Method Article
フランク-スターリング-サーノフ曲線は臨床的に重要であり、心臓の前負荷と出力の関係を説明しています。この報告は、心臓の前負荷と出力の一時的な代理として、頸静脈と頸動脈ドップラー速度を同時に測定する新しい方法を示しています。このアプローチは、ワイヤレスのウェアラブルドップラー超音波によって可能になります。
プリロードチャレンジ(PC)は、最初に心臓の充満(すなわち、プリロード)を増加させ、次に心拍出量の変化を計算する臨床操作です。基本的に、PCはフランク-スターリング-サーノフ(つまり「心機能」)曲線をテストするためのベッドサイドアプローチです。通常、この曲線は急な勾配を有し、心臓前負荷のわずかな変化が一回拍出量(SV)または心拍出量に大きな変化をもたらす。しかし、さまざまな病状では、この関係の傾きが平坦になり、心臓への体積を増やしてもSVはほとんど上昇しません。この病理学的シナリオでは、追加の心臓前負荷(例:.、静脈内輸液)は生理学的に効果的である可能性は低く、臓器のうっ血が進行すると害につながる可能性があります。.したがって、心臓の前負荷と出力の両方を推測することは、静脈内(IV)輸液蘇生を導く可能性があるため、臨床的に有用です。したがって、このプロトコルの目的は、十分に検証されたプリロードチャレンジ中に、新規のワイヤレスウェアラブル超音波を使用して、心臓の前負荷と出力の代理を同時に追跡する方法を説明することです。
その基礎として、フランク-スターリング-サーノフ曲線は、心臓の前負荷と出力1,2,3,4の関係を記述します。歴史的に、この曲線は、横軸に右心房圧をプロットし、縦軸に心拍出量または一回拍出量(SV)5をプロットすることによって描かれています。この曲線の傾きを評価することは、心臓の充満と出動の関係が動的であるため、臨床的に重要です。したがって、曲線の傾きは蘇生戦略1,4を知らせる。具体的には、フランク・スターリング・サーノフ曲線(すなわち、「心機能」)曲線の傾きが急峻である場合、前負荷を増加させる(例えば、静脈内輸液を投与する)と出力が増大する。対照的に、心機能曲線の傾きが浅い場合、静脈内(IV)輸液を提供してもSV2は増加しない。
IV液がいつSVを増加させるか、または増加しないかを知ることは、治療を行う臨床医が生理学的に無効な輸液4,6、言い換えれば、患者にIV液を与えてもSV7,8を増加させないシナリオを回避できるようにするために重要です。この比較的一般的な臨床状態を特定することは、心機能曲線3の傾きを「テスト」する臨床操作であるプリロードチャレンジ(PC)を介して達成される。PCは、心臓の充填を急速に増加させ、SV9の変化を測定することによって達成されます。上記のように、IV液は、頭を心臓のレベルより下に動かす(すなわち、トレンデレンブルグポジショニング)10、または半横臥位から脚を上げた状態で仰臥位に移動する(すなわち、受動的なレッグレイズ)11などの重力操作と同様に、PCとして機能することができます。実際、パッシブレッグレイズ(PLR)は、現代の集中治療室で採用され、敗血症蘇生中のIV輸液投与の前に専門家によって推奨されている、広く受け入れられ、十分に検証されたPCです4,12。重要なことに、PLR中、臨床医は心機能曲線13を適切にテストするために、心臓の前負荷(例えば、右心房圧の変化)と出力(例えば、SVの変化)の両方を測定するべきであることが示唆されています。しかし、前者は同時測定が煩雑であり、右心房に侵襲的なカテーテル留置が必要になることが多いため、ほとんど行われません。
心臓充填および出力の超音波検査代理は、特に救急部門および集中治療室で、過去数十年にわたって人気が高まっています2,14。具体的には、大静脈と大動脈の両方の同時評価は、それぞれ心臓の前負荷と出力の代理として機能します2,15。例えば、大静脈ドップラーの形態学的変化は、右心房圧を追跡することが見出されている - これは、内頸静脈16,17,18、肝静脈、門脈19、上大静脈20、下大静脈21、大腿静脈22、さらには腎内静脈23にも当てはまる。したがって、大静脈ドップラー速度測定は、心臓充填2の代理として機能する。ただし、大動脈のドップラーは、心拍出量の変化を一時的に追跡できます。例えば、総頸動脈収縮期時間24,25、速度26,27,28、および流量29,30の測定は、SV変化を検出するための有望性を示している。
内頸静脈と総頸動脈の両方を同時に共鳴させる新規、無線、ウェアラブル、連続波ドップラー超音波が以前に説明されている14、15、27、28、31、32、33、34、35、36.本明細書では、一般的に採用されている臨床用PC-受動的脚上げ-の間にこの装置を使用する方法が例示される。さらに、PC中の内頸静脈および総頸動脈ドップラー形態は、それぞれ心臓前負荷および出力の可能な代理として記載されている。このプロトコルは、将来の患者研究のための実用的および生理学的基盤の両方を提供するため、臨床的に重要です。例えば、入院患者(例えば、周術期設定、敗血症、重症)および外来患者(例えば、うっ血性心不全、透析)は、以下に記載する方法またはその修正によってモニターされ得る。
ワイヤレスのウェアラブルドップラー超音波システムを使用してプリロードチャレンジを実行する場合、ユーザーが考慮すべき重要な手順がいくつかあります。このプロトコルについて書面およびインフォームドコンセントが得られました。この研究は、北健康科学研究倫理委員会によってレビューおよび承認されました。従った手順は、人体実験委員会の地域の倫理基準と1975年のヘルシンキ宣言に従っていました。
1.適切な患者を特定する
2.頸動脈と内頸静脈ドップラー信号の取得
3. 頸動脈と内頸静脈ドップラー信号の最適化
4.超音波装置を首に接着する
5.パッシブレッグレイズ(PLR)による プリロードチャレンジの実行
6. 評価完了後のスマートデバイスアプリケーション上での頸動脈矯正流量時間(ccFT)の変化の観察
プリロードチャレンジ中の連続静脈動脈ドップラー超音波の解釈に関して、一般的な生理学的応答が図1、図2、図3、および図4に示されています。
第一に、正常な直立した心機能曲線を有する患者では、心臓前負荷のわずかな増加(例えば、頸静脈ドップラーによって推測されるように)は、一回拍出量の比較的大きな増加を伴います(例えば、ccFT増強によって示されるように)2,14,36;これを図 1 に示します。プリロードチャレンジ中の頸静脈ドップラースペクトルから頸静脈圧(JVP)の変化を推測することは、いくらか精緻化する必要があります。繰り返しますが、この生理学的変数は、心臓の前負荷または充填の代理です。通常、頸静脈圧が大気圧より低い場合、頸静脈は直立位置で崩壊します。ドップラースペクトルでは、これは比較的速い速度(すなわち、通常は50cm / s以上)で、脈動が最小限で振幅が小さい(すなわち、頸静脈信号の強度または「明るさ」)ことを意味します。次に、操作中に頸静脈圧が上昇すると、静脈の直径が丸くなり、その速度が低下し(つまり、通常は50 cm / s未満)、強度(つまり、「明るさ」)が増加し、波形がより拍動性になります2,14,36。図1に示すように、静脈ドップラー形態の変化は、頸静脈の直径が大きくなり(すなわち、下降速度、振幅の上昇)、右心房圧偏向に従い始めていることを示しています。写真には描かれていませんが、右心房圧が上昇すると、収縮期後期の「v」波は、図1に見られる単相波を収縮期「s」速度波と拡張期「d」速度波に切断する可能性があります2,14,36。健康なボランティアの未発表のデータでは、頸静脈ドップラーの形態が、低負荷状態と高前負荷状態を区別するための最も正確な静脈超音波検査手段であることが観察されました。
対照的に、異常な応答を図2に示します。この病態生理学の臨床例は、進化する敗血症性心機能障害を伴う血液量減少性静脈拡張敗血症患者です2,15,36。.そのような患者は、静脈還流を減少させ(これは、心臓の前負荷、すなわち、右心房または頸静脈圧を低下させる)、同時に心機能を低下させる2,15,35,36。したがって、ベースライン時に、この患者は、ccFTの大幅な上昇なしに、プリロードチャレンジ中に増加する(つまり、より拍動する)連続的な低JVP静脈ドップラー形態を示します。これは、心機能曲線の平坦化された傾きを効果的に表します。
連続静脈動脈ドップラーの結果は、PLR自体の問題を治療医に警告することもできます。例えば、状況によっては、PLRは、生理学的に有効なプリロードチャレンジ4を生成するのに十分な静脈血を下肢および内臓循環から動員しない可能性がある。心臓の充満を評価しないと、「偽陰性」のPLRが発生する可能性があります。しかし、臨床医がccFT応答がほとんど見られない場合(すなわち、一回拍出量サロゲートとして)と静脈ドップラーの変化がないこと(すなわち、前負荷の代理として)、 これは効果のないPLRの前兆となる可能性があります。
最後に、PLR操作がその名の由来、つまり胴体が落下して脚が上昇したときに患者による運動がないことが重要です13。これはアドレナリン作動性放電を回避し、静脈還流とは無関係に心機能を増加させる可能性がある。しかしながら、 図4で説明されるように、この望ましくないシナリオは、静脈ドップラー形態と相まって動脈信号における一回拍出量の増加のパラメータによって示される可能性があり、静脈圧 の低下 を示唆している。
図1:心機能曲線の傾きの増加。 「正常な」または「予想される」結果の例では、 静脈 波形は、高速、低振幅、および非拍動性から、より低い速度、より高い振幅、および拍動性の性質に進行します。拍動静脈波形は、ここに見られるように、単相信号によってマークすることができる。同時に、動脈ドップラー波形はベースラインからのccFTの増加を示しており、心臓前負荷の増加は心拍出量の増加によって満たされていることを示唆しています。これらの応答をまとめると、急な傾きを持つ「心機能」曲線を示しています。スペクトルの y 軸は、センチメートル/秒で速度を表します。正の速度は脳(頸動脈など)に向かっており、負の速度は心臓(頸動脈など)に向かっています。スペクトルのx軸は時間です。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:心機能曲線の平坦化された傾き。 プリロードチャレンジ中の「異常な」応答は、上記のように進化する静脈ドップラー波形によって特徴付けられますが、ここに見られるように、ベースラインと比較して有意な変化やccFTの減少さえも示さない動脈応答を示します。静脈および動脈所見のこの星座は、前負荷の増加を伴う平坦な、または潜在的に障害のある心機能曲線を意味する。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:静脈ドップラーに変化なし。 静脈ドップラー波形に有意な変化が見られないプリロードチャレンジは、心臓充填の不十分な変化を表す可能性があり、動脈スペクトルの変化は予想されません。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:予圧チャレンジ中の予圧の低下。静脈速度の上昇と動脈ドップラー測定値の有意な増加を示す前負荷チャレンジは、心機能が静脈還流とは無関係に増加するようなアドレナリン作動性緊張の増強(すなわち、交感神経刺激)を意味する可能性があります。.この状況は、例えば、患者が体位を変えるために緊張した場合など、「非受動的」脚上げの結果である可能性があります。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:ボランティアのデバイス。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
この視覚実験の主な目的は、ワイヤレスのウェアラブル超音波を使用して、十分に検証されたPC中に心臓の前負荷と出力の代理を同時に追跡するためのプロトコルを説明することです。目標は、それ自体、患者における特定の研究プロトコルを説明することではありません。しかし、持続静脈および動脈ドップラーの記述は、蘇生を必要とする患者(例えば、周術期、敗血症)または蘇生解除(例えば、うっ血性心不全、透析、機械的換気からの解放の失敗)の両方における研究を設計するための実用的かつ生理学的基盤として役立つ15,36。
記載された方法は、PC15中の心機能を推測するために大静脈および動脈を同時に共振させるウェアラブル連続波ドップラー超音波を採用する。この方法にとって重要なのは、適切で協力的な患者を選択し、評価全体を通して血管とトランスデューサーの間の角度変化を最小限に抑えることです。さらに、収縮期の時間の一貫した測定を可能にするために、明確で一貫した二屏晶ノッチ速度を保証することが最も重要です。最後に、ユーザーは、代表的な結果で前述したように、静脈ドップラーの形態と頸静脈圧(JVP)のスペクトルにわたるその変動を理解する必要があります。
記載された方法への変形として、PCは、PLRの代わりに、静脈内輸液9の急速注入、完全に仰臥位の患者を水平から頭を15〜30°下に移動させること(すなわち、トレンデレンブルグ位置決め)10、または呼気終末閉塞34などの呼吸操作からなることができる。これらのアプローチは、患者の動きが少なく、表面上は評価中の角度変化のリスクが軽減されるという点で有益です。一般に、ウェアラブル超音波を用いて全てのPCをトラブルシューティングするには、安定した首の位置、共鳴角度を確保するための追加の接着剤、発声または脱臼アーチファクトが発生した場合の評価の延長、デバイスの再配置、または患者31への音響結合を最適化するための超音波ゲルの添加が必要である。
この原稿に記載されている心血管推論の方法には限界があります。頸静脈信号に関して、ドップラー形態は頸静脈圧の代用であり、それ自体が右心房圧37,38,39,40の代用である。したがって、静脈ドップラーの変化のみに基づいて心臓前負荷が増加するという確実性はない。それにもかかわらず、静脈ドップラー波形は、右心房の圧力偏向に基づいてその形態を変化させる17,18,41;これは、頸静脈に加えて複数の大静脈で観察されています。例えば、上大静脈と下大静脈、および肝臓、門脈、腎内静脈、および大腿静脈の評価はすべて、静脈圧を定性的に推定します42。具体的には、収縮期の顕著な静脈速度波は、右心房圧のx降下によって形成され、拡張期速度波は右心房圧のy降下によって形成されます。収縮期と拡張期の間の速度天底は、右心房圧「v波」によるものです16,17,18,42。
さらに、機械的収縮期の持続時間は一回拍出量に正比例するが、収縮期時間は、SVと同様に、心拍数、前負荷、後負荷、および収縮性によって媒介される43。ccFT方程式は心拍数を補正するが、一回拍出量の代用としてのccFTの制限は、他の血行動態入力によって決定されることである。それにもかかわらず、ccFTの少なくとも7ミリ秒24または+2%〜4%の増加は、重症患者24、プリロード修正操作を実行する健康なボランティア44、45、およびシミュレートされた中等度から重度の出血蘇生法を受けている健康なボランティアにおけるSVの10%の上昇を正確に検出することが示されています27。さらに、ccFTは、呼吸操作中に選択的外科集団における変化するSVを正確に追跡するために使用されています46。したがって、フォーカスされたPCの間、後負荷と収縮性が比較的一定であると仮定すると、ccFTは主にSVの変化によって変化します。
さらに、このアプローチの絶対的および相対的禁忌は、特に患者において、まだ詳しく説明されていません。上記のように、最も一般的な禁忌は、協力できないことである可能性があります(例:.、気まぐれ、話す、動き、厳しさ)。これは多くの最新のバイタルサインモニターに当てはまりますが、ウェアラブル超音波は発声と首の動きに特に敏感です。したがって、このデバイスは、手術室の挿管および麻痺した患者で非常にうまく機能します。選択的冠状動脈バイパス移植を受けている患者を対象としたこのデバイスを使用した研究が現在登録されています。特定の患者における対向する頸動脈間の生理学的変動が可能である。ただし、PCパラダイムでは、患者が自分のコントロール(つまり、事前事後介入)として機能するため、この懸念は軽減されます。したがって、首の異なる側面(図5)はわずかに異なる静脈および動脈ドップラー信号を生成する可能性がありますが、重大な片側性異常(狭窄など)を除いて、変化は一貫しているはずです。身体的な制限も問題を引き起こす可能性があります(例:.、中心線、頸椎カラー、気管切開ストラップ、外傷、短い首、または重度の頸部後弯症)。中等度から重度の頸動脈狭窄症、大動脈弁狭窄症、不整脈、異常な呼吸パターンなどの生理学的禁忌も潜在的な懸念事項です。しかし、一般的に、心拍出量をリアルタイムで測定するPLRは、不整脈を含むこれらの問題の多くに耐性があります4,11。この装置は現在、自発呼吸救急科の患者と手術室の両方で研究されています。使用できない信号の割合は、このデータから収集されます。
上述の方法の重要性は、接着超音波が数分分の連続データをサンプリングすることができるのに対し、ハンドヘルドアプローチは典型的には数心周期に制限されることである48、49。さらに、ウェアラブル超音波用のソフトウェアは、動脈ドップラー変動係数を測定します。このことから、「スマートウィンドウ」が実装され、ベースライン時および介入中に十分な数の心周期をサンプリングします。この統計的機器は、各予圧チャレンジ47の測定精度を調整する。さらに、ウェアラブル超音波が患者に貼付されたままであることを考えると、測定のばらつきを増大させる人的要因50、51のリスクは減少する。これは、動脈と静脈の両方の共鳴に当てはまります。この方法のもう一つの重要な側面は、同時期の静脈および動脈ドップラー評価により、臨床医が動的操作中に心臓の前負荷を間接的に評価できることです。これはこの分野の専門家によって推奨されています13が、右心房圧の測定が面倒であるため、めったに実行されません。したがって、PC中の継続的な静脈動脈ドップラーは、ベッドサイドでの心機能のより深い画像を提供します。上記のこの方法は、静脈内輸液蘇生法の判断に使用できますが、「脱蘇生法」15,52の測定や人工呼吸器からの離乳の予測53にも有望であり、将来の臨床研究で検討する必要があります。例えば、体積過負荷の患者の利尿は、体積除去が進行するにつれて静脈ドップラー信号内の右心房圧が低下する兆候によって明らかにされ得る。さらに、患者が透析の前後にPLRを受けた場合、動脈ドップラー測定値の変化は、以前に報告されたように、心機能の増加を示すはずです52。
PC中に連続静脈動脈ドップラーの方法は、上記のプロトコルセクションで概説した6つの一般的なステップに従うことによって最もよく達成されます。新しいワイヤレスのウェアラブルドップラー超音波システムは、患者に付着し、予圧変更中に比較的固定された共振角を可能にすることにより、このパラダイムを支援します。基本的に、同時、瞬間、静脈-動脈ドップラーは、フランク-スターリング-サーノフ関係の2つの軸を詳しく説明し、したがって、心機能に新しい洞察を与える可能性があります。これは、急性疾患患者を管理する場合に特に重要です。ボリュームの管理と削除の両方を、この新しいアプローチによって洗練させることができます。上記の議論は主に入院患者の用途に限定されていますが、うっ血性心不全、慢性腎不全、および肺高血圧症の領域内での追加の外来使用も可能です。したがって、連続静脈動脈ドップラーは、血行動態および関連する医療分野における予期せぬ探索チャネルを解き放つ可能性があります。
J.E.S.K.、S.O.G.、D.J.、L.M.H.、E.R.、G.C.、J.K.E.は、ウェアラブルドップラー超音波を構築する新興企業であるフロソニクスメディカルで働いています。R.A.とB.N.は競合する利益を宣言しません。
何一つ。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
FloPatch | Flosonics | ||
iPad | Apple | ||
ultrasound gel |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved