A 모델은 인간의 임상 관련 저산소증을 시뮬레이션하기

요약

인간 저산소증 시뮬레이션 보통 저산소 가스 혼합물을 흡입에 의해 수행되었다. 이 연구를 위해, apneic 다이버는 인간의 동적 저산소증을 시뮬레이션하는 데 사용되었다. 또한, 불포화 재 포화 반응 속도의 생리적 변화는 이러한 근 적외선 분광법 (NIRS) 및 말초 산소 포화도 (SPO _2)와 같은 비 침습적 도구를 사용하여 평가 하였다.

초록

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.

서문

임상 적으로 급성 저산소증과 동반 탄산 혈증은 대부분 폐쇄성 수면 무호흡 증후군 (OSAS), 급성기도 폐쇄 환자 나 심폐 소생술 동안 볼 수있다. OSAS 및 기타 저산소증 조건의 분야에서 주요 제한은 동물 연구에서 파생 된 병태 생리에 대한 인간의 모델이 존재하지 않는 ^1이라는 제한된 양도 지식을 포함한다. ^{7 -} 인간의 저산소증을 모방하기 위해, 저산소 가스 혼합물은 지금까지 ² 사용되어왔다. 그러나 이러한 조건은 저산소증, 일반적으로 탄산 혈증을 동반 임상 상황에보다 높은 고도에서 주변의 더 많은 대표입니다. 심장 정지 및 소생 동안 조직의 산소를 모니터링하기 위해 동물 연구는 생리 보상 메카니즘을 조사하기 위해 ^팔을 수행 하였다.

Apneic 다이버가 호흡 충동을 누름 수있는 건강한 운동 선수그 낮은 동맥 산소 포화도 ^(9)와 증가 된 PCO ₍₂₎ ^{10, 11에} 의해 유발된다. 우리는 급성 저산소증과 동반 탄산 혈증 ^(12)의 임상 상황을 모방하기 위해 apneic 다이버를 조사 하였다. 이 모델은, 임상 설정 평가 OSAS 또는 병리학 호흡 장애가있는 환자의 병태 생리 학적 이해를 향상시키고, 무호흡의 경우 잠재적 인 카운터 밸런싱 메커니즘을 연구의 새로운 가능성을 나타 내기 위해 사용될 수있다. 또 다른 기술은 (상황을 환기 할 수없는, 즉,기도 장애물기도 수축 또는 삽관 할 수 없음) 또는 환자에서 간헐적 저산소증 시뮬레이션 인간 저산소증가 긴급 상황에 있는지 동적 저산소증의 경우 타당성과 정확성을 테스트 할 수있는 검출 OSAS와.

인간이 제한된에서 비 침습적 기술은 저산소증을 감지합니다. 주변 맥박 산소 측정기 (SPO ₂₎ 사전 hospi에서 승인 된 도구입니다탈 병원 설정은 저산소증 ^(13)을 감지한다. 이 방법은 헤모글로빈의 흡광에 기초한다. 그러나, _SPO이 측정은 말초 동맥 산소에 한정되고, 맥박 전기 활동 (PEA) 또는 중앙 집중식 최소 순환 ^(14)의 경우에 사용될 수 없다. ^{19 -} 반면, 근적외선 분광법 출혈성 쇼크 지주막 하 출혈 ^(15)는 다음 중, PEA 동안 실시간으로 뇌 조직 산소 포화도 (RSO _2)을 평가하기 위해 사용될 수있다. 그것의 사용은 지속적으로 ²⁰ 증가하고 방법 론적 연구는 SPO ₂ RSO ₂ ^3,4 사이에 양의 상관 관계를 밝혀왔다.

본 연구는 인간에서 임상 적으로 관련된 저산소증을 시뮬레이션 디 재 포화시 주변 산소 포화도와 NIRS를 비교하는 단계적인 방법을 제공하는 모델을 제공한다. (A)의 경우에 생리 데이터를 분석하여pnea 카운터 밸런싱 메커니즘에 대한 이해를 향상시킬 수있다.

프로토콜

윤리 문
인간의 참가자를 포함하는 연구에서 수행되는 모든 절차는 1964 년 헬싱키 선언의 윤리 기준과 그 이후의 개정에 따라했다. 이 연구의 디자인은 독일 본 대학 병원의 로컬 윤리위원회에 의해 승인되었다.

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시험 주제 1. 준비

1. NIRS 전극 위치하기 전에 피부 탈지를 70 % 알코올과 이마의 피부를 청소합니다.
2. 뇌 (= 중앙) 조직의 산소를 측정하기 위해 눈썹 위와 midsagittal 고랑 (궤적 frontopolar 2)의 오른쪽에 오른쪽 이마에 NIRS 전극을 배치합니다.
3. 신호의 안정성을 평가한다. RSO ₂ - 신호는 (일정해야7; 3 %) 이상 5 분.
4. NIRS (NIRS _조직 -electrode)와 말초 조직의 산소를 측정하기 위해,의 musculus의 대퇴사 두근의 대퇴골 (또는 팔뚝에)의 중간 위에 하나의 전극을 배치합니다. 정맥 얼기 또는 동맥 위에 전극을 배치하지 마십시오.
5. 머리 무료 가슴에 심전도 전극을 배치합니다. 심전도 리드는 다른 문자로 표시됩니다. 왼쪽 하단 리브 가장자리에 medioclavicular 라인, "F"의 다섯 번째 늑간 중간에 pectoralis 주요 왼쪽의 sternocostal 머리, "C"에 pectoralis의 sternocostal 머리 주요 권리, "L"에 배치 "R", " 오른쪽 하단 리브 가장자리에 N ".
6. NIRS _조직 -electrode가 배치 같은 말단 및 측의 손가락에 주변 맥박 산소 측정기 (SPO _2)를 측정한다.
7. 혈압 커프를 이용한 비 침습적 혈압 (NIBP)을 측정한다. 주변 펄스 oxim 수 있습니다 반대측 사지를 사용하여etry 측정한다. 혈압 결과 높은 시간 해상도를 얻기 위하여, 측정 1 분주기를 선택한다. 화면을 터치하고 "설정"을 선택하여 NIBP를 선택합니다.
8. 적어도 20 분 무호흡 전에,시와 무호흡 후 각각의 시점에서 혈액 샘플을 그리는 오른쪽 또는 왼쪽 팔의 중간 cubital 정맥에 정맥 라인을 설정합니다.
   1. 70 % 알코올로 피부를 청소합니다.
   2. 더 눈에 띄는 될 혈관을 돕기 위해 지혈대를 사용합니다.
   3. 감염을 방지하고 피부를 통해 바늘을 삽입하는 피부 소독을 사용합니다.
   4. 카테터 허브에 혈액 플래시백 후 삽입 각도를 줄일 수 있습니다. 정맥에 카테터를 밀어 넣습니다.
   5. 멸균 식염수 (염화나트륨 0.9 %)와 바늘과 플러시 카테터를 제거합니다.

2. 데이터 수집

1. 나중에 처리를위한 측정을 동기화하기 위해 모든 모니터의 내부 시계를 보정합니다.
   1. CL바탕 화면의 오른쪽 하단 시계 아이콘을 ICK하고 팝업 창에서 "이 변경된 날짜와 시간 설정"을 누릅니다.
   2. 고안하고 메뉴를 통해 변경된 날짜와 시간 NIRS에 설정 메뉴 버튼을 누릅니다.
2. 오프라인 분석 생리 데이터를 저장하기 위해, 도킹 스테이션에 모니터 장치를 삽입하고, 네트워크 케이블을 통해 컴퓨터에 연결. 도킹 스테이션의 IP 주소와 서브넷 마스크가 연결을 얻기 위해 네트워크 설정에서 올바른지 확인합니다. 이 정보를 얻기 위해 장치 제공 업체에 문의하십시오.
3. 컴퓨터에 대한 측정을 절약하기 위해 모니터 장치 특정 소프트웨어를 사용합니다. "시작"을 클릭하여 녹음을 시작하고 측정 종료 후 결과를 저장합니다.
   참고 : 일부 장치에서 데이터를 측정하는 동안 라이브에 저장해야합니다.
   참고 : 문제 해결 다음 단계를 돌봐의 경우 : 만약 NIRS _조직 SIG의 변화NAL들 너무 높게되면, 전극 (전극 바로 아래 더 큰 정맥총 또는 동맥을 방지)의 위치를 ​​다시 평가한다. NIRS _뇌 신호의 높은 변동성은 부분 CO _2를 줄일 수있는 다이버의 호흡에 대한 간접적 인 지표가 될 수 있습니다. 느린 호흡의 주제를 지시하고 낮은 갯벌 볼륨과 함께 신호를 다시 평가합니다. 주제는 최종 무호흡증 전에 3 깊은 영감을 할 수 있습니다. 기준 값의 평가에이 기간을 포함하지 마십시오. 최대 영감 후 처음 30 초는 변수 값을 특징으로한다. 분석을 위해 사용하지 마십시오.

3. 무호흡증

1. 주제 인해 혈관 수축으로 혈액 순환 스트레스에 의한 변화를 방지하기 위해 거짓말 위치에 적어도 15 분 동안 휴식을 가지고있다. 주제는 호흡의 영향은 혈관 수축을 야기 방지하기 위해 일반적으로 숨을 쉴 수 있습니다. 15 호흡 / 분 ≤ 할 수있는 호흡 주파수를 제한합니다.
2. 혈액 샘플을 그립니다베이스 라인 분석의. 측정 불확실성을 피하기 위해 그린 혈액의 첫 번째 5 mL를 폐기하십시오. 응고를 방지하기 위해 멸균 생리 식염수 각 정맥 채혈 후 카테터를 플래시합니다.
3. 그 모니터 값들이 apneic 성능을 시각적 영향을 피하기 위해 주제에 보이지 확인합니다.
4. 기능과 신호 품질에 대한 각 장치를 확인합니다. 전극 무호흡의 끝에서 피검 사체의 비자발적 인 움직임에 의해 제거 될 수 없도록.
5. 명확한 계약을 체결. 구두 마지막 2 분의 카운트 다운을 제공합니다. 과목이 준비 기간 동안 정상적으로 호흡해야합니다. 마지막 숨 3 깊은 영감 이전이 허용됩니다. 손가락 기호에 의해 마지막 흡입을 표시하기 위해 주제를 물어보십시오. 무호흡 가능한만큼 수행되어야한다.
   참고 : 마지막 숨의 끝은 가사의 시작을 나타냅니다. 가사의 끝은 무호흡 후 첫 영감으로 정의된다.
6. 마크 중요한 이벤트 (즉, 시작하는차 무호흡증의 끝) 전자적으로 NIRS 장치의 "이벤트 마크 버튼"을 눌러 추가 시간 분석의 부정확성을 방지 할 수 있습니다.
   참고 : 무의식적 인 다이아 프램 활동에 의해 유도 된 가슴과 복부의 움직임이 가사 하반기에 일반적이고 투쟁 단계를 나타냅니다.
7. 연구의 목적에 따라 다른 시간 지점에서 혈액 샘플을 그립니다.
8. 원심 분리기 혈액 샘플을 10 분 동안 1,500 XG에. 상층 액을 가지고 미래 분석을 위해 -80 ° C에서 보관합니다.

4. 데이터 처리 중

1. 모니터 장치에서 데이터를 처리 :
   1. 컴퓨터를 누릅니다에 저장된 파일을 열고 데이터를 분석하는 "시작".
   2. 트렌드 모니터에 접근하고 메뉴 submask에서 "옵션"을 선택한 다음 "도구"를 선택 "리뷰"를 클릭합니다. 필요한 경우 시간 간격은 "추세 구간"을 통해 변경할 수 있습니다.
   3. 마스크 "경향"과 SAV를 선택이자형. 추가 처리를 위해 스프레드 시트 프로그램에서 파일 열기 "동향".
2. NIRS 장치에서 데이터를 처리 :
   1. 컴퓨터에 소프트웨어를 열고 WIFI를 통해 NIRS 장치를 연결합니다.
   2. 컴퓨터에 NIRS 장치로부터 데이터를 전송.
   3. CSV 형식의 데이터를 저장합니다.
   4. 추가 처리를 위해 스프레드 시트 프로그램에서 파일 열기.

5. 값 분석

1. 값을 비교하는 두 데이터 세트와 스프레드 시트를 작성합니다. NIRS 값과 SPO ₂ 일정 적어도 30 초 (± 3 %)의 시간 간격을 식별한다. 기준 레벨을 정의하기 위해이 값의 평균을 가져 가라.
   참고 : 심장 박동이 가사에 상당히 이전에 변경하는 것으로 알려져있다. 상기 분석을 수행하기 위해, 기저 심박수 무호흡의 개시 후 30 시간 시점 sec로 정의된다.
2. RSO ₂ SPO ₂ 단조 감소의 시작 지점을 찾기 기본-수준에 비해 값> 2 %의 감소를 찾고에 의해 무호흡 동안. 이 시점은 "불포화의 시작"으로 정의된다.
3. 무호흡 종료 후 값들의 단조 증가로서 무호흡 끝에 RSO _{2 SPO이} 증가하는 시점을 확인한다. 이 점은 "재 포화 시작"으로 정의된다.
4. "가사의 시작"과 "불포화의 시작"과 "가사의 끝"과 NIRS의 _뇌, NIRS _조직 및 SPO ₂ "재 포화의 시작"사이의 시간 차이 사이의 시간 차이를 계산합니다. 별도의 스프레드 시트에 초 각각의 차이를 저장합니다.
5. 옵션 : 두 번째와 가사의 마지막 순간 동안 각 참가자의 심장 박동 변동성을 계산합니다. 이것은이 스트레스 단계에서 교감 / 부교감 신경의 균형에 대한 정보를 공개 할 수 있습니다.

6. 통계 처리

1. SPO _2, NIRS의 _대뇌 및 NIRS _{조직 값} "불포화의 시작"사이의 시간 차이를 비교한다. 측정 차이 가우스 분포의 테스트 (예를 들어, 샘플 샤피로-Wilk의 정상 테스트를 사용하여 (50)보다 작은 크기).
2. 측정의 차이의 분포가 정규 분포로부터 크게 다른 경우 Wilcoxon signed rank test를 사용한다. 정규 분포를 가정 할 수 있다면, 쌍을 이루는 t 테스트를 사용하는 것이 좋습니다.

결과

한 환자 중 무호흡증 1 표시를 SPO ₂ NIRS 값 (NIRS _뇌와 NIRS _조직)의 동시 녹음을줍니다. 총 무호흡 시간은 363 초였다. 다음 무호흡증 NIRS와 SPO ₂ 값은 약 140 초 동안 안정적으로 유지. NIRS의 _뇌의 감소가 238 초 후 검출 된 반면, SPO _2의 감소는 주변 SPO ₂ 204 초 후 검출되었다. 가장 낮은 측정 SPO _...

토론

총 가사 시간은 주로 폐 크기 분당 산소 소비에 의해 발생 및 _{PCO이 증가} 또는 _{PO이 감소에} 기인하는 호흡 반사 견딜 수있는 개개인의 능력에 의해 영향을 받는다. 무호흡 다이버는 숨을 보류 지속 시간을 최대화하기 위해 훈련 및 최대 영감에 그렇게하는 데 사용됩니다. 따라서, 저산소증 때까지의 시간은 개인 사이의 검출 다릅니다과 피사체의 신체 조건과 훈련 상태에 따라, 심지...

자료

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