Кардиография импеданса - Impedance cardiography

Кардиография импеданса
MeSHD002307

Кардиография импеданса (ICG) - это неинвазивная технология измерения общей электрической проводимости грудной клетки и ее изменений во времени для непрерывной обработки ряда кардиодинамических параметров, таких как ударный объем (SV), частота сердечных сокращений (HR), сердечный выброс (CO), выброс желудочков. Time (VET), Pre-ejection Period и используется для обнаружения изменений импеданса, вызванных высокочастотным током малой величины, протекающим через грудную клетку между двумя дополнительными парами электродов, расположенными за пределами измеряемого сегмента. Чувствительные электроды также обнаруживают сигнал ЭКГ, который используется в качестве тактовой частоты системы.[1]

Вступление

Кардиография импеданса (ICG), также известная как электрическая импедансная плетизмография (EIP) или торакальный электрический биоимпеданс (TEB), изучается с 1940-х годов. НАСА помогло разработать технологию в 1960-х годах.[2][3] Пионером использования импедансной кардиографии в психофизиологических исследованиях стала публикация статьи Миллера и Хорват в 1978 году.[4] Впоследствии рекомендации Миллера и Хорвата были подтверждены группой стандартов в 1990 году.[5] Полный список литературы доступен на сайте Публикации ICG. С помощью ICG четыре двойных одноразовых датчика на шее и груди используются для передачи и обнаружения электрических изменений и изменений импеданса грудной клетки, которые используются для измерения и расчета кардиодинамических параметров.

Как работает ICG

  • Четыре пары электродов размещаются на уровне шеи и диафрагмы, очерчивая грудную клетку.
  • Высокочастотный ток малой величины передается через грудную клетку в направлении, параллельном позвоночнику, от множества внешних пар.[1]
  • Ток ищет путь наименьшего сопротивления: кровь наполняется аорта (сигнал систолической фазы) и верхней и нижней полой вены (сигнал диастолической фазы, в основном связанный с дыханием)
  • Внутренние пары, расположенные у анатомических ориентиров, очерчивающих грудную клетку, воспринимают сигналы импеданса и сигнал ЭКГ.
  • ICG измеряет базовое сопротивление (сопротивление) этому току.
  • С каждым сердцебиение, объем и скорость крови в аорте изменяются
  • ICG измеряет соответствующее изменение импеданса и его время.
  • ICG связывает изменения импеданса с (а) объемным расширением аорты (это основное различие между ICG и Электрическая кардиометрия ) и (b) к выравниванию эритроцитов, вызванному скоростью кровотока, как функции скорости кровотока
  • ICG использует базовый уровень и изменения импеданса для измерения и расчета гемодинамический параметры

Гемодинамика

Основная статья: Гемодинамика

Гемодинамика - это подраздел физиологии сердечно-сосудистой системы, который касается сил, генерируемых сердцем, и возникающего в результате движения крови по сердечно-сосудистой системе.[6] Эти силы проявляются перед клиницистом как парный ценности кровоток и артериальное давление измеренный одновременно в выходном узле левого сердца. Гемодинамика - это жидкостный аналог закона Ома в электронике: давление эквивалентно напряжению, поток - току, сопротивление сосудов - электрическому сопротивлению, а работа миокарда - энергии.

Рис.1: Аортальное артериальное давление и аортальный кровоток в течение одного интервала сердечных сокращений: S = систолическое артериальное давление; D = диастолическое артериальное давление; MAP = Среднее артериальное давление; SV = ходовой объем; DN = дикротическая вырезка (закрытие аортального клапана)

Взаимосвязь между мгновенными значениями артериального давления в аорте и кровотока через аортальный клапан за один интервал сердечных сокращений и их средними значениями изображена на рисунке 1. Их мгновенные значения могут быть использованы в исследованиях; в клинической практике их средние значения, MAP и SV, являются адекватными.

Параметры кровотока

Системный (глобальный) параметры кровотока находятся (а) кровоток на сердцебиение, Ударный объем, SV [мл / удар], и (б) кровоток в минуту, Сердечный выброс, CO [л / мин]. Между этими параметрами кровотока существует четкая взаимосвязь:

CO[л / мин] = (SV[мл] × ЧСС[уд / мин])/1000    {Уравнение 1}

где ЧСС - частота пульса (ударов в минуту, ударов в минуту).

Поскольку нормальное значение CO пропорционально массе тела, которое оно должно перфузировать, единого «нормального» значения SV и CO для всех взрослых не существует. Все параметры кровотока необходимо проиндексировать. Принятое соглашение - индексировать их по Площадь поверхности тела, BSA [м²], DuBois & DuBois Formula, функция роста и веса:

BSA[м²] = W0.425[кг] × ЧАС0.725[см] × 0.007184     {Уравнение 2}

Результирующие индексированные параметры: Индекс инсульта, SI (мл / удар / м²) определяется как

SI[мл / удар / м²] = SV[мл]/ BSA[м²]         {Уравнение 3}

и Сердечный индекс, ДИ (л / мин / м²), определяется как 

CI[л / мин / м²] = CO[л / мин]/ BSA[м²]         {Уравнение 4}

Эти индексированные параметры кровотока демонстрируют типичные диапазоны:

Для Индекс инсульта: 35 типичный < 65 мл / удар / м²; для Сердечный индекс: 2,8 типичный < 4.2 л / мин / м².

Уравнение 1 для индексированных параметров затем изменяется на

CI[л / мин / м²] = (SI[мл / удар / м²] × ЧСС[уд / мин])/1000       {Eq.1a}

Гемодинамика: динамический модулятор транспорта кислорода

Основная функция сердечно-сосудистой системы - транспортировка кислорода: кровь - это проводник, кислород - это груз. Задача здоровой сердечно-сосудистой системы - обеспечить адекватную перфузию всех органов и поддерживать динамическое равновесие между потребностью в кислороде и доставкой кислорода. У здорового пациента сердечно-сосудистая система всегда увеличивает кровоток в ответ на повышенную потребность в кислороде. Однако у пациента с нарушением гемодинамики, когда система не может удовлетворить повышенную потребность в кислороде, кровоток к органам, находящимся ниже в списке приоритетов доставки кислорода, снижается, и эти органы могут, в конечном итоге, выйти из строя. Расстройства пищеварения, мужская импотенция, усталость, лунатизм, непереносимость температуры окружающей среды и т. Д. Являются классическими примерами состояния низкого кровотока, приводящего к снижению притока крови к кишечнику, половым органам, скелетным мышцам, коже и т. Д.

Гемодинамические модуляторы

Изменчивость SI и изменчивость MAP достигаются за счет деятельности модуляторы гемодинамики.

Рис.5: Закон Франка-Старлинга и инотропия: показаны три кривые Франка-Старлинга для нормоинотропии, гиперинотропии и гипоинотропии. Пациент с нормоволемией и нормоинотропом имеет нормальный уровень сократимости фазы выброса (EPC). Тем не менее, у пациента с гиповолемией может наблюдаться такой же нормальный уровень EPC при введении положительных инотропов, а у пациента с перегрузкой объемом (гиперволемией) также может быть нормальный уровень EPC при получении отрицательных инотропов.

Стандартные термины физиологии сердечно-сосудистой системы для гемодинамических модуляторов: преднагрузка, сократимость и постнагрузка. Они имеют дело с (а) силы инерционного наполнения крови возвращаются в предсердие (предварительная нагрузка), которые растягивают волокна миокарда, накапливая в них энергию, (б) сила, с которой волокна сердечной мышцы укорачиваются, высвобождая, таким образом, запасенную в них энергию, чтобы вытеснить часть крови из желудочка в сосудистую сеть (сократимость), и (c) силы, которые насос должен преодолеть, чтобы доставить болюс крови в аорту при каждом сокращении (последующая нагрузка). Уровень предварительной нагрузки в настоящее время оценивается либо по PAOP (давление окклюзии легочной артерии) у катетеризованного пациента, либо по EDI (конечный диастолический индекс) с помощью ультразвука. Сократимость обычно не оценивается; довольно часто инотропия и сократимость взаимозаменяемы как равные. Постнагрузка оценивается по значению SVRI.

Рис.6: Расчет времени рабочих эффектов предварительной нагрузки, сократимости (фармакологический = инотропный и механический = механизм Франка-Старлинга, т. Е. Эффекты внутрисосудистого объема) и постнагрузки в отношении систолического и диастолического временных интервалов: диастола => начинается в S2 -time, заканчивается в Q-time. Систола => изоволюмическая фаза начинается в Q-время, заканчивается во время AVO; Фаза выброса начинается во время AVO, заканчивается во время S2. (S2 = 2-й тон сердца = закрытие аортального клапана; AVO = открытие аортального клапана)

Вместо того, чтобы использовать термины предварительная нагрузка, сократимость и постнагрузка, предпочтительная терминология и методология в области ритмической гемодинамики заключается в использовании терминов для обозначения реальных инструментов гемодинамической модуляции, которые либо использует организм, либо врач имеет в своем наборе инструментов для контроля гемодинамического состояния:

В предварительная нагрузка и Франк-Старлинг (механически) индуцированный уровень сократимости модулируется изменением внутрисосудистый объем (увеличение или уменьшение объема / диурез).

Фармакологическая модуляция сократимости выполняется с кардиоактивным инотропные агенты (положительные или отрицательные инотропы) присутствующие в кровотоке и влияющие на скорость сокращения волокон миокарда.

В последующая нагрузка модулируется путем изменения калибра сфинктеров на входе и выходе каждого органа, таким образом сосудистое сопротивление, с вазоактивные фармакологические агенты (вазоконстрикторы или вазодилататоры и / или ингибиторы АПФ и / или БРА) (АПФ = ангиотензинпревращающий фермент; БРА = блокатор рецепторов ангиотензина). Постнагрузка также увеличивается с увеличением вязкость кровиоднако, за исключением пациентов с крайне высокой степенью разбавления или гемоконцентрации, этот параметр обычно не рассматривается в клинической практике.

Обратите внимание, что за исключением увеличения объема, которое может быть достигнуто только физическими средствами (внутривенное или пероральное введение жидкости), все другие инструменты, регулирующие гемодинамику, являются фармакологическими, кардиоактивными или вазоактивными агентами.

Измерение CI и его производных позволяет клиницистам своевременно проводить оценку состояния пациента, диагностировать, прогнозировать и принимать решения о лечении. Было хорошо установлено, что как обученные, так и неподготовленные врачи в равной степени не могут оценить сердечный выброс только с помощью физической оценки.

Инвазивный гемодинамический мониторинг

Клиническое измерение сердечного выброса доступно с 1970-х годов. Однако это измерение кровотока является очень инвазивным, с использованием направленного потока термодилюционного катетера (также известного как катетер Свана-Ганца), что представляет значительный риск для пациента. Кроме того, этот метод дорогостоящий (несколько сотен долларов за процедуру) и требует квалифицированного врача и стерильных условий для введения катетера. В результате он использовался только в очень узких слоях (менее 2%) тяжелобольных пациентов и пациентов из группы высокого риска, у которых знание кровотока и транспорта кислорода перевешивало риски, связанные с методом. По оценкам, в Соединенных Штатах ежегодно выполняется не менее двух миллионов процедур катетеризации легочной артерии, чаще всего у периоперационных кардиологических и сосудистых хирургических пациентов, декомпенсированной сердечной недостаточности, полиорганной недостаточности и травм.

Неинвазивный гемодинамический мониторинг

Теоретически неинвазивный способ мониторинга гемодинамики имел бы исключительную клиническую ценность, потому что данные, подобные инвазивным методам мониторинга гемодинамики, можно было бы получить с гораздо меньшими затратами и без риска. В то время как неинвазивный гемодинамический мониторинг может использоваться у пациентов, которым ранее требовалась инвазивная процедура, наибольшее влияние может быть оказано на пациентов и в условиях ухода, где инвазивный гемодинамический мониторинг был невозможен, не стоил риска или затрат. Благодаря его безопасности и низкой стоимости, возможность измерения жизненно важной гемодинамики может быть расширена для значительно большего числа пациентов, включая амбулаторных пациентов с хроническими заболеваниями. ICG даже использовался в экстремальных условиях, таких как космическое пространство и Mt. Экспедиция на Эверест.[7] Пациенты с сердечной недостаточностью, гипертонией, кардиостимулятором и одышкой - это четыре состояния, при которых амбулаторный неинвазивный гемодинамический мониторинг может играть важную роль в оценке, диагностике, прогнозе и лечении. Некоторые исследования показали, что сердечный выброс ICG является точным,[8][9] в то время как другие исследования показали, что это неточно.[10] Было показано, что использование ICG улучшает контроль артериального давления при резистентной гипертонии при использовании обоими специалистами. [11] и врачи общей практики.[12] Также было показано, что ICG предсказывает ухудшение состояния при сердечной недостаточности.[13]

Параметры ICG

Электрические сигналы и сигналы импеданса обрабатываются для определения реперных точек, которые затем используются для измерения и расчета гемодинамических параметров, таких как сердечный выброс, ударный объем, системное сопротивление сосудов, содержание жидкости в грудной клетке, индекс ускорения и соотношение систолического времени.

ПараметрОпределение
Частота сердцебиенияКоличество ударов сердца в минуту
Сердечный выбросКоличество крови, перекачиваемой левым желудочком каждую минуту
Сердечный индексСердечный выброс, нормализованный для площади поверхности тела
Ударный объемКоличество крови, перекачиваемой левым желудочком за одно сердцебиение
Индекс инсультаУдарный объем, нормализованный для площади поверхности тела
Системное сосудистое сопротивлениеСопротивление току крови в сосудистой сети (часто называемое «постнагрузка»).
Индекс системного сосудистого сопротивленияСистемное сосудистое сопротивление, нормализованное для площади поверхности тела
Индекс ускоренияПиковое ускорение кровотока в аорте
Индекс скоростиПиковая скорость кровотока в аорте
Содержание грудной жидкостиЭлектропроводность грудной полости, которая в первую очередь определяется внутрисосудистой, внутриальвеолярной и интерстициальные жидкости в грудной клетке
Левая сердечная работаИндикатор объема работы, которую левый желудочек должен выполнять, чтобы перекачивать кровь каждую минуту.
Индекс левого сердечного ритмаРабота левого сердца нормализована для площади поверхности тела
Соотношение систолического времениСоотношение электрической и механической систолы
Период до выбросаВременной интервал от начала электростимуляции желудочков до открытия аортального клапана (электрическая систола)
Время выброса левого желудочкаВременной интервал от открытия до закрытия аортального клапана (механическая систола)

Рекомендации

  1. ^ а б Что такое TEB и как он работает
  2. ^ Кубичек В.Г., Витсо Д.А., Паттерсон Р.П., Мошаррата М.А., Карнегис Дж. Н., Фром, A.H.L. (1967). Значительные улучшения его клинической точности произошли в 80-х годах в компании BoMed Medical Manufacturing LTD под руководством Б. Бо Срамека с продуктом NCCOM3. в 1992 году компания была переименована в CDIC, а продукт - в BioZ. Разработка и оценка импедансной кардиографической системы для измерения сердечного выброса и разработка системы вычисления скорости потребления кислорода, использующей квадрупольный масс-спектрометр. НАСА-CR-92220, N68-32973.
  3. ^ "Передача технологии". 2016-09-15.
  4. ^ Миллер, Дж. К. и Хорват, С. М. (1978). Кардиография импеданса. Психофизиология, 15(1), 80–91.
  5. ^ Шервуд, А., Аллен, М. Т., Фаренберг, Дж., Келси, Р. М., Ловалло, В. Р., и ван Дорнен, Л. Дж. (1990). Методические указания по импедансной кардиографии. Психофизиология, 27(1), 1–23.
  6. ^ WR Milnor: Гемодинамика, Williams & Wilkins, 1982
  7. ^ «Местное биомедицинское устройство в помощь НАСА».
  8. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2012-06-16. Получено 2011-03-19.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  9. ^ Альберт, Нэнси М .; Привет, Мелани Д .; Ли, Цзяньбо; Янг, Джеймс Б. (2004). «Эквивалентность методов биоимпеданса и термодилюции в измерении сердечного выброса у госпитализированных пациентов с прогрессирующей декомпенсированной хронической сердечной недостаточностью». Американский журнал интенсивной терапии. 13 (6): 469–479. Дои:10.4037 / ajcc2004.13.6.469.
  10. ^ Камат С.А., Дразнер М.Х., Тасисса Дж., Роджерс Дж. Г., Стивенсон Л. В., Янси К. В. (август 2009 г.). «Корреляция импедансной кардиографии с инвазивными измерениями гемодинамики у пациентов с сердечной недостаточностью на поздних стадиях: исследование BioImpedance CardioGraphy (BIG) Оценочного исследования застойной сердечной недостаточности и эффективности катетеризации легочной артерии (ESCAPE)». Являюсь. Сердце J. 158 (2): 217–23. Дои:10.1016 / j.ahj.2009.06.002. ЧВК  2720805. PMID  19619697.
  11. ^ Талер, Сандра Дж .; Textor, Стивен С .; Августин, Джо Эллен (2002). «Резистентная гипертония». Гипертония. 39 (5): 982–988. Дои:10.1161 / 01.HYP.0000016176.16042.2F. PMID  12019280.
  12. ^ Смит, Рональд Д.; Леви, Павел; Феррарио, Карлос М. (2006). «Значение неинвазивной гемодинамики для достижения контроля артериального давления у пациентов с гипертонией». Гипертония. 47 (4): 771–777. Дои:10.1161 / 01.HYP.0000209642.11448.e0. PMID  16520405.
  13. ^ Пакер, Милтон; Авраам, Уильям Т .; Mehra, Mandeep R .; Янси, Клайд У .; Лоулесс, Кристин Э .; Mitchell, Judith E .; Смарт, Фрэнк У .; Бижу, Рэйчел; о'Коннор, Кристофер М .; Massie, Barry M .; Пина, Илеана Л .; Гринберг, Барри Х .; Янг, Джеймс Б.; Fishbein, Daniel P .; Hauptman, Paul J .; Бурж, Роберт С.; Строубек, Джон Э .; Мурали, Сринвивас; Шокен, Дуглас; Тирлинк, Джон Р .; Леви, Уэйн С.; Trupp, Робин Дж .; Серебро, Марк А .; Проспективное оценочное определение сердечной декомпенсации с помощью координаторов исследования ICG Test (PREDICT) (2006). «Применение импедансной кардиографии для выявления краткосрочного риска клинической декомпенсации у стабильных пациентов с хронической сердечной недостаточностью». Журнал Американского колледжа кардиологии. 47 (11): 2245–2252. Дои:10.1016 / j.jacc.2005.12.071. PMID  16750691.

внешняя ссылка