相位角和BIVA Z评分分析在急诊科急性心力衰竭患者中的临床应用

摘要

在本协议中，我们解释了如何获得和解释通过生物电阻抗获得的相位角值和生物电阻抗矢量分析 （BIVA） Z 评分在急诊科收治的急性心力衰竭患者中，以及它们作为预测标志物的临床适用性90 天事件的预后。

摘要

急性心力衰竭的特征是神经激素激活，导致钠和水潴留，并导致身体成分改变，例如体液充血或全身充血增加。这种情况是入院的最常见原因之一，并且与不良预后有关。相位角间接测量细胞内状态、细胞完整性、活力以及细胞内和细胞外体水之间的空间分布。该参数已被发现是健康状况的预测指标，也是生存率和其他临床结果的指标。此外，入院时相位角值为<4.8°与急性心力衰竭患者的死亡率较高相关。然而，低相位角值可能是由于心力衰竭中存在的改变，例如液体从细胞内体水 （ICW） 室转移到 ECW（细胞外体水）室，以及体细胞质量同时减少（这可能反映营养不良）。因此，低相位角可能是由于水合过度和/或营养不良。BIVA通过图形矢量（R-Xc图）提供有关体细胞质量和充血状态的附加信息。此外，与原始 R-Xc 图上百分位数的椭圆具有相同模式的 BIVA Z 分数分析（与参考组平均值的标准差数）可用于检测软组织质量或组织水合作用的变化，并可以帮助研究人员比较不同研究人群的变化。该协议解释了如何获取和解释相位角值和 BIVA Z 评分分析、它们的临床适用性以及它们作为急性心力衰竭急诊科患者 90 天事件预后的预测标志物的有用性。

引言

急性心力衰竭 （AHF） 由心衰竭衍生物的体征、症状和加重以及临床、血流动力学和神经激素异常（包括全身炎症激活导致钠和水潴留）的组合引起¹。这种长期积累导致间质糖胺聚糖 （GAG） 网络功能失调，导致缓冲能力降低并改变 GAG 网络的形式和功能 ^1,2。由于液体从细胞内空间转移到细胞外空间³，这导致了身体成分的改变，从而导致体液增加并导致充血，这是 HF 住院的最常见原因。它主要是液体超负荷、室积液再分布或两者机制的结合，需要立即就医^4,5。这种情况是预后不良的主要预测因素之一^6,7。

考虑到 AHF 是 65 岁以上患者住院的最常见原因⁸，大约 90% 的急诊科患者出现液体超负荷⁶，其中约 50% 的患者出院时出现持续的呼吸困难和疲劳症状，和/或体重减轻很少或没有减轻⁹.出院后住院死亡率为 4%-8%;3 个月时从 8% 增加到 15%，对于再住院，3 个月时的比率从 30% 到 38%^{不等 10}.因此，在急诊科等实时和急性环境中快速准确地评估充血对于治疗管理¹¹ 和确定疾病预后、发病率和死亡率⁶至关重要。

生物电阻抗分析（BIA）已被建议用于估计身体成分是否安全、无创和便携^{技术 12}.为了估计全身阻抗，BIA 使用相敏阻抗分析仪，该分析仪通过放置在手和脚上的四极表面电极引入恒定的交流电¹²。该方法结合了电阻 （R）、电抗 （Xc） 和相角 （PhA）¹³，其中 R 是交流电流过细胞内和细胞外离子溶液的阻力。Xc是组织界面、细胞膜和细胞器在通过施用电流¹²时传导（介电成分）或顺应性的延迟。PhA 反映了 R 和 Xc 之间的关系。它来源于组织的电学特性;它表示为细胞膜和组织界面处电压和电流之间的滞后，并用相敏器件¹⁴、¹⁵、^16、17 测量。

PhA 是根据 R 和 Xc 的原始数据计算得出的 （PA [度] = 反正切 （Xc/R） x （180°/π）），它被认为是细胞健康和细胞膜结构的指标之一¹⁸，以及 ICW 和 ECW 空间分布的指标，即隔室重新分布的改变（特别是从细胞内到细胞外水的变化， 低相位角可以显示）¹⁹.因此，低 PhA 值可能是由于水合过度和/或营养不良，Z 评分可用于区分这种低 PhA 是由于软组织质量的损失、组织水合作用的增加，还是两者兼而有之。此外，Z 分数的转换可以帮助研究人员比较不同研究人群的变化 ^3,14。

此外，PhA 被认为是健康状况的预测因子、生存指标和不同临床结果的预后标志物 3,20，即使在其他临床条件下也是如此 20,21,22,23，其中高 PhA 值表明细胞膜完整性和活力更高 ^10,13因此功能更强大。这与低PhA值形成鲜明对比，低PhA值反映了膜的完整性和通透性损失，导致细胞功能受损甚至细胞死亡^14,22,24。在慢性心力衰竭 （CHF） 患者中，较小的 PhA 值与较差的功能分类相关²⁵。此外，PhA 测量的优点之一是它不需要召回的参数、体重或生物标志物。

一些研究建议对液体位移和液体再分布改变或水合状态不恒定的患者（例如 AHF²⁶ 中的患者）使用原始 BIA 测量。这是因为 BIA 基于估计全身水分 （TBW）、细胞外体内水分 （ECW） 和细胞内体内水分 （ICW） 的回归方程。因此，由于与软组织水合作用的生理关系，此类患者的瘦体重和脂肪量估计存在偏差²⁷。

生物电阻抗矢量分析（BIVA）方法克服了传统BIA方法²⁸的一些局限性。它通过对身体成分的半定量评估来提供额外的信息，包括体细胞质量 （BCM）、细胞质量完整性和水合状态²⁹。因此，它允许通过R-Xc图^28,30上的矢量分布和距离模式来估计体液体积。BIVA 用于创建阻抗 （Z） 的矢量图，使用从 BIA 导出的 50 kHz 频率下的全身 R 和 Xc 值。

为了调整 R 和 Xc 的原始值，参数 R 和 Xc 由高度 （H） 标准化，以 Ohm/m 表示为 R/H 和 Xc/H，并绘制为向量;该向量在 R-Xc 图^16,28 上具有长度（与 TBW 成正比）和方向。

性别特异性 R-Xc 图包含三个椭圆，对应于健康参考人群²⁸、³¹、³² 的 50%^、75% 和 95% 容差椭圆;椭圆的椭球形式由 R/H 和 Xc/H 之间的关系决定。然而，为了评估特定性别参考健康人群中的阻抗参数，将原始原始 BIA 参数转换为双变量 Z 评分（在 BIVA Z 评分分析中）并绘制在 R-Xc Z 评分图^33,34 上。该图与 R-Xc 图相比，将标准化 R/H 和 Xc/H 表示为双变量 Z 分数，即 Z（R） 和 Z（Xc） 显示与参考组平均值³³ 相差的标准差数。Z 分数的容差椭圆与原始 R-Xc 图^31,33 上百分位数的容差椭圆保持相同的模式。R-Xc 和 R-Xc 的 Z 评分图显示软组织质量和组织水合作用的变化与回归方程或体重无关。

沿椭圆长轴的矢量位移表明水化状态的变化;低于椭圆 75% 极点的缩短向量表明凹陷性水肿（敏感性 = 75%，特异性 = 86%）;然而，AHF 和 CHF 患者检测凹陷性水肿的最佳阈值不同，其中 75% 的下极对应于 AHF 患者，50% 对应于 CHF 患者的水肿（敏感性 = 85%，特异性 = 87%）³⁵。另一方面，沿短轴的矢量位移对应于细胞质量。椭圆的左侧表示细胞质量高（即更多的软组织），其中较短的向量对应于肥胖个体，并且其特征在于与具有较长向量的运动者相似的阶段。相反，右侧表示较少的体细胞质量^21,34;根据Picolli等人^31,33，厌食症、HIV和癌症组的载体评分位于短轴的右侧^，对应于恶病质的类别。

本研究旨在解释如何在急诊科收治的 AHF 患者中使用 BIA 获得和解释 PhA 值，并展示其作为 90 天事件预后的预测标志物的临床适用性/有用性。

研究方案

该协议已获得国家医学科学与营养研究所研究伦理委员会Salvador Zubirán（参考文献3057）的批准。为了进行 BIA 测量，使用了四极多频设备（参见 材料表）。该设备在50 kHz的频率下提供了电阻（R）、电抗（Xc）和相位角（PhA）的准确原始值，从而能够以最佳信噪比测量阻抗。使用的粘性电极需要符合制造商的建议。已获得参与研究的患者的知情书面同意。

1. 实验和患者准备

注意：这些步骤是在执行 BIA 测量之前执行的。

1. 使用已知值为 500 Ω（范围：496-503 Ω）的测试电阻器定期测试设备以检查阻抗测量的准确性。
2. 根据制造商的说明和文献³⁶ 中描述的四极性方法对执行 BIA 测量的人员进行培训。
   注意：患者必须禁食至少 4-5 小时。如果患者清醒且有意识，请解释将要进行的程序。
3. 从右脚上取下鞋子和袜子以及任何与患者皮肤接触的金属物体，例如手镯、手表、戒指和链子。
   注意： 如果右脚受伤，请包扎并切换到左侧（如果两只脚都无法暴露并放置电极，则无法进行 BIA 测量）。
4. 根据患者的耐受性，将患者置于仰卧位或半卧位，双腿和手臂以约 45° 的角度展开。对于肥胖患者，在他们的大腿之间放一张床单，以避免他们之间的接触。
5. 将引线连接到设备;有迹象表明连接它们的正确方法。

2. BIA测量

1. 确定将放置电极的区域。用 70% 的酒精垫清洁这些表面并等待酒精干燥以放置电极（电极的位置已在前面描述）³⁷。
   注意：有关 BIA 测量的详细信息，请参阅前面描述的协议³⁷。

3. R-Xc Z-score图上的BIA原始参数分析

1. 下载 Piccolli³⁸ 的 BIVA 公差软件（参见材料表）。
   注意：该软件包括七个工作簿表（指南/参考人口/点图/路径/主题/Z 分数/Z 图）。
2. 单击参考人群表，根据患者特征选择参考 人群 ，并将其复制并粘贴到第一个黄色行中。
   注意：软件仅读取第一个黄色行，即放置参考人口的位置。参考种群从 1 到 10（Popul 代码 列），它们显示在黄色种群下方的行中。
3. 单击 Z 评分表，插入参考人群，然后在第二行中输入患者数据。
   注：参考人口数据包括人口代码（Popul Code）、参考人口中包含的患者人数（Popul Size、N）、以 m 2 为单位的以欧姆为单位的平均电阻（R/H 平均值）、以欧姆为单位的电阻与高度的标准偏差（以 m 2 为单位）（R/H SD）、以欧姆为单位的平均电抗（以 m² 为单位的高度）（Xc/H 平均值）， 以及以欧姆为单位的电抗与高度的标准偏差，单位为 m² （Xc/H SD）。这些数据显示在参考人口表（A至F列）中。
   1. 将每位患者的病历编号插入“ 受试者 ID ”字段（G 列）。
   2. 在“ 组代码 ”字段（H 列）中插入一个介于 1 和 10 之间的数字。
   3. 将使用 BIA 获得的电阻值插入 R/H 主题 字段（第 I 列）。
   4. 将用 BIA 获得的电抗值插入 Xc/H 主题 字段（J 列）。
   5. 将值 1 插入到 绘图选项 字段（K 列）中以创建绘图;若要跳过行，请将单元格留空。
4. 单击电子表格 程序菜单，单击 “补充 ”选项卡，然后单击“ 计算 ”按钮。
   注意：将自动计算 Z（R ） 分数（L 列）Z （Xc） 分数 （M 列）。
5. 单击 Z 图工作表;然后，在电子表格程序菜单中，单击“ 加载项 ”选项卡和“ 新建图形 ”按钮。
6. 按照步骤 4 和步骤 5 执行 BIVA Z 分数和相角分析。

4. BIVA Z分数的解释和分析

注意：识别 R-Xc Z 分数图中的四种模式。在沿长轴的极端情况下，下部模式与充血有关，而上部模式与脱水状态有关。在沿短轴的极端情况下，左模式与软组织中的细胞质量增加有关，而右模式与软组织中的细胞质量较少有关。为了根据组的平均年龄计算双变量 Z 分数，使用以下公式：Z（R） = （R/H 平均年龄组 - 参考人群中的 R/H 平均值）/ 参考人群的标准差和 Z（Xc） = （Xc/H 组的平均年龄 - 参考人群中的 Xc/H 平均值）/ 参考人群的标准差。

1. 可视化并识别 50%、75% 和 95% 的椭圆。 x （电抗）和 y （电阻）轴显示标准偏差。
   注：性别特异性 R-Xc Z 评分图根据水合状态和 BCM 进行分类，75% 公差椭圆内的所有向量都被认为表示阻抗正常的组织。
2. 确定水合状态的轴并对向量进行分类。
   注意：低于下极点 75% 容差椭圆的矢量表示拥塞，而落在 75% 容差椭圆内的所有矢量表示没有拥塞。落在上极点 75% 公差椭圆之外的矢量被认为表明脱水状态。
3. 识别图形上的 BCM 轴并对向量进行分类。
   注意：向左侧位移的向量被认为表示更大的 BCM。相反，图形右侧的向量被归类为表示较低的 BCM。
4. 确定绘图与参考组平均值之间的标准差数。
   注意： 低于下极点（长轴）的 75% 容差椭圆和左侧（短轴）的 75% 椭圆之外的向量被解释为指示 BCM（较少的软组织）减少的充血状态，而落在右侧（短轴）的向量被解释为指示 BCM 增加的充血状态（更多软组织）。
5. 另一方面，落在下极点（长轴）的 75% 容差椭圆和左侧（短轴）的 75% 椭圆之外的向量被解释为表示非充血状态，BCM 减少（软组织较少），而落在右侧（短轴）的向量被解释为表示非拥塞状态，BCM 增加（更多软组织）。

5. 直接计算和解释PhA

注意：需要原始 R 50 和 Xc₅₀ 值来计算 PhA。

1. 将原始 R 50 和 Xc₅₀ 值代入公式。
   注意： RStudio 中的公式：atan（Xc 50/R₅₀）*（180°/π）;Microsoft Excel中的公式：=ATAN（Xc 50 / R₅₀）*（180°/ PI）。结果以度数表示。
   PhA 通常在 5° 到 7° 之间;但是，健康运动员可以达到 9.5° 以上的值。如果入院时 PhA 值低于 4.8°，则受试者出现 90 天事件（死亡率或再住院率）的 HR 为 2.7（95%CI 1.08-7.1，p = 0.03）³⁹ ，未来 24 个月的死亡率为 HR 为 2.67（95% CI 1.21-5.89，p = 0.01）²⁰。

结果

根据上述方案，我们提供了四名入住急诊科的 AHF 患者（两名女性和两名男性）的数据，作为相位角值和 BIVA Z 评分分析的临床适用性示例。在入院后 24 小时内使用相位敏感多频设备进行 BIA 测量。

为了根据年龄组的平均值计算双变量 Z 分数，使用了以下公式：Z（R） = （年龄组的 R/H 平均值 - 参考人群的 R/H 平均值）/参考人群的标准差，以及 Z（Xc） = （年龄组的 Xc/H 平均值 -...

讨论

该协议描述了在临床实践中使用 R-Xc Z 评分分析的效用，用于因 AHF 入院的急诊科患者。考虑到 AHF 患者入院的主要原因是充血，其快速准确的检测和评估对患者的预后至关重要⁶.

本文阐述了 AHF 的各种临床表现，以及如何使用 BIVA Z 评分分析（充血状态和 BCM）准确可靠地评估和分类患者;此外，PhA <4.8° 患者的特征与其他与预后不良相关的预测因子一致，例如?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alcohol 70% swabs	NA	NA	Any brand can be used
BIVA software 2002	NA	NA	Is a sofware created for academic use, can be download in http:// www.renalgate.it/formule_calcolatori/ bioimpedenza.htm in "LE FORMULE DEL Prof. Piccoli" section
Chlorhexidine Wipes	NA	NA	Any brand can be used
Examination table	NA	NA	Any brand can be used
Leadwires square socket	BodyStat	SQ-WIRES
Long Bodystat 0525 electrodes	BodyStat	BS-EL4000
Quadscan 4000 equipment	BodyStat	BS-4000	Impedance measuring range: 20 - 1300 Ω ohms Test Current: 620 μA Frequency: 5, 50, 100, 200 kHz Accuracy: Impedance 5 kHz: +/- 2 Ω Impedance 50 kHz: +/- 2 Ω Impedance 100 kHz: +/- 3 Ω Impedance 200 kHz: +/- 3 Ω Resistance 50 kHz: +/- 2 Ω Reactance 50 kHz: +/- 1 Ω Phase Angle 50 kHz: +/- 0.2° Calibration: A resistor is supplied for independent verification from time to time. The impedance value should read between 496 and 503 Ω.