Интеграция мониторинга насыщения тканей мозга в сердечно-легочных упражнений тестирования у пациентов с сердечной недостаточностью
Summary
Этот протокол интегрировал ближнеинфракрасную спектроскопию в обычные кардиолегочные упражнения тестирования для выявления участия церебральной гемодинамической реакции в непереносимости упражнений у пациентов с сердечной недостаточностью.
Abstract
Церебральная гипооксиция во время отдыха или физических упражнений негативно влияет на способность пациентов с сердечной недостаточностью с уменьшенной фракцией выброса (HF). Однако при клинических сердечно-легочных упражнениях (КПЕТ) гемодинамика головного мозга не оценивается. NIRS используется для измерения насыщения кислородом мозговой ткани (SctO2) в лобной доле. Этот метод является надежным и действительным и был использован в нескольких исследованиях. SctO2 ниже во время отдыха и пиковых упражнений у пациентов с HF, чем при здоровых средствах управления (66,3 и 13,3% и 63,4 и 13,8% против 73,1 и 2,8% и 72 и 3,2%). SctO2 в состоянии покоя значительно линейно коррелирует с пиковым VO2 (р 0,602), склоном эффективности поглощения кислорода(р 0,501) и натриуретическим пептидом мозга(р -0.492), все из которых признаны прогностизными и тяжести заболевания маркеров, указывая на его потенциальную прогностичку значение. SctO2 определяется главным образом конечным давлением CO2, средним артериальным давлением и гемоглобином в популяции ГФ. В этой статье демонстрируется протокол, который интегрирует SctO2 с помощью NIRS в дополнительный CPET на калиброванный эргометр велосипеда.
Introduction
Сердечно-легочные упражнения тестирования (CPET) была применена у пациентов с сердечной недостаточностью с уменьшенной фракции выброса (HF) для нескольких целей, в том числе количественное смягчение сердечно-легочной пригодности, прогноз, диагностика причин физических ограничений, и осуществлять рецепты1,2,3. В ходе тестирования отслеживаются и анализируются гемодинамические переменные и данные, полученные из автоматического газообмена. Церебральная ткань насыщения кислородом (SctO2) мониторинг имеет значение для классификации прогнозиза и тяжести заболевания4,5.
Ближайская инфракрасная спектроскопия (NIRS) использует инфракрасный свет, чтобы проникнуть в череп и оценить оксигенацию тканей мозга непрерывно и неинвазивно6. Так как оксигемоглобин и дезоксигемоглобин имеют различные спектры поглощения света и являются первичными хромофорами, которые поглощают свет, их концентрации могут быть измерены с помощью передачи света и поглощения6,7. Тем не менее, поглотители фоновых ламп также рассеивают свет и могут влиять на измерение8. Это исследование приняло пространственно решенni решения NIRS для измерения SctO2 от отдыха до пика упражнения9. Четыре длины волн были испущены, чтобы компенсировать потери рассеяния, зависящие от длины волны, и устранить фоновые помехи, тем самым повышая точность10.
SctO2 представляет собой долю доставки кислорода по сравнению с потреблением в мозговой ткани. Церебральный десатурия связана с нарушением мозгового кровотока (CBF), снижениеартерии концентрации кислорода артерий, и увеличение потребления кислорода мозговой ткани11. Помимо сердечной недостаточности выхода, передовые HF вызывает церебральную гипоперфузию во время физических упражнений, косвенно вызывая сосудосуживание головного мозга через уменьшение артериального частичного давления углекислого газа (PaCO2) через гипервентиляцию 12.
Клиническое значение оксигенации головного мозга в HF было выявлено Чэнь и др.4. Во-первых, SctO2 значительно снизился в группе HF по сравнению со здоровыми элементами управления. SctO2 не только уменьшается в состоянии покоя, но и снижается далее во время физических упражнений. Не наблюдается в здоровой группе. Во-вторых, SctO2rest и SctO2peak были коррелированы с VO2peak,натриуретическим пептидом мозга (BNP) и склоном эффективности поглощения кислорода (OUES), все из которых установлены прогностическому маркеру. Таким образом, SctO2rest и SctO2peak, скорее всего, будет прогностичным и отражают тяжесть заболевания у пациентов СФ. Другое исследование Koike et al. показало, что изменение оксигемоглобина головного мозга, измеряемого на лбу от отдыха до пиковых упражнений, было значительно ниже у невыживших, чем у выживших пациентов с ишемической болезнью сердца5. Следовательно, оксигенация головного мозга может быть использована для расслоения тяжести заболевания и прогноза пациентов с HF.
Protocol
Representative Results
Discussion
Церебральная оксигенация контролируется неинвазивно и непрерывно NIRS была применена в различных сценариях, в том числе сердечно-сосудистой хирургии13 и мозга функциональных анализов, таких как те, которые оценивают нейронной активности14. Этот протокол интегр?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Пациент, участвовавший в тестировании упражнений, высоко ценится. Это исследование было поддержано Национальным советом по науке, Тайвань (NMRPG3G6231/2/3), Чан Гюн Мемориальный госпиталь (Грант No. CMRPG3G0601/2), и здорового старения научно-исследовательский центр, Чан Гун университета и Министерства образования Тайваня Высшее образование Глубокой вспашки программы (Грант номера EMRPD1H0351 и EMRPD1H0551).
Materials
| 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 |
References
- Balady, G. J., et al. Clinician’s Guide to cardiopulmonary exercise testing in adults: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 122 (2), 191-225 (2010).
- Corra, U., et al. Cardiopulmonary exercise testing in systolic heart failure in 2014: the evolving prognostic role: a position paper from the committee on exercise physiology and training of the heart failure association of the ESC. European Journal of Heart Failure. 16 (9), 929-941 (2014).
- Malhotra, R., Bakken, K., D’Elia, E., Lewis, G. D. Cardiopulmonary Exercise Testing in Heart Failure. JACC Heart Fail. 4 (8), 607-616 (2016).
- Chen, Y. J., et al. Cerebral desaturation in heart failure: Potential prognostic value and physiologic basis. PloS One. 13 (4), e0196299 (2018).
- Koike, A., et al. Clinical significance of cerebral oxygenation during exercise in patients with coronary artery disease. Circulation Journal. 72 (11), 1852-1858 (2008).
- Madsen, P. L., Secher, N. H. Near-infrared oximetry of the brain. Progress in Neurobiology. 58 (6), 541-560 (1999).
- Wahr, J. A., Tremper, K. K., Samra, S., Delpy, D. T. Near-infrared spectroscopy: theory and applications. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 10 (3), 406-418 (1996).
- Fischer, G. W. Recent advances in application of cerebral oximetry in adult cardiovascular surgery. Seminars in Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 12 (1), 60-69 (2008).
- Benni, P. B., MacLeod, D., Ikeda, K., Lin, H. M. A validation method for near-infrared spectroscopy based tissue oximeters for cerebral and somatic tissue oxygen saturation measurements. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 32 (2), 269-284 (2018).
- Strangman, G., Boas, D. A., Sutton, J. P. Non-invasive neuroimaging using near-infrared light. Biological Psychiatry. 52 (7), 679-693 (2002).
- Ide, K., Secher, N. H. Cerebral blood flow and metabolism during exercise. Progress in Neurobiology. 61 (4), 397-414 (2000).
- Immink, R. V., Secher, N. H., van Lieshout, J. J. Cerebral autoregulation and CO2 responsiveness of the brain. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 291 (4), H2018 (2006).
- Chan, M. J., Chung, T., Glassford, N. J., Bellomo, R. Near-Infrared Spectroscopy in Adult Cardiac Surgery Patients: A Systematic Review and Meta-Analysis. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 31 (4), 1155-1165 (2017).
- Sakudo, A. Near-infrared spectroscopy for medical applications: Current status and future perspectives. Clinica Chimica Acta. 455, 181-188 (2016).
- Crimi, E., Ignarro, L. J., Cacciatore, F., Napoli, C. Mechanisms by which exercise training benefits patients with heart failure. Nature Reviews: Cardiology. 6 (4), 292-300 (2009).
- Pina, I. L., et al. Exercise and heart failure: A statement from the American Heart Association Committee on exercise, rehabilitation, and prevention. Circulation. 107 (8), 1210-1225 (2003).
- Franciosa, J. A., Park, M., Levine, T. B. Lack of correlation between exercise capacity and indexes of resting left ventricular performance in heart failure. American Journal of Cardiology. 47 (1), 33-39 (1981).
- Koike, A., et al. Cerebral oxygenation during exercise and exercise recovery in patients with idiopathic dilated cardiomyopathy. American Journal of Cardiology. 94 (6), 821-824 (2004).
- Koike, A., et al. Cerebral oxygenation during exercise in cardiac patients. Chest. 125 (1), 182-190 (2004).
- Amann, M., et al. Arterial oxygenation influences central motor output and exercise performance via effects on peripheral locomotor muscle fatigue in humans. Journal of Physiology. 575 (Pt 3), 937-952 (2006).
- Fu, T. C., et al. Suppression of cerebral hemodynamics is associated with reduced functional capacity in patients with heart failure. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 300 (4), H1545-H1555 (2011).
- Myers, J., et al. The lowest VE/VCO2 ratio during exercise as a predictor of outcomes in patients with heart failure. Journal of Cardiac Failure. 15 (9), 756-762 (2009).
- Wasserman, A. J., Patterson, J. L. The cerebral vascular response to reduction in arterial carbon dioxide tension. Journal of Clinical Investigation. 40, 1297-1303 (1961).
- Ross, A., Marco, G., Jonathan, M. Ventilatory Abnormalities During Exercise in Heart Failure: A Mini Review. Current Respiratory Medicine Reviews. 3 (3), 179-187 (2007).
- Herholz, K., et al. Regional cerebral blood flow in man at rest and during exercise. Journal of Neurology. 234 (1), 9-13 (1987).
- Karlman Wasserman, J. E. H., Sue, D. Y., Stringer, W. W., Whipp, B. J. . Principles of Exercise Testing and Interpretation: Including Pathophysiology and Clinical Applications. , 285-299 (2011).
- Pott, F., et al. Middle cerebral artery blood velocity during rowing. Acta Physiologica Scandinavica. 160 (3), 251-255 (1997).
- Yoshitani, K., et al. Measurements of optical pathlength using phase-resolved spectroscopy in patients undergoing cardiopulmonary bypass. Anesthesia and Analgesia. 104 (2), 341-346 (2007).
- MacLeod, D. I., Ikeda, K., Cheng, C., Shaw, A. Validation of the Next Generation FORE-SIGHT Elite Tissue Oximeter for Adult Cerebral Tissue Oxygen Saturation. Anesthesia and Analgesia. 116 (SCA Suppl), (2013).
- Davie, S. N., Grocott, H. P. Impact of extracranial contamination on regional cerebral oxygen saturation: a comparison of three cerebral oximetry technologies. Anesthesiology. 116 (4), 834-840 (2012).
- Ogoh, S., et al. A decrease in spatially resolved near-infrared spectroscopy-determined frontal lobe tissue oxygenation by phenylephrine reflects reduced skin blood flow. Anesthesia and Analgesia. 118 (4), 823-829 (2014).
