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Dans cet article

  • Résumé
  • Résumé
  • Introduction
  • Protocole
  • Résultats
  • Discussion
  • Déclarations de divulgation
  • Remerciements
  • matériels
  • Références
  • Réimpressions et Autorisations

Résumé

simulation de l'hypoxie chez l'homme a généralement été réalisée par l'inhalation de mélanges gazeux hypoxiques. Pour cette étude, les plongeurs apnéiques ont été utilisés pour simuler l'hypoxie dynamique chez l'homme. En outre, des changements physiologiques dans désaturation et re-saturation cinétiques ont été évaluées avec des outils non invasifs tels que Near-Infrared-Spectroscopy (NIRS) et périphérique saturation d'oxygénation (SpO 2).

Résumé

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

hypoxie aiguë cliniquement pertinente et hypercapnie concomitante est surtout observée chez les patients avec syndrome d'apnée obstructive du sommeil (SAOS), obstruction des voies respiratoires aiguë ou pendant la réanimation cardio-pulmonaire. Les principales limitations dans le domaine du SAOS et d' autres conditions hypoxiques comprennent les connaissances transférables limitées sur la physiopathologie provenant d'études animales et que les modèles humains sont inexistants 1. Pour imiter l' hypoxie chez les humains, les mélanges de gaz hypoxiques ont jusqu'à présent été utilisés 2-7. Cependant, ces conditions sont plus représentatifs d'un environnement de haute altitude que des situations cliniques où l'hypoxie, en général, est accompagnée d'hypercapnie. Pour surveiller l' oxygénation des tissus lors de l' arrestation et de la réanimation cardiaque, des études animales ont été effectuées 8 pour étudier les mécanismes compensatoires physiologiques.

les plongeurs en apnée sont des athlètes en bonne santé capables de peser sur l'impulsion de la respirationqui est évoqué par une faible saturation artérielle en oxygène 9 et une augmentation de la pCO 2 10,11. Nous avons étudié les plongeurs apnéiques afin d'imiter des situations cliniques d'hypoxie aiguë et hypercapnie concomitante 12. Ce modèle peut être utilisé pour évaluer les configurations cliniques, améliorer la compréhension physiopathologique des patients atteints de SAOS ou de troubles respiratoires pathologiques, et de révéler de nouvelles possibilités pour étudier un mécanisme potentiel compteur d'équilibrage dans les cas d'apnée. En outre, différentes techniques pour détecter l' hypoxie chez l' homme peut être testé pour la faisabilité et la précision dans le cas d'hypoxie dynamique qui est présent dans les situations d'urgence ( par exemple, les obstructions des voies respiratoires, laryngospasme ou ne peut pas intuber, ne peut pas ventiler les situations) ou pour simuler l' hypoxie intermittente chez les patients avec SAOS.

techniques non invasives pour détecter l'hypoxie chez l'homme sont limitées. Peripheral oxymétrie de pouls (SpO 2) est un outil approuvé en pré-hospital et les milieux hospitaliers pour détecter l' hypoxie 13. La méthode est basée sur l'absorption de la lumière de l'hémoglobine. Cependant, SpO 2 mesure est limitée à l' oxygénation artérielle périphérique et ne peut pas être utilisé dans les cas d'activité pulseless électrique (PEA) ou la circulation minimale centralisée 14. En revanche, spectroscopie proche infrarouge peut être utilisé pour évaluer cérébrale saturation en oxygène tissulaire (RSO 2) en temps réel lors de PEA, lors d'un choc hémorragique ou après une hémorragie méningée 15-19. Son utilisation est en constante augmentation 20 et des études méthodologiques ont révélé une corrélation positive entre la SpO 2 et RSO 2 3,4.

Dans cette étude, nous proposons un modèle pour simuler l'hypoxie cliniquement pertinente chez l'homme et de présenter une méthodologie étape par étape pour comparer l'oxymétrie de pouls périphérique et SPIR en cas de dé- et re-saturation. En analysant les données physiologiques en cas dePNEA, notre compréhension des mécanismes d'équilibrage de compteur peut être améliorée.

Protocole

déclaration éthique
Toutes les procédures effectuées dans des études impliquant des participants humains étaient en conformité avec les normes éthiques de la déclaration d'Helsinki de 1964 et ses amendements ultérieurs. La conception de cette étude a été approuvée par le comité d'éthique local de l'hôpital universitaire de Bonn, en Allemagne.

NOTE: Veiller à ce que les sujets sont en bonne santé et condition, libre de tout médicament anti-hypertenseur et au moins 24 heures sans catécholamines agents inducteurs tels que la caféine ou de substances égales.

1. Préparation du test Objet

  1. Nettoyer la peau du front avec 70% d'alcool pour dégraisser la peau avant NIRS électrode positionnement.
  2. Placez l'électrode NIRS sur la droite front au-dessus du sourcil et à droite du sillon sagittal (locus frontopolar 2) pour mesurer cérébrale (= central) oxygénation des tissus.
  3. Évaluer la stabilité du signal. Le RSO 2 -signal doit être constante (7; 3%) pendant au moins 5 min.
  4. Pour la mesure de l' oxygénation des tissus périphériques avec NIRS (-electrode de tissu NIRS), placer une électrode au- dessus du milieu des quadriceps crural musculus (alternativement sur l'avant - bras). Ne pas placer l'électrode au-dessus d'un plexus veineux ou d'une artère.
  5. Placez ECG électrodes sur la poitrine sans cheveux. Les dérivations ECG sont marqués avec des lettres différentes. Place "R" sur la tête sternocostal du pectoral droit, "L" sur la tête sternocostal du pectoral gauche, "C" sur le cinquième milieu de la ligne medioclavicular, "F" sur le bord inférieur gauche de nervure espace intercostal, " N "sur le bord de la nervure inférieure droite.
  6. Mesurer périphérique oxymétrie de pouls (SpO 2) sur un bout de doigt sur la même extrémité et sur le côté où le tissu -electrode NIRS est placé.
  7. Mesurer la pression artérielle non invasive (NIBP) à l'aide d'un brassard de pression sanguine. Utilisez l'extrémité controlatérale qui permet oxime de pouls périphériqueétrie à mesurer. Afin d'obtenir une résolution temporelle élevée dans les résultats de pression artérielle, choisir un intervalle d'une minute pour la mesure. Choisissez NIBP en touchant l'écran et en sélectionnant "Paramètres".
  8. Au moins 20 minutes avant l'apnée, établir une ligne intraveineuse dans la veine cubitale médial du bras droit ou gauche pour prélever des échantillons de sang à des moments particuliers pendant et après l'apnée.
    1. Nettoyer la peau avec 70% d'alcool.
    2. Utilisez un garrot pour aider les veines deviennent plus importants.
    3. Utilisez la peau de désinfection pour éviter les infections et insérer l'aiguille à travers la peau.
    4. Réduire l'angle d'insertion après un retour de flamme de sang au niveau du moyeu de cathéter. Poussez le cathéter dans la veine.
    5. Retirez l'aiguille et rincer le cathéter avec une solution saline stérile (NaCl à 0,9%).

2. Collecte de données

  1. Calibrer l'horloge interne de tous les moniteurs afin de synchroniser les mesures pour un traitement ultérieur.
    1. Clbeurk l'horloge icône en bas à droite sur le bureau, et appuyez sur "date de modification et les paramètres de temps" dans la fenêtre pop-up.
    2. Appuyez sur le bouton de menu Réglages sur le NIRS concevoir et modifier la date et l' heure via le menu.
  2. Pour stocker des données physiologiques pour l'analyse en ligne, insérer le dispositif de surveillance dans la station d'accueil et le connecter à l'ordinateur via le câble réseau. Assurez-vous que l'adresse IP et le masque de sous-réseau de la station d'accueil est correct dans les paramètres réseau afin d'obtenir une connexion. Contactez le fournisseur de l'appareil afin d'obtenir ces informations.
  3. Utilisez un logiciel spécifique de dispositif de surveillance pour enregistrer les mesures sur l'ordinateur. Cliquez sur "Démarrer" pour commencer les enregistrements et enregistrer les résultats après la fin de la mesure.
    Remarque: Dans certains dispositifs, les données doivent être enregistrées en direct lors de la mesure.
    Remarque: Pour le dépannage prendre soin des étapes suivantes: Si la variabilité de NIRS sig tissulairesignaux est trop élevé, de réévaluer la position de l'électrode (éviter plus grand plexus veineux ou artères directement sous les électrodes). La forte variabilité des signaux cérébraux NIRS peut aussi être un marqueur indirect pour hyperventilation des plongeurs pour réduire le CO 2 partiel. Instruire le sujet à respirer plus lentement et avec la baisse de marée volumes et réévaluer le signal. Les sujets sont autorisés à prendre 3 inspirations profondes avant l'apnée finale. Évitez d'inclure cette période dans l'évaluation des valeurs de référence. Les 30 premières secondes après inspiration maximale se caractérisent par des valeurs variables. Ne pas les utiliser pour l'analyse.

3. Apnea

  1. Demandez aux sujets de repos pendant au moins 15 minutes dans une position couchée pour éviter le stress des changements induits dans la circulation sanguine due à une vasoconstriction. Avoir des sujets respirent normalement pour éviter les influences de l'hyperventilation causé vasoconstriction. Limitez la fréquence respiratoire à ≤ 15 respirations / min.
  2. Dessinez échantillon de sangs pour l'analyse de base. Jeter les 5 premiers ml de sang prélevé pour éviter l'incertitude de mesure. Rincer le cathéter après chaque prélèvement de sang veineux avec une solution saline stérile pour empêcher la coagulation.
  3. Veiller à ce que les valeurs du moniteur sont invisibles à des sujets pour éviter les influences visuelles pour leur performance apnéique.
  4. Vérifiez chaque appareil pour la fonctionnalité et la qualité du signal. Veiller à ce que les électrodes ne peuvent pas être éliminés par des mouvements involontaires du sujet d'essai à la fin de l'apnée.
  5. Conclure des accords clairs. Donnez un compte à rebours des 2 dernières minutes verbalement. Les sujets doivent respirer normalement pendant ce temps de préparation. Avant les finales souffle 3 inspirations profondes sont autorisés. Demandez au sujet d'indiquer la dernière inhalation par signe du doigt. Apnées doit être effectuée aussi longtemps que possible.
    Remarque: La fin du dernier souffle indique le début de l'apnée. La fin de l'apnée est définie comme la première source d'inspiration après l'apnée.
  6. Événements importants Mark (c. -à commencer unnd fin de l'apnée) par voie électronique afin d'éviter des inexactitudes dans une analyse plus poussée de temps en appuyant sur le "Mark Event Button" sur l'appareil NIRS.
    Remarque: Les mouvements de la poitrine et de l' estomac induite par les activités de diaphragme involontaires sont fréquents dans la seconde moitié de l' apnée et indiquent la phase de lutte.
  7. Prélever des échantillons de sang à différents points dans le temps en fonction de l'objectif de l'étude.
  8. Des échantillons de sang centrifuger à 1500 g pendant 10 min. Prenez le surnageant et le stocker à -80 ° C pour une analyse ultérieure.

4. Traitement de données

  1. Traitement des données à partir du dispositif de surveillance:
    1. Ouvrez le fichier enregistré sur l'ordinateur et appuyez sur "start" pour analyser les données.
    2. Cliquez sur "avis" pour avoir accès à l'écran de tendance et sélectionnez "Options" puis "outils" dans le masque de sous-MENU. L'intervalle de temps peut être modifié via "intervalle de tendance" si nécessaire.
    3. Sélectionnez le masque "tendances" et save. ouvrir le fichier "tendances" dans un programme de feuille de calcul pour un traitement ultérieur.
  2. Traitement des données de périphérique NIRS:
    1. Ouvrez le logiciel sur l'ordinateur et connecter l'appareil NIRS via WIFI.
    2. Transférer les données à partir du dispositif NIRS à l'ordinateur.
    3. Sauvegardez les données dans le format CSV.
    4. Ouvrir le fichier dans un tableur pour traitement ultérieur.

5. Analyser les valeurs

  1. Créer une feuille de calcul avec les deux ensembles de données pour comparer les valeurs. Identifier un intervalle de temps d'au moins 30 secondes où NIRS valeurs et SpO 2 sont constantes (± 3%). Prenez une moyenne de ces valeurs pour définir un niveau de référence.
    Note: La fréquence cardiaque est connu pour changer considérablement avant l'apnée. Afin de procéder à une analyse plus poussée, une fréquence cardiaque de base est défini à la fois point 30 sec après le début de l'apnée.
  2. Trouver le point de décroissance monotone de départ dans RSO 2 et SpO 2 Pendant l'apnée par la recherche d'une diminution des valeurs> 2% par rapport aux valeurs initiales niveaux. Ce point de temps est défini comme «commencer de désaturation".
  3. Identifier le point de RSO 2 et SpO 2 augmentation début à la fin de l' apnée comme une augmentation monotone des valeurs après la fin de l' apnée. Ce point est défini comme «début de re-saturation".
  4. Calculez la différence de temps entre "début de l' apnée" et "commencer de désaturation» et les différences de temps entre "fin de l' apnée" et "commencer de re-saturation" pour NIRS cérébrale, tissus NIRS et SpO 2. Enregistrer chaque différence en quelques secondes sur une feuille de calcul distincte.
  5. Facultatif: Calculer la variabilité de la fréquence cardiaque de chaque participant pendant la deuxième et la dernière minute de l' apnée. Cela peut révéler des informations sur l'équilibre sympathique / parasympathique durant cette phase stressante.

6. Traitement statistique

  1. Comparez les différences de temps entre "début de désaturation» de SpO 2, NIRS cérébrale, et les valeurs de tissus NIRS. Test de la distribution gaussienne des différences de mesure (par exemple, en utilisant le test de normalité de Shapiro-Wilk pour des tailles d' échantillon inférieur à 50).
  2. Si la distribution des différences de mesure est significativement différente de la distribution normale, utilisez Wilcoxon rank test. Si la distribution normale peut supposer, envisager d'utiliser un test t apparié.

Résultats

Figure 1 affiche des enregistrements simultanés de SpO 2 et les valeurs NIRS (NIRS de tissu cérébral et NIRS) lors de l' apnée chez un patient. le temps d'apnée totale était de 363 sec. Après l' apnée NIRS et SpO 2 valeurs sont restées stables pendant environ 140 secondes. Une diminution de la SpO 2 a été détectée après 204 secondes par SpO périphérique 2 alors qu'une diminu...

Discussion

Le temps d'apnée totale est causée principalement par la taille du poumon et de la consommation d'oxygène par minute et influencée par la capacité d'un individu à supporter le réflexe respiratoire causée par l' augmentation ou la diminution de la pCO 2 pO 2. plongeurs d'apnée sont formés pour maximiser leur durée d'apnée et sont utilisés pour faire en inspiration maximale. Par conséquent, le temps jusqu'à ce que l'hypoxie est diffère décelables entre...

Déclarations de divulgation

The authors have nothing to disclose.

Remerciements

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.

matériels

NameCompanyCatalog NumberComments
SpO2Dräger Medical AG&CO.KGSHP ACC MCABLE-Masimo Setperipheral SpO2-Monitoring
Non Invasive Blood Pressure (NIBP)Dräger Medical AG&CO.KGNIBP cuff M+,  MP00916 
Electrocardiographic (ECG)  Dräger Medical AG&CO.KGInfinity M540 MonitorECG monitoring
Docking stationDräger Medical AG&CO.KGM500 Docking Stationconnection of M540 to laptop
NIRSNONIN Medical’s EQUANOXModel 7600 Regional Oximeter Systemmeasuring of cerebral and  tissue oxygenation
NIRS diodesEQUANOX Advance SensorModel 8004CAsuited for measuring cerebral and somatic oxygen-saturation
Laptop 
DataGrabberDräger Medical AG&CO.KGDataGrabber v2005.10.16software to synchronize M540 with laptop
eVisionNonin Medical. Inc.Version 1.3.0.0software to synchronize NONIN with laptop

Références

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