心臓手術に伴う急性腎障害を予測するための腎臓と四肢のNIRSの比較

急性腎障害（AKI）は、心臓手術の一般的な合併症であり、患者の最大 40% に発生します1、2。これは、脳卒中や胸骨深部感染症など、心臓手術における他の重篤な術後合併症の発生率の 10 倍以上です。 3,4 心臓手術後に新たに透析を必要とする重篤な AKI は、心臓病患者の 1 ～ 6% で発生します。手術患者。3、 5 AKI により、入院期間が 5 日間から 11 日間に延長され、入院費用が患者 1 人あたり 18,463 ドルから 37,674 ドルに増加します。6 AKI の重症度は院内死亡率と強く関連しており、最も軽度の AKI であっても死亡率は 2 倍以上、より重度の AKI では 10 ～ 30 倍の死亡率となります（重症 AKI の定義と患者集団によって異なります）。 ).6、 7 AKI は、米国では年間 30 万人、世界では毎年 200 万人が死亡しています。8、9 最も関連性の高い患者集団のみを考慮しています（大動脈および脊椎手術、関連する心臓血管処置、人工呼吸器を使用している集中治療患者、重度の外傷患者）。 、米国だけでも年間 310 万人以上の患者が AKI のリスクにさらされています。10-14 そのうち 30.6%12、13、15 人が AKI に罹患し、年間 190 億ドルの病院費用が追加されます6。 これらの理由から、胸部外科医協会は腎不全を心臓手術の 5 つの主要な合併症の 1 つとして挙げています。

心臓手術後の AKI の病態生理学は多因子ですが、心臓手術中に起こる重大な血行動態の変化が重要な役割を果たしている可能性があります。 腎髄質は代謝活性が最も高く、腎臓内での酸素貯蔵量が最も少なく、髄質の低酸素状態が AKI の主な決定要因であると考えられています。腎性低酸素症の時間モニター。 一旦発症すると、現在のところ AKI に対する治療法はないため、予防が治療の中心であり、AKI を予防するための重要なステップは、AKI をタイムリーに認識することです。 しかし、血清クレアチニン、乏尿、さらには新しいバイオマーカーに基づく現在の診断方法では、診断が完了するまでに数時間から数日かかります。 研究者らは、損傷が回復不能になる前に腎臓の低酸素症をリアルタイムで診断するための受け入れられた基準を持っていません。 AKIを予防するための正確な心拍出量や平均動脈圧目標が不明であるため、ほとんどの臨床医は腎臓の術中の血行動態目標を適切な腎灌流の「経験に基づいた推測」に基づいています。 尿量のモニタリングの実施さえ、腎機能との非特異的な関係のため不確実です。18-20 近赤外分光法 (NIRS) は、非侵襲的であり、心臓手術と血管手術の両方で脳酸素濃度測定のモニターとして臨床使用されてきた長い歴史があるため、組織の低酸素状態をモニタリングするための有望な技術です。 NIRS は動脈毛細管酸素化と静脈毛細管酸素化の混合を測定するため、酸素消費と酸素供給のバランスを監視するのに特に適しています。 大量の文献には、新生児および幼児における全身灌流モニターおよび局所灌流モニターとしての NIRS の使用が記載されています。21-26 成人の心臓手術患者を対象に、腎臓上に NIRS センサーを超音波ガイド下に設置した 2 つの研究では、術中の局所組織の酸素飽和度低下がその後の AKI の発症と関連していることがわかりました。成人心臓手術患者における腎臓および腎臓静脈酸素飽和度。29 しかし、これらの研究の問題は、体格指数（BMI）が 30kg/m2 を超える患者、または腎臓の表面が皮膚から 4cm を超える患者を除外したことです。 米国疾病管理センターによると、米国における肥満（BMI 30kg/m2 以上）の発生率は 40% 以上であり、心臓手術を受ける肥満患者は AKI のリスクが高くなります 30, 31。成人患者の腎臓が米国の成人の腎臓の低酸素状態をモニタリングする有効なツールになると、その技術はすべての成人患者に有効でなければなりません。

成人の腎低酸素モニタリングに NIRS を使用する場合の主な制限は、信号の到達深さです。 メーカーのガイドラインでは、NIRS の最大侵入深さは 2.5 cm であると示唆されています。 NIRS 測定の実際の浸透深さは、線源と検出器の距離、使用される特定のアルゴリズム、および測定される組織の光学特性によって異なります。 NIRS を実験的にモデル化すると、線源と検出器の距離と侵入深さとの間には非線形の関係があり、線源と検出器の距離が 20 mm の場合は侵入の深さが 10 mm になりますが、線源と検出器の距離が 40 mm の場合は侵入深さが 10 mm になります。貫通深さ 15mm.32 非常に痩せた成人では、腎臓の表面が皮膚から 2 cm 以内にある場合がありますが、腎髄質 (ほとんどの AKI が発生すると考えられている場所) は数センチメートル深いため、正確にモニタリングすることはできません。

次に、これらの成人心臓手術の研究が、腎臓上に配置された NIRS、AKI の転帰、さらには腎静脈酸素飽和度との関係をどのように示したのかという疑問が生じます。27-29 研究室は、出血性ショックおよび大動脈閉塞中に腎臓および大腿部に配置されたNIRS測定値と腎臓髄質酸素濃度を直接比較するブタモデルを開発しました33。 研究者らは、大動脈閉塞などの極端な血行力学的変化中に、NIRSと侵襲性腎臓組織の酸素濃度の間に中程度の相関関係があることを発見しましたが、これはNIRSセンサーが腎臓の上に設置されているか、大腿部の上に設置されているかに関係なく真実でした。 腎臓 NIRS と大腿 NIRS の関係は、腎臓酸素濃度との関係よりも強かった。 これは、腎臓の表面から皮膚までの距離が 2 cm 未満の動物で発生しました。 総合すると、これらのデータは、成人の腎 NIRS は皮下組織の酸素化を測定している可能性があるが、依然として全体的な灌流モニターであり、全体的な灌流不良と AKI リスクを予測する可能性があることを示唆しています。 実際、成人の心臓手術患者を対象とした研究では、大腿部に配置されたNIRSセンサーがその後のAKIを予測し、受信者オペレータの特性分析により最適なカットオフが67%、曲線下面積が0.84.34であることが示された。 現在の研究提案の目的は、AKIのリスクがある心臓手術を受けた成人患者において、腎臓上に配置されたNIRSと腕または大腿上に配置されたNIRSを直接比較することである。 この仮説は、四肢の NIRS と腎臓の NIRS はどちらも AKI を予測し、NIRS が成人心臓手術患者の AKI を予測する能力は BMI や腎臓の表面から皮膚までの距離とは無関係であるというものです。