस्थ श्वासरोध गोताखोरों का प्रयोग मनुष्यों में हाइपोक्सिया और hypercapnia अनुकरण करने के लिए भविष्य में जांच के लिए बड़ी क्षमता रखती है। यह मॉडल वैज्ञानिकों को क्षतिपूरक व्यवस्था hypoxic से बचने के लिए अध्ययन करने के लिए अनुमति देता हैएक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य मानव मॉडल में नुकसान। यह इस तरह के laryngospasm या के रूप में hypoxic आपात स्थितियों की एक चिकित्सकीय प्रासंगिक अनुकरण की अनुमति देता है "हवादार नहीं कर सकते हैं - intubate नहीं कर सकते"। यह मानव हाइपोक्सिया को मापने के लिए नई आक्रामक या गैर इनवेसिव उपकरणों की व्यवहार्यता साबित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसके अलावा, इस मॉडल में वृद्धि हुई अंतर्जात catecholamines के सहसंबंध और हृदय समारोह (यानी, हृदय की दर परिवर्तनशीलता, कार्डियक आउटपुट, आदि) पर उनके प्रभाव को समझने में मदद कर सकता है। श्वासरोध गोताखोरों में हाइपोक्सिया निरीक्षण करने के लिए अलग और नए उपकरणों का उपयोग करके नए मानकों का पता लगाया जा सकता है और भविष्य में हाइपोक्सिया के बारे में हमारी समझ को बढ़ा सकता है।

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Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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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References

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Eichhorn, L., Kessler, F., Böhnert, V., Erdfelder, F., Reckendorf, A., Meyer, R., Ellerkmann, R. K. A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans. J. Vis. Exp. (118), e54933, doi:10.3791/54933 (2016).

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