JP4541887B2 - 静脈血値を動脈血値に変換するための方法、システムおよデバイス - Google Patents
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Description
− a)動脈酸素化を測定する段階、
− b)嫌気的に採取した静脈血サンプルの静脈血酸/塩基状態および酸素化状態の値を測定および/または推定する段階、
− c)血液酸/塩基状態および酸素化状態を導出するための数学モデルを適用することにより静脈血値を推定動脈血値へと変換する段階、を含む方法によって得ることができる。
該目的は、または、
− a)動脈酸素化を推定する段階、
− b)嫌気的に採取された静脈血サンプルの静脈血酸/塩基状態および酸素化状態の値を測定し推定する段階、
− c)血液酸/塩基状態および酸素化状態を導出するための数学モデルを適用することにより静脈血値を推定動脈血値に変換する段階、を含む方法によっても得ることができる。
該目的は同様に、
− b)嫌気的に採取された静脈血サンプルの静脈血酸/塩基状態および酸素化状態の値を測定し推定する段階、
− a)動脈酸素化を測定する段階、
− c)血液酸/塩基状態および酸素化状態を導出するための数学モデルを適用することにより静脈血値を推定動脈血値に変換する段階、を含む方法によっても得ることができる。
該目的は同様に、
− b)嫌気的に採取された静脈血サンプルの静脈血酸/塩基状態および酸素化状態の値を測定し推定する段階、
− a)動脈酸素化を推定する段階、
− c)血液酸/塩基状態および酸素化状態を導出するための数学モデルを適用することにより静脈血値を推定動脈血値に変換する段階、を含む方法によっても得ることができる。
上述の4つの方法の間の唯一の差異は、異なる段階が実施される順序および、動脈酸素化が測定され得るかまたは推定され得るという点にある。更に、測定および推定の両方を行なうこともできる。
前記測定および分析段階には、
− d)嫌気性静脈血サンプルを引抜く段階、
− e)静脈血サンプルの酸/塩基状態を評価するため前記嫌気性静脈血サンプルを分析する段階、
− f)静脈血サンプルの酸素化状態を評価するため前記嫌気性静脈血サンプルを分析する段階、が更に含まれている。
− d)嫌気性静脈血サンプルを引抜く段階、
− f)静脈血サンプルの酸素化状態を評価するため嫌気性静脈血サンプルを分析する段階、
− e)静脈血サンプルの酸/塩基状態を評価するため前記嫌気性静脈血サンプルを分析する段階、が更に含まれている。
− g1)測定または推定のための任意の適切な手段を適用することによって酸素飽和、圧力または濃度といった動脈酸素化を測定する更なる段階、を含み、前記更なる段階は請求項1〜3の段階のいずれかとの関係において任意の時点で実施される。
− g2)測定または推定のための任意の適切な手段を適用することによって酸素飽和、圧力または濃度といった動脈酸素化を測定する更なる段階、を含み、前記更なる段階は請求項1〜3の段階のいずれかとの関係において任意の時点で実施される。
− h)数学的モデリングを用いることによって動脈血サンプルの血液酸/塩基状態および酸素化状態をシミュレートする更に他の段階、を含む。これに加えて該方法は、
− i)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− j)シミュレートされた酸素レベルが、測定または推定された動脈酸素化レベルに等しくなるまで前記数学的モデリングを実施する段階、および
− k1)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を計算する段階、という更に一層の段階を含む、前記方法、そしてこれとは代替的にまたはこれに加えて、
− i)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− j)シミュレートされた酸素レベルが、測定または推定された動脈酸素化レベルに等しくなるまで前記数学的モデリングを実施する段階、および
− k2)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を推定する段階、という更に一層の段階を含む、前記方法によって更に一層改良することが可能である。
− l1)測定または推定のための任意の適切な手段を適用することによって二酸化炭素圧力、合計濃度または重炭酸塩濃度といったような動脈二酸化炭素レベルを測定する更なる段階を含み、前記更なる段階は請求項1〜6の段階のいずれかとの関係において任意の時点で実施される。
− l2)測定または推定のための任意の適切な手段を適用することによって二酸化炭素圧力、合計濃度または重炭酸塩濃度といったような動脈二酸化炭素レベルを推定する更なる段階を含み、前記更なる段階は請求項1〜6の段階のいずれかとの関係において任意の時点で実施される。
− m)モデリングを用いることによって動脈血サンプルの血液酸/塩基状態および酸素化状態をシミュレートする更に他の段階、を含む。これに加えて、該方法は更に、
− n)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− o)シミュレートされた二酸化炭素レベルが、測定または推定された動脈二酸化炭素レベルに等しくなるまで前記モデリングを実施する段階、および
− p1)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を計算する段階、という更に一層の段階を含む。
− n)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− o)シミュレートされた二酸化炭素レベルが、測定または推定された動脈二酸化炭素レベルに等しくなるまで前記モデリングを実施する段階、および
− p2)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を推定する段階、という更に一層の段階を含む、前記方法によって更に一層改良することができる。
本発明について、嫌気的にサンプル採取された静脈血サンプルからの動脈血酸/塩基状態値の予測を実施するための方法を概略的に示す添付図面2を参考にしながら記述する。
段階1: 静脈血の酸/塩基状態の状況を提供するため(SBCV、pHV、pCO2V、BEV、pO2V、およびSO2V)、標準的血液ガス分析技術(例えばRadiometer、1994)を用いて、嫌気性静脈血サンプルを抜き取り、分析する。
段階3: 動脈から静脈内に組織を通って移行する血液サンプルについて、呼吸商(RQ=VCO2/VO2)として、好気性代謝に起因する、添加されたCO2(すなわちCO2産生速度(VCO2))と除去されたO2(すなわちO2利用速度(VO2))の量の比が定義される。RQは、往々にして、以下の等式を用いて、吸気酸素(FiO2)と二酸化炭素(FiCO2)の分圧および酸素(Fe′O2)および二酸化炭素(Fe′CO2)の呼吸終期分圧かまたは酸素(FeO2)と二酸化炭素(FeCO2)の混合呼気分圧のいずれかの測定を通して、口で取られた吸気および呼気ガスの測定により近似される:
血液の酸/塩基状態を描写する静脈値を動脈値に変換する方法は、静脈血サンプルが嫌気的に採取された場合、すなわち、サンプル中のO2とCO2の圧力がサンプル採取処置の間もその後も一定にとどまっていることが保証されている場合にのみ適用される。
本節では、2人の患者症例について記述され、最初の症例はカリウム欠乏症に起因する代謝性アルカローシスを有する患者である。この患者においては、動脈値に変換された静脈血サンプルが、クリーゼへと発展する前に該疾患を顕示することになるだろう。第2例は、動脈サンプルが実際に利用可能であった術後患者である。この症例は、動脈値に変換された静脈サンプルから導出可能な情報が、動脈サンプルから導出された情報と等価であることを示すために含み入れられている。この症例は同様に、静脈血値から動脈値への変換が必要であることをも示している。すなわち変換された静脈値は、高い静脈値にも関わらず動脈pCO2が正常であることを示している。
60才男性患者が腹痛を訴え、一週間前からずっと嘔吐をくり返したため、外科部門に緊急入院した。末梢静脈サンプルを採取し、血液ガス分析無しでいつもの通り分析したところ、標準重炭酸塩が高く(SBCV=38mmol/l)、ヘモグロビンはわずかに低く(Hbv=70mmol/l)、カリウム値は、正常値の下限にあった(KV=3.6mmol/l)。嘔吐に起因する酸とカリウムの喪失によってひき起こされた高いSBCは3日間気づかれないままで、その時点で患者の呼吸欲動および心臓機能は、肺水腫に至るまで劣化し、動脈血ガスを採取した。動脈血ガス値(pH0=7.60、BEa=18mmol/l、pCO2,a=6.0kPa、SO2,a=0.92)は、きわめて重症の代謝性アルカローシスを示した。その後、患者は、集中治療室に移され、ここで代謝性アルカローシスの治療が約2週間続けられた。
60才男性患者が、冠動脈バイパス手術の後、術後集中治療室内にいた。術後期間中、患者は、血流力学的に安定していた。この患者の体内には動脈カテーテルが入っており、動脈および末梢静脈血の同時サンプルが採取され、血液ガスについて分析された。静脈血値はSBCV,=23.7mmol/l、HV,=7,29、pCO2,V=7.2kPa、BEV=−0.3mmol/lおよびSO2,V=0.36であった。直接解釈された場合、これらの値は、患者が呼吸異常を示し高いpCO2Vをひき起こしたことを示唆することになったであろう。しかしながら、動脈血ガス値を計算するために静脈−動脈変換方法を使用した場合、比較的正常なパターンがSBCap.=22.9mmol/l、pHap,=7.35pCO2,ap,=5.8kPa、BEap=−1.8mmol/lおよびSO2,ap,=0.98を呈し、患者が呼吸異常を有していないことを示唆していた。これらの変換された静脈値は、同じく正常範囲内にあった比較用に測定した動脈値(SBa,=23.6mmol/l、pHa=7.37、pCO2,a,=5.5kPa、BEa=−1.1mmol/l、およびSO2,a=0.98)と同じ臨床的状況を与えた。従って変換された静脈サンプルから導出された情報は、動脈サンプルから導出された情報と臨床的に等価であった。この場合、変換値は高い静脈値にも関わらず動脈PCO2が正常であることを示していたため、動脈値への変換無く静脈血から患者の状態の解釈を行なうことはできなかった。この患者がこの病棟に動脈カテーテル無しでやってきたならば、正しい臨床的解釈を得るために静脈血から動脈値への変換が必要であったであろう。
本節では、静脈から動脈値への変換方法の結果について記述する。69の症例において末梢静脈血サンプルを採取し、SBCV、pHV、pCO2、V、BEV、pO2V、およびSO2,Vを測定するためにこれを使用した。このとき、動脈血値SBCap、pHap、pCO2,ap、BEap、pO2,vapおよびSO2apを予測するために該方法を使用した。その後、静脈サンプルと同時に採取された動脈血の測定値SBCa、pHa、pCO2、a、BEaおよびSO2,aとこれらの予測を比較した。第4.1節では、代謝および呼吸障害の重症度を含めて、この研究に内含された患者のグループについて記述する。この節では、予測された変数(SBCap、pHap、pCO2,ap、BEapおよびSO2,ap)が今度は、測定された動脈値に比較され、予測の正確さおよび精度が定量化された。図6〜9は、測定上および予測上の動脈値の間の差異に対しプロットされた測定上および予測上の動脈値の平均を示すBland-Altmanプロットを例示している。測定上および予測上の動脈値の間の平均差および標準偏差の値も同じく、グラフ6〜9および以下の本文中で示されている。
a)血流力学的に安定および不安定の両方の術後冠動脈バイパス患者; b)血流力学的に安定および不安定の両方の敗血症患者; およびd)機械的酸素吸入および自然呼吸の両方の慢性閉塞性肺疾患患者、というグループに帰属する患者を研究した。これらのグループは、代謝および呼吸異常を含めた酸塩基状態範囲を代表するように選択され、pHa=7.40、7.24〜7.54;BEa=0.6mmol/l、−6.9〜19.7mmol/l;SBCa=25.0mmol/l、18.8〜44.3mmol/l;pCO2,a=5.68kPa、4.0〜10.8kPaという値(中央範囲)を示した。患者は同様に、広い動脈−静脈酸素飽和度差範囲(中央、範囲)、0.15、0.00〜0.74をも示した。臨床的に充分な灌流を受けている腕とみなされるものから末梢サンプルが採取されるのと同時に、動脈および末梢静脈血サンプルを採取した。これらのグループの結果は、ここにプールされた形で提示されている。
本節では、静脈−動脈変換方法を用いた予測された動脈値(SBCap、pHap、pCO2,ap、BEapおよびSO2,ap)と測定された動脈値(SBCa、pHa、pCO2,a、BEaおよびSO2,a)の比較が示されている。
図6は、測定された動脈二酸化炭素圧pCO2(pCO2,a)と静脈−動脈変換方法を用いて予測したもの(pCO2,ap)の関係のBland-Altmanプロットを例示している。pCO2apの予測は、正確かつ精度の高いものと見ることができる(pCO2,a−pCO2,ap=0.01∀0.32kPa)。更に、pCO2,apの予測内の誤差は、動脈−静脈pCO2差であるpCO2,a-pCO2,v=−0.64∀0.63kPaの規模と比べたとき、臨床的に重要なものではない。
図7は、測定された動脈、標準重炭酸塩SBC(SBCa)と静脈−動脈変換方法を用いて予測したもの(SBCap)の関係のBland-Altmanプロットを例示している。SBCapの予測は、正確かつ精度の高いものと見ることができる(SBCa−SBCap=0.17∀0.5mmol/l)。SBCは酸の添加に伴って変化することから、0.17mmol/lの小さい偏向は、血液が組織を通って流れるにつれて塩基余剰が約0.2mmol/lだけ変化するという発見事実と等価にある。
静脈−動脈変換方法における主たる仮定は、動脈および静脈血サンプルが横断して採取される組織の中を血液が通過するにつれて、血液に対し有意な量の強酸が全く添加されない、ということにある。これを確認するため、図8は、動脈−静脈変換方法からの予測されたもの(BEap)に対する測定された動脈塩基余剰BE(BEa)のBland-Altmanプロットを例示している。BEa−BEap=0.2∀0.5mmol l。これは、血液が組織内を通過している時に0.2∀0.5mmol lの酸、すなわち有意でない量の酸が添加されることを暗に意味している。
図9は、測定された動脈、pH(pHa)と静脈−動脈変換方法を用いて予測したもの(pHap)の関係のBland-Altmanプロットを例示している。pHapの予測は、正確かつ精度の高いものと見ることができる(pHa−pHap=0.008∀0.013)。
第4節で提示された患者グループは、該方法により計算されたものとの比較のために動脈の同時サンプル採取が必要である方法のテストを反映している。該方法を適用する場合、動脈サンプルは採取されない。従って該方法は、通常パルス酸素測定デバイスを用いて実施される動脈酸素化の測定と組合せて静脈サンプルが採取される、正常な対象、患者または動物全てにおいて、適用することができる。該方法はここでは末梢静脈血のサンプル採取のためにテストされているが、中心または混合静脈血のサンプル採取にも同様に適用可能である。
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Claims (16)
- 静脈血値を動脈血値に変換する方法において、
− a)動脈酸素化状態の値を提供する段階、
− b)末梢静脈血から得た血液サンプル内の酸/塩基状態および酸素化状態の値を測定および/または推定する段階、
− c)血液酸/塩基状態および酸素化状態を導出するための数学モデルを適用することにより静脈血値を推定動脈血値へと変換する段階、を含む方法。 - 前記測定および推定する段階が、
− d)末梢静脈血から得た嫌気性静脈血サンプルを提供する段階、
− e)静脈血サンプルの酸/塩基状態を評価するため前記嫌気性静脈血サンプルを分析する段階、
− f)静脈血サンプルの酸素化状態を評価するため前記嫌気性静脈血サンプルを分析する段階、を更に含む、請求項1に記載の方法。 - − g)酸素飽和度、圧力または濃度といった動脈酸素化を提供する更なる段階、を含み、前記更なる段階が段階a)−c)のいずれかとの関係において任意の時点で実施される、請求項1〜2のいずれか1項に記載の方法。
- − h)数学的モデリングを用いることによって動脈血サンプルの血液酸/塩基状態および酸素化状態をシミュレートする更に他の段階、を含む、請求項3に記載の方法。
- − i)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および静脈血サンプル値からの二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− j)シミュレートされた酸素レベルが、測定または推定された動脈酸素化レベルに等しくなるまで前記数学的モデリングを実施する段階、および
− k1)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を計算する段階、
という更に一層の段階を含む、請求項4に記載の方法。 - − i)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− j)シミュレートされた酸素レベルが、測定または推定された動脈酸素化レベルに等しくなるまで前記数学的モデリングを実施する段階、および
− k2)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を推定する段階、
という更に一層の段階を含む、請求項4に記載の方法。 - − l)二酸化炭素圧力、合計濃度または重炭酸塩濃度といったような動脈二酸化炭素レベルを提供する更なる段階を含み、前記更なる段階が段階a)−c)のいずれかとの関係において任意の時点で実施される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- − m)モデリングを用いることによって動脈血サンプルの血液酸/塩基状態および酸素化状態をシミュレートする更に他の段階、を含む、請求項7に記載の方法。
- − n)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および静脈血サンプル値からの二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− o)シミュレートされた二酸化炭素レベルが、測定または推定された動脈二酸化炭素レベルに等しくなるまで前記モデリングを実施する段階、および
− p1)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を計算する段階、
という更に一層の段階を含む、請求項8に記載の方法。 - − n)呼吸商によって決定される比率での、静脈血サンプル値へのシミュレートされた酸素O2の添加および静脈血サンプル値からの二酸化炭素CO2の除去を含む、数学的モデリング段階、
− o)シミュレートされた二酸化炭素レベルが、測定または推定された動脈二酸化炭素レベルに等しくなるまで前記モデリングを実施する段階、および
− p2)前記モデリングの結果を適用することにより動脈血の酸/塩基状態および酸素化を推定する段階、
という更に一層の段階を含む、請求項8に記載の方法。 - 動脈酸素飽和度の測定または推定がパルス酸素測定により行なわれる、請求項5〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 末梢静脈血から得た静脈血サンプルを分析するためのシステムにおいて、
− ・動脈酸素化状態の値を提供するため、および
・静脈血サンプル内の酸/塩基状態および酸素化状態の値を測定および/または推定するための血液ガス分析デバイスおよび
− 動脈酸素化状態の値および静脈血サンプル内の酸/塩基状態および酸素化状態の値に対して数学的モデルを適用するための手段、を含むシステムであって、静脈血酸/塩基状態および酸素化状態が動脈血値に変換されることを特徴とするシステム。 - 動脈血酸/塩基状態および酸素化状態が計算されるかまたは推定される請求項12に記載のシステム。
- 動脈酸素化飽和度を測定するための手段を含み、該手段が好ましくはパルス酸素測定デバイスである、請求項12または13に記載のシステム。
- 静脈血サンプルを引抜くことによる嫌気性サンプル採取用デバイスを含む、請求項12〜14のいずれか1項に記載のシステム。
- 静脈血酸/塩基状態および酸素化状態を動脈血値に変換するための手段を伴うコンピュータまたは医療デバイスを更に含む、請求項12〜15に記載のシステム。
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