CPB Sırasında Normal Kan Viskozitesinin HCT ve Sıcaklığa Bağlı Model Kullanılarak Çevrimiçi Tahmini
Bu makale İngilizce'den Türkçe'ye çevrilmiştir.
Orjinal Formu:
Online_Prediction_of_Normal_Blood_Viscosity_During_Cardiopulmonary_Bypass_Using_Hematocrit
.
Download • 1.62MB
SHIGEYUKI OKAHARA¹, (Member, IEEE), SATOSHI MIYAMOTO², ZU SOH³, (Member, IEEE),
HIDESHI ITOH¹, SHINYA TAKAHASHI⁴, AND TOSHIO TSUJI³, (Member, IEEE)
¹Department of Medical Engineering, Junshin Gakuen University, Fukuoka 815-0036, Japan
²Department of Clinical Engineering, Hiroshima University Hospital, Hiroshima 734-8551, Japan
³Department of System Cybernetics, Institute of Engineering, Hiroshima University, Hiroshima 739-0046, Japan
⁴Department of Cardiovascular Surgery, Hiroshima University Hospital, Hiroshima 734-8551, Japan
Corresponding authors: Shigeyuki Okahara (okahara.s@junshin-u.ac.jp) and Toshio Tsuji (tsuji@bsys.hiroshima-u.ac.jp)
This work was supported by the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI under Grant JP19K12832.
Özet
Bu makale, kardiyopulmoner baypas (CPB) sırasında hematokrit ve sıcaklığa dayalı normal kan viskozitesinin çevrimiçi tahmini için matematiksel bir model önermektedir. Klinik deneyler, önceden geliştirilmiş bir sürekli kan viskozite izleme sistemi kullanılarak yapıldı ve hafif ila orta derecede hipotermik CPB'ye tabi tutulan 40 hastadan sürekli basınç ve akışa dayalı anlık viskozite (ηe) verileri toplandı. ηe karşılık gelen hematokrit ve kan sıcaklığı verileri de alındı. Farklı hematokrit seviyeleri için kan viskozite-sıcaklık eğrilerinin, lineer model parametrelerinin (eğimler ve kesişmeler) aynı zamanda hematokrit ile lineer ilişkiler sergilediği lineer modeller kullanılarak iyi bir şekilde yerleştirilebileceği bulundu. Bu ilişkilere dayanarak, hematokrit ve sıcaklık bazlı normal viskoziteyi (η0) tahmin edebildik. Tahmin doğruluğunu test etmek için, η0, bir-bir dışarıda bırakma çapraz doğrulama prosedürü kullanılarak ηe ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, η0 ve geleneksel bir viskozimetre kullanılarak belirlenen çevrimdışı ölçülen viskozite (η), hafif hipotermik CPB'ye tabi tutulan 20 hasta için karşılaştırılmıştır. η0 ve ηe—farklı ilkelere dayalı iki çevrimiçi kan viskozitesi izleme yöntemi—iyi bir uyum göstermiştir (R2 = 0.74 ve p < 0.0001). Ayrıca, η0 ve η da iyi bir uyum göstermiştir (R2 = 0.69 ve p < 0.0001). Önerilen model, CPB sırasında hematokrit ve sıcaklığa dayalı normal kan viskozitesinin çevrimiçi tahmini için uygundur. Önerilen model, klinik perfüzyon yönetimi sırasında kan viskozitesinin etkilerini araştırmak için gelecekteki bir uygulamanın çekirdeği olarak işlev görebilir ve ayrıntılı çevrimiçi kan viskozite çalışmalarını kolaylaştırabilir.
İNDEKS ŞARTLARI Kan viskozitesi, kardiyopulmoner baypas, hematokrit, oksijenatör.
1. GİRİŞ
Kardiyopulmoner baypas (CPB), kansız ve hareketsiz bir ameliyat alanı sağlamak için kalp cerrahisi sırasında kardiyorespiratuar fonksiyonun tamamen değiştirilmesine yönelik bir yöntemdir. Sağ atriyumdan boşaltılan kan, pulmoner dolaşımı atlar ve bir oksijenatör ile gaz değişiminden sonra aorttan sistemik dolaşım için perfüze edilir. Pompa akış hızı ve perfüzyon basıncı, canlı vücuda uygun oksijen tedarikini sağlamak için geleneksel olarak kullanılan göstergelerdir [1].
Akış hızı, bir kan pompası kullanılarak keyfi olarak belirlenebilirken, perfüzyon basıncı, kan akışına ve vasküler dirence bağlı olan kan viskozitesine bağlıdır [2]. CPB sırasında kan viskozitesi, fizyolojik olarak kontrol edilmeyen hematokrit ve sıcaklık [2] tarafından doğrudan belirlenir ve bu ilişki nedeniyle kan viskozitesindeki değişiklikler normaldir. Spesifik olarak, kan sıcaklığının normal sıcaklıktan 22°C’ye düşmesi kan viskozitesini yaklaşık %50−300 oranında artırır [3]. Öte yandan, kan viskozitesi üzerindeki etki 25−37 °C aralığında daha küçüktür [4].
KPB sırasında oksijen tüketimini azaltarak organları korumak için vücut sıcaklığı genellikle yaklaşık 25−32 C’ye düşürülür [5]. Geleneksel olarak hemodilüsyon, hipotermi nedeniyle kan viskozitesinde ortaya çıkan artışa karşı koymak ve kan akışını sürdürmek için yapılır [6], [7]. Kabul edilebilir hemodilüsyon düzeyi tartışma konusu olmaya devam etse de, çeşitli çalışmalar düşük hematokrit düzeyinin nöropati ve böbrek yetmezliğine neden olabileceği iddiasını desteklemektedir [8]–[12].
Bununla birlikte, hipotermiye ve yüksek hematokrit düzeyine bağlı kan viskozitesindeki artışların, mikrosirkülasyonda azalma ile birlikte postoperatif nörolojik komplikasyonlarla nasıl ilişkili olduğu açıklığa kavuşturulmamıştır.
Daha önceki epidemiyolojik çalışmalar, kan hiperviskozitesinin serebral damar ve kardiyovasküler olay riskini artırdığını bildirmiştir [13]–[15]. Kan viskozitesinin belirleyicileri olan hematokrit, plazma viskozitesi ve eritrosit sedimantasyon hızının kardiyovasküler olaylarla ilgili bağımsız riskler gösterdiği bildirilse de, bu reolojik faktörlerin etki ettiği temel mekanizmalar belirsizliğini koruyor [16]. Ek olarak, sıcaklıktaki değişikliklerle ilişkili risk, yukarıda belirtilen çalışmalarda denekler normotermi durumunda tutuldukları ve normal sıcaklıktaki kan viskozitesi minimumda olduğu için henüz netlik kazanmamıştır.
Ayrıca CPB, hematokrit ve sıcaklığın etkilerinden bağımsız olarak kan viskozitesinde anormal artışlara neden olabilir. Kan, mikrosirkülasyon sırasında kırmızı kan hücrelerinin (RBC'ler) deformasyonu nedeniyle görünür kan viskozitesinin azalmasıyla psödoplastik sıvıların özelliklerine sahip Newton tipi olmayan bir sıvıdır [17]. Bu nedenle, RBC deformabilitesi azaldığında, mikrosirkülasyon sırasında kan viskozitesinde artışa neden olan hemoreolojik özelliklerin araştırılması gerekmektedir [18].
Kan mekanik strese, hipotermiye ve plazma seyrelmesine maruz kaldığında RBC'lerin şekli değişir [19], [20]. Bu aynı zamanda KPB sırasında RBC deformitesini de etkileyebilir [21]. Depolanmış eritrositlerin deformabilitesinde gözlenen azalmaların depolama süresi ile ilgili olduğu da bilinmektedir [22].
Ayrıca, 7 günden daha eski depolanmış eritrositlerle transfüzyon yapılan hastalarda, mikrosirkülasyon sırasında akış direncinde artış görülebilir [23], [24]. Ek olarak, RBC deformabilitesindeki azalma, hipotermiye bağlı olarak doku perfüzyonunu daha da azaltır [25].
Bu nedenle, KPB uygulanan hastalarda kan viskozitesinin etkilerini kapsamlı bir şekilde araştırmak önemlidir. Bununla birlikte, viskozitedeki değişikliklerin nedenlerini belirlemeye yardımcı olabilecek uygun teknolojilerin eksikliği nedeniyle bu etkiler bilinmemektedir.
Daha önce oksijenatörün basınç-akış özelliklerine dayanan sürekli bir kan viskozitesi izleme sistemi geliştirmiştik. Ayrıca, sistem kullanılarak ölçülen viskozitenin, geleneksel bir burulma salınım viskozimetresi kullanılarak ölçülen ile iyi bir uyum içinde olduğunu gösterdik [26],[27].
Ancak geliştirilen sistem kan viskozitesini fiziksel değişkenlere göre tahmin ettiğinden, viskozitedeki değişikliklerin hematokrit ve sıcaklıkla mı yoksa diğer faktörlerle mi ilgili olduğu belirsizliğini koruyor.
Bu yazıda, kan viskozitesi ile hematokrit ve sıcaklık arasındaki fizyolojik ilişkilerin niceliğini belirleyerek, normal durumda kan viskozitesinin bu iki değişkenin bir fonksiyonu olarak ifade edilebileceğini gösteriyoruz. Ayrıca, gerçek zamanlı olarak normal kan viskozitesini tahmin etmek için hematokrit ve kan sıcaklığına göre CPB sırasında kan viskozitesi varyasyonlarının bağımlılığını modelliyoruz.
2. METODLAR
Bu bölüm, çevrimiçi kan viskozitesi tahmin modelini türetmeye ve modeli değerlendirmeye yönelik deneysel prosedürleri açıklamaktadır. Yukarıda bahsedilen sürekli kan viskozitesi izleme sistemi [27], çevrimiçi kan viskozitesi, hematokrit ve kan sıcaklığı verilerinin elde edilmesi için bir klinik ortamda kullanıldı.
Önerilen model kullanılarak sıcaklık ve hematokrite dayalı olarak tahmin edilen normal viskozite (η0), basınç ve akışa dayalı sistem kullanılarak tahmin edilen anlık viskozite (ηe) ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra, η0 bir burulma salınım viskozimetresi kullanılarak çevrimdışı ölçülen viskozite (η) ile karşılaştırıldı. İnsan katılımcılar üzerinde gerçekleştirilen tüm testler, Helsinki Deklarasyonu ilkelerine uygundu. Ayrıca, bu çalışmada kullanılan tüm prosedürler Hiroşima Üniversitesi Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır (1172).
Son olarak, gösterilen tüm veriler ortalama ± standart sapma olarak sunulmaktadır. İstatistiksel analiz XLSTAT (Addinsoft Inc., Paris, Fransa) ve MATLAB (The MathWorks, Inc., Massachusetts, ABD) yazılımları kullanılarak yapıldı. Gerçekleştirilen analizler t-testi, ki-kare testi, histogram analizi, regresyon analizi ve Bland-Altman grafiğini içeriyordu. İstatistiksel anlamlılık, p < 0.05 olduğunda varsayılmıştır.
A. ÖLÇÜM SİSTEMİ
Oksijenatör(CAPIOX-FX15; Terumo Cardiovascular Systems Corp., Tokyo, Japan), bir venöz rezervuar (CX-RR40; Terumo Cardiovascular Systems Corp.) ve bir santrifüj pompa (MP-23; Senko Medical Instrument Mfg. Co., Ltd., Tokyo, Japan) , standart bir açık devre oluşturmak için 3/8-inç polivinil klorür tubing kullanılarak bağlandı.
Bu bileşenler, Şekil 1'de gösterildiği gibi klinik sistemden oluşuyordu. Oksijenatörün purge hattı, FX15 oksijenatör üreticisinin tavsiyesine uygun olarak KPB sırasında kapatıldı. Giriş tüpüne ve oksijenatör çıkışına üç yollu bir musluk takılmıştır ve basınç, bir dönüştürücü (DTCL03; Argon Medical Devices Japan, Inc., Tokyo, Japonya) kullanılarak stopcock'ta ölçülmüştür. Oksijenatörden çıkan tüpe bir ultrasonik kan akış ölçer (Transonic R XL; Transonic Systems, Inc., NY, ABD) yerleştirildi.
Oksijenatöre bir ısı değiştirici bağlandı ve oksijenatör çıkışında sıcaklık ölçüldü. Oksijenatörün giriş-çıkış basınçları, akışı ve sıcaklığı bir kalp akciğer makinesinde (HLM) görüntülendi (HAS-2; Senko Medical Instrument Mfg. Co. Ltd.). Selektif serebral perfüzyon (SCP) gerçekleştirmek için ana devredeki ultrasonik debimetreden sonra iki serebral perfüzyon hattı ayrıdı ve roller pompalara monte edildi. Oksijenatörün giriş basıncı (Pin(τ)), çıkış basıncı (Pout (τ)), kan akışı (Q(τ)) ve kan sıcaklığı (T (τ )) sürekli kan viskozitesi izleme sistemine çıktı olarak verildi. HLM'nin Evrensel Seri Veri Yolu (USB) bağlantı noktası; kullanılan örnekleme zamanı, Δτ, 0,5 s idi.
Ayrıca hematokritin sürekli ölçümü için bir kan parametresi izleme sistemi (CDI-500; Terumo Cardiovasküler Systems Corp.) kullanıldı [28]. Venöz hat üzerine hematokriti ölçmek için bir küvet yerleştirildi; bu, minimum 0,5 L/dk akış hızıyla doğru ölçümler sağladı. Başlangıç kalibrasyonu, toplam CPB oluşturulduktan hemen sonra bir hematoloji analizörü (MEK-6500; Nihon Kohden Co., Ltd., Tokyo, Japonya) ile ölçülen hematokrit değerleri kullanılarak gerçekleştirildi. Ayrıca, yaklaşık her 30 dakikada bir kalibrasyon tekrarlandı. CDI-500 sistemi kullanılarak elde edilen hematokrit verileri, bir RS232C bağlantı noktası kullanılarak bir USB dönüştürücü aracılığıyla her 6,0 saniyede bir kişisel bilgisayara gönderildi.
Bu çalışmada, kan viskoziteleri, ηe ve η0, yukarıda açıklanan sistemlerle elde edilen verilerden iki farklı model kullanılarak belirlendi; yani, basınç ve akışa dayalı viskozite modeli ve hematokrit ve sıcaklığa dayalı viskozite modeli.
B. SÜREKLİ KAN VİSKOZİTESİ İZLEME İÇİN BASINÇ VE AKIŞA DAYALI VİSKOSİTE MODELİ
Bu bölüm, daha önce önermiş olduğumuz viskozite tahmin yönteminin yanı sıra basınç ve akışa dayalı kan viskozite modelini açıklar [27]. Aşağıdaki denklem, basınca ve akışa dayalı kan viskozite modelini açıklamaktadır:
Burada, FX15 oksijenatör için insan kan direnci parametreleri Ca = −0.099, Cb = 1.8024, Cf = -4.2659 ve Cr = 6.7443 olarak ayarlanır. Belirli bir oksijenatöre ve sıvıya özgü bir dizi parametrenin, kullanılan CPB sisteminin tipinden bağımsız olarak oksijenatörden elde edilen basınç ve akış verilerinden viskoziteyi tahmin etmek için kullanılabileceğine dikkat edilmelidir (yani, açık tip veya kapalı tip devreler veya roller ve santrifüj pompalar). Genişliği τ − (N − 1)Δτ ve τ olan zaman penceresi içinde elde edilen N numunesi için veriler kullanılarak, basınç ve akışa dayalı anlık viskozite, ηe(τ ), aşağıdakilerin minimize edilmesiyle tahmin edilebilir.
Aşağıdaki değerlendirme fonksiyonunun minimize edilmesiyle tahmin edilebilir: burada P(τ −iΔτ ) ve Q(τ −iΔτ ) oksijenatörün basınç gradyanı (Pin − Pout ) ve daha önce "i" örnekleme zamanında ölçülen oksijenatörün kan akışıdır. mevcut örnekleme zamanı, τ . Bu çalışmada pencere genişliği 4 s (N = 8) olarak ayarlanmış ve her Δτ = 0,5 s'de tahmin edilen ηe(τ ) değerleri virgülle ayrılmış değerler dosyasına kaydedilmiştir.
Tahmini viskozite değerlerinin doğruluğunu garanti altına almak için, (3) ile verilen bir güvenilirlik indeksi ε(τ ) tanımladık:
Burada ΔPˆ (τ − iΔτ ), oksijenatörün (1)'de ηe(τ − iΔτ ) yerine kullanılmasıyla belirlenen tahmini basınç gradyanıdır. Burada, 1.00 değerinde bir ε(τ ) değeri, tahmin edilen değerlerin doğru olduğunu gösterirken, ε(τ ) < 0.99, KPB sırasındaki basınç ölçümlerinde ani gürültünün varlığını gösterir (yani, aortik kros klempleme ve kan drenajı hatası nedeniyle). ) Bundan sonra, ifadeyi basitleştirmek için zamana bağlılığı dikkate almıyoruz ve ηe(τ )'yi ηe olarak ifade ediyoruz. Bu nedenle, ηe, basınç ve akışa dayalı anlık viskozite olarak adlandırılır.
C. ÖNERİLEN HEMATOKRİT VE SICAKLIK BAZLI VİSKOZİTE MODELİ
Bu bölüm, kan sıcaklığı ve hematokritin kan viskozitesi üzerindeki etkilerini araştırmak için önerilen sıcaklık ve hematokrit bazlı viskozite modelini açıklamaktadır.
Başlangıç olarak, kan viskozitesi, η0 ve sıcaklık, T arasında aşağıdaki denklemle verilen doğrusal bir ilişki olduğunu varsaydık:
Daha sonra, hematokritin, Ht'nin, aşağıdaki denklemlerle açıklandığı gibi, A ve B parametrelerini lineer olarak değiştirdiğini varsaydık:
Son olarak, (5) ve (6)'yı (4)'e koyarak, (7)'yi elde ettik:
Kan viskozitesinin normal olduğu, yani hiçbir RBC deformasyonu veya agregasyonu olmadığı varsayılarak, a, b, c ve d dört parametresi, en küçük kareler yöntemi kullanılarak ηe'ye yaklaştırılmasıyla belirlenebilir. Daha sonra (7) kullanılarak hesaplanan kan viskozitesi, hematokrit ve sıcaklığa dayalı olarak tahmin edilen normal viskozitedir, η0.
D. KLİNİK PROSEDÜRLER
Hiroşima Üniversite Hastanesinde 24 aylık bir süre boyunca (Nisan 2016 - Mart 2018) KPB ile elektif kalp ameliyatı geçiren 40 hastadan elde edilen veriler analiz edildi. Hastaların özellikleri Tablo 1'de listelenmiştir. Uygulanan ameliyat yöntemleri arasında kalp kapakçığı ameliyatı, aort anevrizması ameliyatı ve kan sıcaklığı ve hematokrit düzeyinin önemli ölçüde değişebildiği kombine koroner arter baypas greft (KABG) ameliyatı yer almaktadır. 40 hastadan biri ameliyattan sonra miyokard enfarktüsü ve iki serebral enfarktüs olayı yaşadı.
Her hasta için, Bölüm II-A'da açıklanan FX15 oksijenatör ve ölçüm sistemleri dahil olmak üzere CPB devresi kullanıldı.
Prime solüsyonu; 500 mL Asetik asit Ringer solüsyonu (BICARBON; AY farmasötik Inc., Tokyo, Japonya), 500 mL kan plazma genişletici (VOLUVEN %6 infüzyon solüsyonu; Fresenius Kabi Japan Inc., Tokyo, Japonya) ve 300 mL'den oluşuyordu. %20 mannitol (MANNNITOL ENJEKSİYONU; YOSHINDO Inc., Toyama, Japonya). Gerekirse asetik asit Ringer solüsyonu veya %5 albümin (Albuminar %5; CSL Behring K.K., Tokyo, Japonya) eklendi.
Median sternotomi ve sistemik heparinizasyon yapıldıktan sonra, çıkan aorta ve bikaval ven kanülüne bir arteriyel kanül ile tam KPB oluşturuldu ve antikoagülasyon sağlanırken aktif pıhtılaşma süresi 480 saniyeden fazla tutuldu.
Prime solüsyonu 500mL asetik asit Ringer solüsyonu(BICARBON; AY pharmaceuticals Inc., Tokyo, Japan), 500 mL kan plazma genişletici(VOLUVEN 6% solution for infusion; Fresenius Kabi Japan Inc., Tokyo, Japan) ve 300 mL %20 manitolden(MANNNITOL INJEC-TION; YOSHINDO Inc., Toyama, Japan) oluşuyordu. Asetik asit Ringer solüsyonu veya gerekirse %5 albümin eklendi. Median sternotomi ve sistemik heparinizasyon yapıldıktan sonra, çıkan aorta ve bikaval ven kanülüne bir arteriyel kanül ile tam KPB oluşturuldu ve antikoagülasyon sağlanırken aktif pıhtılaşma süresi 480 saniyeden fazla tutuldu.
SCP altında total ark replasmanı (TAR) uygulanan hastalardan üçüne, sağ subklavyen arterde 8 mm yapay kanal yoluyla sistemik dolaşım perfüze edildi. Distal aort anastomozu için sistemik dolaşımın durdurulması sırasında, serebral perfüzyon hatları kullanılarak sol karotis ve sol subklavyen arterlere anterograd SCP uygulandı [29]. Perfüzyon yönetimi ile ilgili olarak, aortik kros klempleme sırasında TAR için hedef mesane sıcaklığının 34 veya 25 ◦C olmasını sağlamak için sistemik soğutma uygulandı. Tam vücut dışı dolaşım sağlandıktan sonra, perfüzyon basıncı 2,2–2,5 L/dk/m2'lik bir perfüzyon akış hızında 50–80 mmHg ortalama arter basıncına ayarlandı.
Hematokrit düzeyi transfüzyonla asla %21'in altına düşmeyecek şekilde kontrol edilirken 23 hastada (5.5 ± 3.2 ünite) eritrosit konsantreleri kullanıldı. Miyokardiyal koruma, her 20 dakikada bir 10 ◦C'de soğuk kan kardiyoplejik solüsyonu infüzyonu ve aortik klemplemeden önce 37 ◦C'de sıcak kan hiperkalemik kardiyoplejisi uygulanarak sağlandı.
E. ANALİZ YAPILANDIRMALARI
1) BASINÇ VE AKIŞ BAZLI ANLIK VİZKOZİTE, HEMATOKRİT VE SICAKLIK ARASINDAKİ İLİŞKİ
Her durumda, basınç ve akışa dayalı anlık viskozite, ηe; güvenirlik indeksi, ε; ve sürekli kan viskozite izleme sisteminden elde edilen sıcaklık verileri ve CDI-500 sisteminden elde edilen hematokrit verileri, CPB işleminin başlangıcından sonuna kadar kaydedildi. ηe ve sıcaklık verileri, her bir sistemin zaman tetikleyicisine dayalı olarak hematokrit verileriyle senkronize edilmiştir. Hematokrit verileri için örnekleme aralığı 6 s olduğundan, ηe ve sıcaklık verileri için örnekleme aralığı da 6 s olarak değiştirilmiştir.
Örnek hariç tutma, aşağıda tanımlandığı gibi yapıldı. CPB sürecinin başlangıcından CDI-500 sisteminin ilk kalibrasyonuna kadar olan hematokrit verileri ve 0.98 veya daha düşük bir güvenilirlik indeksine (ε) karşılık gelen ηe verileri güvenilmez olarak kabul edildi ve analizden çıkarıldı. Ayrıca, CDI-500 sistemi için üreticinin tavsiyelerine göre, 0,5 L/dk veya daha düşük bir kan akış hızına karşılık gelen veriler, bu vakalardaki kararsız hematokrit seviyeleri nedeniyle analizden çıkarılmıştır. Örneğin, KPB ve SCP'nin tek bir hatta ayrılmasının son aşamasında, venöz hattaki akış hızı kan akışından daha düşük olur.
CPB süreci boyunca hematokrit, kan sıcaklığı ve ηe dağılımları analiz edildi. Ardından, bağımlı değişken olarak ηe ve bağımsız değişkenler olarak hematokrit ve kan sıcaklığı kullanılarak çoklu doğrusal regresyon analizi yapıldı. Ek olarak, postoperatif komplikasyonları olan olay grubu (n = 3), postoperatif olaylar ve kan viskozitesi arasındaki ilişkiyi aydınlatmak için olaysız grup (n = 37) ile karşılaştırıldı.
2) HER HEMATOKRİT DÜZEYİ İÇİN KAN VİSKOZİTESİ-SICAKLIK İLİŞKİSİNİN MODELLENMESİ
Aşağıdaki veri işleme, hematokrit ve kan sıcaklığına bağlı kan viskozite özelliklerini belirlemek için yapıldı. Her hematokrit düzeyi (%1 aralıklarla %18−33) ve kan sıcaklığı (0,1 ◦C aralıklarla 22−37 ◦C) için verilerin ortalaması, her bir vaka için tek bir veri noktasına göre alındı. Diğer bir deyişle, aynı durum için aynı hematokrit düzeyi ve kan sıcaklığı için birden fazla veri noktası varsa, ortalama kan viskozite değeri kullanıldı. Bu veriler kullanılarak, her bir hematokrit düzeyi için kan viskozite-sıcaklık ilişkisi, Bölüm II-C'de açıklanan prosedür kullanılarak modellenmiştir. Bu, kan viskozitesini öngörmek için dört parametre verdi.
3) BASINÇ VE AKIŞ BAZLI ANLIK VİSKOZİTE, HEMATOKRİT VE SICAKLIK BAZLI KAN VİSKOZİTESİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Önerilen hematokrit ve sıcaklığa dayalı viskozite modeli, bir-bir-dışlama çapraz doğrulama (LOOCV) yöntemi kullanılarak doğrulanmıştır. İlk olarak, dört parametreyi (a, b, c ve d'de (7)) belirlemek için 40 hastanın 39'una ait veriler eğitim verisi olarak kullanıldı. Ardından kalan hastadan elde edilen test verileri kullanılarak (7)'deki dört parametrenin belirlenen değerleri yerine kullanılarak η0 hesaplanmıştır. Bu işlem 40 kez tekrar edilerek 40 hasta için η0 değeri elde edildi. Son olarak, η0, ηe'nin bir fonksiyonu olarak çizilmiştir. η0 ve ηe arasındaki sistematik hatalar ve tutarsızlık Bland-Altman analizi kullanılarak değerlendirilmiştir.
4) TAHMİN DOĞRULUĞUNUN DOĞRULANMASI
Önerilen viskozite, η0'ın tahminlerinin doğruluğunu test etmek için, η0'ı, bir burulma salınım viskozimetresi kullanılarak çevrimdışı olarak ölçülen viskozite, η ile karşılaştırdık. Kullanılan η verileri önceki raporumuzdan alınmıştır [27]. Ayrıca, η0 önceden çevrimdışı olarak ölçülen sıcaklık ve hematokrit değerlerine dayalı olarak da hesaplanmıştır.
Veriler, Hiroşima Üniversite Hastanesinde dokuz aylık bir süre boyunca (Haziran 2014 - Şubat 2015) KPB ile elektif kalp ameliyatı geçiren kalp kapak hastalığı olan 20 hastaya karşılık geldi. Hastaların özellikleri Tablo 2'de listelenmiştir. Tüm hastalar için Bölüm II-A ve D'de açıklanan CPB devresi ve prosedürler kullanılmıştır.
CPB sürecinin başlamasından sonra, kan sıcaklığı, CPB'nin üç termal fazını temsil etmek üzere seçilen üç periyot boyunca kaydedildi (yani soğutmadan önce, stabil hipotermi sırasında ve yeniden ısıtmadan sonra): toplamın oluşturulmasından sonra. KPB, aortik kros klempleme işleminden sonra ve klemplemeden sonra. Aynı zamanda devreden kan örnekleri alındı ve bir burulma salınım viskozimetresi (VISCOMATE VM-10A; Sekonic Co. Ltd., Tokyo, Japonya) ve MEK-6500 hematoloji analiz cihazı kullanılarak η değeri ve hematokrit ölçüldü. Bu viskozimetre, sabit bir giriş voltajına dayalı olarak sıvıya daldırılmış bir dedektördeki salınımların genliklerindeki değişiklikleri algılayarak dinamik viskoziteyi ölçebilir [30].
3. SONUÇLAR
A. BASINÇ VE AKIŞA DAYALI ANLIK VİSKOZİTE, HEMATOKRİT VE SICAKLIK VERİLERİNİN ANALİZİ
40 hastaya karşılık gelen toplam veri noktası sayısı 54.677 idi. Bunlardan 5,978 veri noktası, CDI-500 sisteminin yetersiz kalibrasyon doğruluğu nedeniyle ölçüm başladıktan sonra hariç tutulmuştur. Ek olarak, 416 veri noktası, karşılık gelen güvenilirlik indeksleri ε(τ ), düşük (≤0,98) olduğu için hariç tutulmuştur. Bunun nedeni aort kros klemplenmesi veya klemplenmesiydi ve bu veri noktaları toplam veri noktalarının %0.8'ini oluşturuyordu. Kan akış seviyesi 0,5 L/dk veya daha düşük olduğu için hariç tutulan veri noktası sayısı 2.362'dir; bunlar ortalama olarak 5,9 ± 2,3 dakikaya tekabül etmektedir. Böylece 40 hastadan elde edilen ve analizde kullanılan veri noktası sayısı 45.921'dir (toplam veri noktası sayısının %84'ü).
Şekil 2, hematokrit, kan sıcaklığı ve kan viskozitesi, ηe için histogramları gösterir. Çoklu lineer regresyon analizinin sonuçları, kan viskozitesi, hematokrit ve sıcaklık arasında, R2 = 0.71 ve p < 0.0001 ile önemli bir korelasyon olduğunu göstermiştir (bkz. Tablo 3 (n = 45,921)). Tablo 4, olay ve olay olmayan gruplardaki hasta özelliklerini karşılaştırmaktadır. Bu grupların en düşük kan viskozitesi (ηe) ve ortalama kan viskozitesi (ηe) değerleri arasında olduğu gibi KABG yapılan ve yaptırmayanlar arasında p<0.05 ile anlamlı farklılıklar gözlendi.
B. HER HEMATOKRİT DÜZEYİ İÇİN KAN VİSKOZİTESİ-SICAKLIK İLİŞKİSİ MODELLEMESİ
40 hastadan alınan ortalama veri noktası sayısı 3.699 idi. Farklı hematokrit seviyeleri için kan viskozite-sıcaklık ilişki özellikleri Tablo 5'te gösterilmektedir. Doğrusal analiz, her hematokrit seviyesinde, arasında yüksek derecede bir korelasyon olduğunu gösterdi.
Doğrusal analiz, her hematokrit seviyesinde, bu iki parametre arasında yüksek derecede bir korelasyon olduğunu ve daha yüksek hematokrit seviyelerinde karşılık gelen eğrinin eğiminin daha dik olduğunu gösterdi. Tablo 5'teki özelliklere karşılık gelen bazı ilişkiler Şekil 3'te gösterilmektedir. Ayrıca, Şekil 4, A eğimi ve hematokrit ve B kesişimi için doğrusal yerleştirilmiş eğrileri ve kan viskozitesini temsil eden (4)'teki hematokriti gösterir. -sıcaklık ilişkisi. Doğrusal yaklaşımdan belirlendiği üzere korelasyon katsayısı eğim A durumunda 0.97 ve kesişme noktası durumunda 0.98'dir ve bu, her iki parametrenin de hematokrit ile güçlü korelasyonlar gösterdiğini gösterir. Ht ve T'den η0'ı tahmin etmek için kullanılan parametreler, Tablo 6'da listelenen lineer yaklaşım eğrilerinden türetilmiştir.
C. BASINÇ VE AKIŞ BAZLI ANLIK VİSKOZİTE, HEMATOKRİT VE SICAKLIK VERİLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
Şekil 5, bir LOOCV analizi yoluyla belirlendiği üzere η0 ve ηe arasındaki korelasyonu gösterir. η0 ve ηe'nin lineer regresyonu, yaklaşık 1 eğimli ve y kesme noktası 0 olan, iki parametre arasında R2 = 0.74 ve p < 0.0001 ile yüksek derecede bir korelasyon olduğunu gösteren bir çizgi vermiştir. Şekil 6, ortalama yanlılığın -0.016 mPa·s, standart sapmanın 0.123 mPa·s olduğunu, uyum sınırlarının -0.257 mPa·s ila 0.225 mPa·s olduğunu ve hatanın 12.1 olduğunu gösteren Bland-Altman analizidir. %. Sabit bir yanlılık gözlemlenmezken, önemli bir orantısal yanlılık mevcuttu (r = 0.18, p < 0.0001). Bununla birlikte, küçük boyutlu bir etki gösterdi (r = 0.18).
D. TAHMİN DOĞRULUĞUNUN DOĞRULANMASI
η0 ve η karşılaştırması Şekil 7'de gösterilmektedir. Bu iki parametre ayrıca R2 = 0.69 ve p < 0.0001 ile yüksek derecede bir korelasyon gösterdi. Şekil 8, 0,02 mPa·s ortalama önyargı, 0,081 mPa·s standart sapma, -0,139 mPa·s ila 0,179 mPa·s uyum limitleri ve %8,4 hata gösteren Bland-Altman analizinin bir sonucunu gösterir. . Ayrıca, bu durumda, sabit veya orantısal bir sapma (r = 0.03, p = 0.84) yoktu.
Ayrıca 33−37 ◦C aralığı - kan viskozitesi aralığı, ηe, 1.4−3.5 mPa·s idi ve dağılımı 1.8−2.3 mPa·s aralığında ortalandı.
Ne yazık ki, hastaların üçü ameliyat sonrası olaylar yaşadı. Hematokrit ve kan sıcaklığına dayalı olarak normal kan viskozitesini tahmin etmek için parametreleri türetmek için bu olayların kan viskoziteleriyle ilişkili olup olmadığını bilmek önemliydi. Ayrıca, en düşük kan viskozitesi ve ortalama kan viskozitesi açısından olay ve olay olmayan gruplar arasında önemli farklılıklar gözlemlendi. Bununla birlikte, olay grubu, olay olmayan gruba göre daha düşük kan viskozitesi sergiledi ve bir risk faktörü olarak yüksek kan viskozitesine sahip değildi. KABG ile ilgili önceki çalışmalar, çıkan aortun aterosklerozu ile ilişkili olarak inmenin bağımsız öngördürücülerini tanımlamıştır [31]–[33].
Asendan aortun aterosklerozu, mikroembolizm riskinde bir artışa neden olur; bunun nedeni çıkan aortada uygulanan kanülasyon ve krossklempleme prosedürleridir [34].
Bu çalışmada, olay grubuna dahil edilen KABG hastalarının cerrahi işlem nedeniyle sıçramış aterosklerotik debrise sahip olma olasılığı daha yüksekti. Bununla birlikte, düşük kan viskozitesine bağlı olarak artan lokal kan akımı, daha yüksek serebral embolik yüke neden olabilir. Bu nedenle KPB sırasındaki kan viskozitesi ile postoperatif komplikasyonlar arasındaki ilişki ileride araştırılmalıdır.
Çoklu lineer regresyon analizinin sonuçları, hem hematokrit hem de kan sıcaklığının, kan viskozitesinin önemli belirleyicileri olduğunu ileri sürdü. Normal kan viskozitesi hematokrit ve kan sıcaklığı ve daha az ölçüde plazma viskozitesi tarafından belirlenir [3], anormal kan viskozitesi ise hiperpıhtılaşma ve deformasyon gibi perfüzyonu etkileyebilen CPB ile ilgili diğer fenomenler tarafından indüklenir. ve RBC'lerin toplanması [18], [35], [36]. Bu fenomenlerin ciddi sonuçları olabilse de, bunlar nadir bir durumdur [37]. Ek olarak, KABG hastalarının ortalama olarak plazma viskozitesinin önemli bir belirleyicisi olan daha yüksek fibrinojen seviyelerine sahip olduğu bilinmektedir [38]. Hastaların hiçbirinde CPB devresini içeren cihazlarda pıhtı oluşumu veya RBC aglütinasyonu gözlemlemedik. Ayrıca, kombine KABG uygulanan dört hastanın özellikle yüksek viskoziteleri yoktu.
Kan viskozite-sıcaklık ilişkisi, her hematokrit düzeyi için araştırıldı. Şekil 3'te çizilen eğriler, sıcaklık 37°C'den 27°C'ye düştüğünde, kan viskozitesinin hematokrit %20 olduğunda 1.2 kat, kan viskozitesi ise 1.3 kat arttığını göstermiştir. hematokrit %26'dır ve hematokrit %32 olduğunda 1.5 faktörü ile. Rand ve arkadaşları tarafından önceki bir rapora göre. [3]'e göre, normal vücut ısısı 10 ◦C düştüğünde kan viskozitesi yaklaşık 1,2 ila 1,35 kat artar. Ek olarak, bu çalışmanın sonuçları, sıcaklığın kan viskozitesi üzerindeki etkisinin daha yüksek hematokrit seviyelerinde daha belirgin hale geldiğini bulan önceki bir raporun sonuçlarıyla genel olarak tutarlıydı [3].
Tüm hematokrit seviyeleri için lineer regresyon eğrileri, belirleme katsayıları (en düşük R2 = 0.52, en yüksek R2 = 0.87) açısından bazı farklılıklar gösterse de, genel olarak çoklu regresyon modelinden daha iyiydi; yani, belirlemenin ortalama katsayısı daha yüksekti. Bu nedenle, normal kan viskozitesi tahmin yöntemi, farklı hematokrit seviyeleri için kan viskozite-sıcaklık ilişkileri ve Denklem 2'deki dört parametrenin değerleri kullanılarak doğrusal olmayan bir model olarak türetildi. (4) belirlendi. Bu arada, %18'den düşük ve %33'ten yüksek hematokrit seviyelerine tekabül eden ilişkiler, karşılık gelen numunelerin sayısı az olduğu için parametreleri türetmek için kullanılmadı. Yine de, önerilen modelin viskoziteyi tahmin etmeye uygunluğu bir LOOCV analizi ile doğrulanmıştır.
Önceden geliştirilmiş sistemimizi [27] kullanarak ηe değerini belirlemek, CPB sırasında sürekli kan viskozite ölçümleri yapmanın tek yöntemi olduğundan, ηe'nin gerçek viskozite olduğu varsayılarak η0'ı tahmin etmek için algoritma türetilmiştir. Bu nedenle, tahmin edilen değere dayalı olarak türetilen parametreler kullanılarak hesaplanan η0'ın tahmin doğruluğunu doğrulamak için, bunu, burulma salınımlı viskozimetre kullanılarak belirlenen gerçek değer olan çevrimdışı ölçülen η ile karşılaştırdık. Sonuçlar, η0 ve η arasındaki korelasyon derecesinin η0 ve ηe arasındaki korelasyona benzer olduğunu ve doğruluk da yüksek olduğunu göstermiştir.
Hematokrit ile kan sıcaklığı arasındaki ilişkiye dayanarak kan viskozitesinin çevrimdışı olarak tahmin edilebileceği bilinmektedir. Eckmann ve ark. hematokrit, sıcaklık, shear rate ve seyrelticinin kan viskozitesi üzerindeki bağımsız etkilerini tanımlayan değişkenlere dayalı olarak kan viskozitesini doğru bir şekilde tahmin etmek için matematiksel bir ifade türetmiştir [4]. Ancak, CPB sırasında kan viskozitesinin sürekli ve çevrimiçi tahminlerini yapabilmeye odaklandık. Önerilen çevrimiçi tahmin yönteminin birincil avantajı, yalnızca hematokrit ve kan sıcaklığına dayalı olarak normal kan viskozitesinin izlenmesine izin vermesi ve trombüsün veya RBC'lerin deformasyonu ve agregasyonunun etkilerinin göz ardı edilebilmesidir. Buna karşılık, basınç ve akış verileri kullanılarak (1) ile hesaplanan ηe, oksijenatörün perfüzyonuna karşılık gelen koşullar altındaki gerçek kan akışıdır.
Bu çalışmada, farklı prensiplere dayanan iki çevrimiçi kan viskozite izleme yönteminin karşılaştırılabilir olduğunu bulduk. Bu bulgulara dayanarak, η0'ın ηe'ye oranı sürekli izlenerek, hematokrit ve kan sıcaklığının etkileri göz önünde bulundurularak anormal kan viskozite seviyeleri değerlendirilebilir.
Başka bir deyişle, 1'lik bir η0/ηe oranı normal durumu gösterirken, bundan sapmalar anormal bir durumu gösterir. Örneğin, 0 < η0/ηe ≤ 1, eritrositlerin şeklindeki değişikliklerden dolayı kan viskozitesinde bir artışa işaret edebilir.
Ancak, çalışma sınırlamaları hakkında bir not almak istiyoruz. 25 ◦C vücut sıcaklığına sahip hipotermi CPB vakalarının oranı küçük olduğu için visk