モデルは、ヒトにおける臨床的に関連する低酸素症をシミュレートします

要約

ヒトにおける低酸素シミュレーションは、通常、低酸素のガス混合物を吸入することにより行われています。この研究のために、無呼吸ダイバーは、ヒトの動的低酸素症をシミュレートするために使用しました。さらに、不飽和化および再飽和動態における生理的変化は、このような近赤外分光法（NIRS）および末梢酸素飽和度（SpO _2）などの非侵襲的なツールを使用して評価しました。

要約

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.

概要

臨床的に関連する急性低酸素症および付随する高炭酸ガス血症は、主に閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSAS）、急性気道閉塞を有する患者においてまたは心肺蘇生中に見られています。 OSASと他の低酸素血症の条件の分野での主な制限は、動物研究から派生病態生理に関すると人間のモデルは¹非存在であること限られた譲渡の知識を含みます。 ^{7 -}ヒトにおける低酸素症を模倣するために、低酸素ガス混合物は、これまで²に使用されてきました。しかし、これらの条件は、低酸素症は、一般的には、高炭酸ガス血症を伴っている臨床的状況のより高い標高の周囲の複数の代表的なものです。心停止および蘇生中に組織の酸素化を監視するには、動物実験は、生理的代償機構を調査するために^8を行ってきました。

無呼吸ダイバーは、呼吸衝動を押下することのできる健全な選手ですそれは、低動脈血酸素飽和度⁹と増加のpCO ₂ ^10,11によって誘発されます。私たちは、急性低酸素症および付随する高炭酸ガス¹²の臨床的状況を模倣するために、無呼吸ダイバーを調べました。このモデルは、臨床的な設定を評価OSASまたは病理学的な呼吸障害を有する患者の病態生理学の理解を改善し、無呼吸の場合に潜在的なカウンターバランス機構を研究するための新たな可能性を明らかにするために使用することができます。さらに、ヒトでは低酸素症を検出するために異なる技術が緊急事態に存在する（ すなわち 、気道閉塞、喉頭痙攣や、挿管することができない状況を換気することはできません）、または患者に断続的低酸素症をシミュレートするために、動的な低酸素症の場合に実現可能性と正確性を試験することができますOSASを持ちます。

人間は限られている中で非侵襲的技術は、低酸素状態を検出します。周辺パルスオキシメトリ度（SpO _2）事前HOSPIで承認されたツールです。TALおよび病院の設定は、低酸素^13を検出します。この方法は、ヘモグロビンの光の吸収に基づいています。しかしのSpO ₂測定は、末梢動脈酸素化に制限され、無脈性電気活動（PEA）または集中最小循環¹⁴の場合には使用できません。 ^{19 -}これとは対照的に、近赤外分光法は、出血性ショック、またはくも膜下出血^15を以下の間、PEA中にリアルタイムで脳組織の酸素飽和度（RSO _2）を評価するために使用することができます。その使用は常に^20を成長しており、方法論的研究がなSpO _{2、RSO 2} ^3,4の間に正の相関を明らかにしました。

本研究では、ヒトでの臨床的に関連する低酸素症をシミュレートし、脱および再飽和の場合には、周辺パルス酸素濃度計とNIRSを比較するためのステップバイステップの方法論を提示するモデルを提供します。の場合には生理学的データを分析することによりpnea、カウンタバランス機構の理解を向上させることができます。

プロトコル

倫理ステートメント
人間の参加者を含む研究で行われるすべての手順は、1964年ヘルシンキ宣言とその以降の改訂の倫理基準に従いました。この研究の設計はボン、ドイツの大学病院の地元倫理委員会によって承認されました。

注：任意の抗高血圧薬の自由、被験者は良いと健全な状態にあることを確認し、カフェインまたは同等の物質などのカテコールアミン誘導剤の少なくとも24時間無料。

被験者の調製

1. NIRS電極の位置の前に皮膚を脱脂するために70％アルコールで額の肌をきれいにしてください。
2. 脳（=中央）組織の酸素を測定するために、眉の上と正中矢状溝（軌跡frontopolar 2）の右に右の額にNIRS電極を配置します。
3. 信号の安定性を評価します。 RSO ₂ -signalは（一定でなければなりません7;少なくとも5分間、3％）。
4. NIRS（NIRS _組織 -electrode）と末梢組織の酸素を測定するために、大腿四頭筋（あるいは前腕上）の真ん中の上に一方の電極を配置します。静脈叢または動脈の上に電極を配置しないでください。
5. 髪無料胸にECG電極を配置します。 ECGリードは異なる文字で表示されます。左下肋骨縁の「F」medioclavicularラインの第五肋間の真ん中に大胸、右大胸左の胸肋頭の上に「L」、「C」の胸肋頭の上に置き、「R」、「右下の肋骨の端にN」。
6. NIRS _組織 -electrodeが配置されているのと同じ四肢および側の指先の末梢パルスオキシメトリ度（SpO _2）を測定_します 。
7. 血圧カフを用いて非侵襲的血圧（NIBP）を測定します。周辺パルスを可能にする反対側の四肢を使用してオキシムメトリ測定します。血圧の結果で高い時間分解能を得るために、測定するための1分間隔を選択します。画面をタッチし、「設定」を選択することで、NIBPを選択してください。
8. 無呼吸の前に少なくとも20分間、無呼吸中および後に個々の時点で血液サンプルを描画する右または左の腕の内側肘静脈に静脈ラインを確立。
   1. 70％アルコールで皮膚をきれいにしてください。
   2. 静脈がより顕著になるための止血帯を使用します。
   3. 感染を避けるために、皮膚を通して針を挿入するために皮膚消毒を使用してください。
   4. カテーテルハブで血液のフラッシュバック後の挿入角度を減らします。静脈にカテーテルを押してください。
   5. 滅菌生理食塩水（塩化ナトリウム0.9％）と針とフラッシュカテーテルを削除します。

2.データ収集

1. 後で処理するために測定を同期させるために、すべてのモニターの内部クロックを調整します。
   1. Clデスクトップ上で右下の時計アイコンをICK、ポップアップウィンドウで「変更日付と時刻の設定」をタップします。
   2. 考案し、メニューから変更日時NIRSの[設定]メニューボタンを押してください。
2. オフライン分析のための生理学的データを格納するには、ドッキングステーションにモニタ装置を挿入し、ネットワークケーブルを介してコンピュータに接続します。ドッキングステーションのIPアドレスとサブネットマスクは、接続を取得するために、ネットワーク設定で正しいことを確認します。この情報を取得するために、デバイス・プロバイダにお問い合わせください。
3. コンピュータ上の測定値を保存するために、モニタ装置固有のソフトウェアを使用してください。録音を開始し、測定終了後に結果を保存するために「開始」をクリックします。
   注：一部のデバイスでは、データは、測定中に、ライブに保存されなければなりません。
   注： トラブルシューティングについては、次の手順の世話をする：NIRS _組織 SIGの変動した場合NALが高すぎる、電極（直接電極の下に大きな静脈叢または動脈を避ける）の位置を再評価します。 NIRS _脳の信号の高い変動はまた、部分的なCO _2を削減するためにダイバーの過換気のための間接的なマーカーであり得ます。遅いと低い潮容積および再評価する信号との息の対象を指示します。被験者は、最終的な無呼吸の前に3深いインスピレーションを取ることが許可されています。ベースライン値の評価にこの期間を含めないでください。最大吸気後の最初の30秒は、変数の値によって特徴付けられます。分析のためにそれらを使用しないでください。

3.無呼吸

1. 被験者が原因で血管収縮への血液循環におけるストレス誘導性の変化を避けるために、臥位で少なくとも15分間休ま持っています。被験者が過呼吸の影響が血管収縮を引き起こし避けるために、通常、呼吸があります。 15呼吸/分を≤する呼吸頻度を制限します。
2. 血液サンプルを描きますベースライン分析のための。測定の不確かさを避けるために描かれた血液の最初の5ミリリットルを廃棄します。凝固を防ぐために滅菌生理食塩水でそれぞれ静脈採血後カテーテルをフラッシュします。
3. モニタ値は、その無呼吸性能に視覚的な影響を回避するために、被験者には見えないことを確認してください。
4. 機能性と信号品質のために、各デバイスをチェックしてください。電極は、無呼吸の終了時に、被験者の不随意運動では除去できないことを確認してください。
5. 明確な合意と結論付けています。口頭での最後の2分のカウントダウンを与えます。被験者は、この準備時間中は、正常に呼吸する必要があります。最後の息3深いインスピレーションの前には許可されています。指記号で最後の吸入を示すために、被写体を確認して下さい。無呼吸は、可能な限り実行する必要があります。
   注：最後の息の終わりには、無呼吸の開始を示します。無呼吸の端部は、無呼吸の後の最初のインスピレーションとして定義されます。
6. マーク重要なイベント（ すなわち、始まります無呼吸のND終わり）電子NIRS装置の「イベントマークボタン」を押すことにより、さらに時間分析の不正確さを避けるために。
   注：不随意ダイアフラム活動によって誘発され、胸や胃の運動は、無呼吸の後半に一般的であり、 闘争の位相を示しています。
7. 研究の目的に応じて、異なる時点で血液サンプルを描画します。
8. 10分間、1500×gで遠心血液サンプル。上清を取り、今後の分析のために-80℃で保管してください。

4.処理データ

1. 監視装置からのデータを処理します。
   1. データを分析し、「開始」コンピュータとプレス上で保存したファイルを開きます。
   2. メニューサブマスクにトレンドモニタへのアクセスを取得し、「オプション」を選択し、「レビュー」をクリックし、「ツール」。必要に応じて、時間間隔は、「トレンド更新周期」を介して変更することができます。
   3. マスク「トレンド」とSAVを選択電子。さらなる処理のためのスプレッドシートプログラムでファイルを開く」の動向」。
2. NIRS装置からのデータを処理します。
   1. コンピュータにソフトウェアを開き、無線LAN を経由して NIRSデバイスを接続します。
   2. コンピュータにNIRS装置からデータを転送します。
   3. CSV形式でデータを保存します。
   4. さらなる処理のためのスプレッドシートプログラムでファイルを開きます。

5.値を分析

1. 値を比較するために、両方のデータセットとスプレッドシートを作成します。 NIRS-値とのSpO _2が一定である、少なくとも30秒（±3％）の時間間隔を指定します。ベースラインレベルを定義するために、これらの値の平均を取ります。
   注：心拍数は、前無呼吸に大きく変化することが知られています。さらなる分析を行うために、ベースライン心拍数は、30秒の無呼吸の開始後の時点で定義されています。
2. RSO ₂とのSpO ₂で単調減少の開始点を探しますベースラインレベルと比較した値> 2％の減少を探していることにより、無呼吸中。この時点では、「不飽和化の開始」として定義されます。
3. RSO ₂の開始点と無呼吸の停止後の値の単調増加など無呼吸の終了時のSpO ₂の増加を確認します。この点は、「再飽和の開始」として定義されます。
4. 「無呼吸の開始」と「不飽和化の始まり」と「無呼吸の終わり」とNIRSの_脳 、NIRSの_組織とのSpO ₂のための「再飽和し始める」との間の時間差との間の時間差を計算します。別々のスプレッドシート上の秒単位で各差分を保存します。
5. オプション：第二および無呼吸の最後の分の間に、各参加者の心拍変動を計算します。これは、このストレスの多いフェーズ中に交感神経/副交感神経のバランスについての情報を公開してもよいです。

6.統計処理

1. SpO ₂の「不飽和化の始まり」との間の時間差、NIRSの_脳 、及びNIRS _組織値を比較します。 （50よりも小さいサンプルサイズのためのシャピロ・ウィルクの正規性検定を使用して、 例えば、）測定差のガウス分布のためのテスト。
2. 測定差の分布が正規分布から大きく異なる場合には、ウィルコクソンの順位検定を締結使用。正規分布を仮定することができる場合は、対応のあるt検定を使用することを検討してください。

結果

一人の患者における無呼吸の間に図1のディスプレイの同時たSpO ₂の記録とNIRS値（NIRSの_脳とNIRS _組織を ）。総無呼吸時間は363秒でした。以下の無呼吸NIRSとのSpO ₂値は、約140秒間安定していました。 NIRS _脳の減少は238秒後に検出されたのに対したSpO ₂の減少は、周辺のSpO ₂が204秒後に検出されました。...

ディスカッション

合計無呼吸時間は、主に肺の大きさ毎分の酸素消費量に起因するとのpCO _2の増加またはPO _2を減少させることによって引き起こされる呼吸反射に耐える個人の能力によって影響されます。無呼吸ダイバーは、彼らの息止め時間を最大化するために訓練されており、最大のインスピレーションにそうすることに使用されています。したがって、低酸素状態になるまでの時間は、個...

資料

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