Development of physiological monitoring method by NIRS to evaluate appropriate chest compression at cardiac arrest

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K09400
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 垣花 泰之 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (20264426)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 隆史 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 講師 (20381171) ; 上國料 千夏 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 特任助教 (50751278)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 脳内酸素飽和度 / 近赤外線分光法 / 心肺蘇生法 / 胸骨圧迫法 / 自己心拍再開 / 時間分解分光法 / 空間分解分光法

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、（１）脳内酸素飽和度の絶対値が自己心拍再開（ROSC）の指標となる、（２）脳内酸素飽和度値の変化が順行性脳血流の指標となる、ことを証明した後、脳内酸素飽和度値を指標とする胸骨圧迫法が、蘇生率の向上につながることを検証することである。今回は、（１）脳内酸素飽和度の絶対値がROSCの指標となることを証明するため、２つの近赤外線分光装置（実際の医療現場で使用されているNIRO装置と、信頼性の高いピコ秒光を用いたTRS装置）を用いて実験をおこなった。さらに、心筋の酸素化状態の変化を評価するため、S-Gカテーテルを透視下に冠静脈内に挿入し、心停止、蘇生時の冠静脈血酸素飽和度を連続的に測定した。全身麻酔下のブタ (20-30kg)の頭皮を剥離した後、頭部の中心から右脳側へずらした位置にTRS21用のプローブを、左脳側にはNIRO用のプローブを固定した。プローブ装着後、交流を通電し心室細動による心停止を誘発し、5分間の心停止を維持した後に、オートパルスを用いた胸骨圧迫、およびアドレナリン投与による蘇生を8-10分間行い、電気的除細動によりROSCするまでの脳内酸素化状態を経時的に測定した。今回の実験では、冠静脈血酸素飽和度に関しては、心停止になった時点で連続検出ができなくなったが、これは、冠静脈内腔が虚脱し光ファイバー先端が血管壁に接触し測定ができなくなったためと思われた。一方、脳内酸素飽和度は心停止で直ちに30%前後まで低下したが、胸骨圧迫を開始することで徐々に上昇が認められた。今回の実験をとおして、脳内酸素飽和度値が50%以下の時点での心室細動に対する除細動の効果は見られなかったが、脳内酸素飽和度値が50%以上に上昇した時点での除細動は効果があり、ほとんどの症例でROSCに成功することが確認できた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

今年度の目標は、（１）脳内酸素飽和度の絶対値が自己心拍再開（ROSC）の指標となる、（２）脳内酸素飽和度値の変化が順行性脳血流の指標となる、ことを証明することであった。（１）脳内酸素飽和度の絶対値が自己心拍再開（ROSC）の指標となる、ことを証明することに関しては、ほぼ予想どおりの結果が得られた。しかし、心停止時や蘇生時の心筋の酸素化状態と脳内酸素飽和度がパラレルに変化することを証明するために、冠状静脈洞内にS-Gカテーテルを挿入し冠静脈血酸素飽和度を連続的に測定することを試みたが、心停止になった時点で冠静脈内腔が虚脱し光ファイバー先端が血管壁に接触し測定ができなくなり、採血もできなかった。さらに、胸骨圧迫によりS-Gカテーテルが冠状静脈洞から容易に抜けてしまうことも判明した。つまり、冠静脈血酸素飽和度を連続的に測定するためには、ショックモデルのように冠血流が維持され、胸骨圧迫のような大きな動きには不適ということである。ただ、今回の研究において冠静脈血酸素飽和度測定は重要な部分ではないため、全体の研究に関しては大きな問題はないと考えている。一方、（２）脳内酸素飽和度値の変化が順行性脳血流の指標となる、に関しては、当初は電磁流量計を用いて脳血流量を測定する予定であったが、胸骨圧迫による体動で、安定した脳血流測定が困難であることが判明した。現在は内頸静脈と内頸動脈の圧格差を比較することで、逆流を予測している。確かに胸骨圧迫時の内頸静脈圧は内頸動脈圧とほぼ同じ程度上昇しており順行性の脳血流が発生するには困難な状況が予想されるが、動脈-静脈圧格差が必ずしも組織血流量を反映するわけではないため、逆行性の流れが本当に発生しているのかは不明である。そこで、透視下に胸骨を圧迫しながら右房に造影剤を注入し、その流れを確認することにしている。

Strategy for Future Research Activity

本研究の目的は、（１）脳内酸素飽和度の絶対値が自己心拍再開（ROSC）の指標となる、（２）脳内酸素飽和度値の変化が順行性脳血流の指標となる、ことを証明した後、脳内酸素飽和度値を指標とする胸骨圧迫法が、蘇生率の向上につながることを検証することである。今年度の目標である、（１）脳内酸素飽和度の絶対値が自己心拍再開（ROSC）の指標となる、ことを証明することに関しては、ほぼ目標を達成できたと考えている。（２）脳内酸素飽和度値の変化が順行性脳血流の指標となる、に関しては、電磁流量計を用いて脳血流量を測定することができなかったため、透視下に胸骨を圧迫しながら右房に造影剤を注入し、その流れを確認し、その逆流の度合いと脳内酸素飽和度の関連を検討する必要があると考えている。ブタの心停止モデルに関しては、仰臥位よりも腹臥位の方が蘇生に成功しやすい。また、胸部と腹部を交互に圧迫する蘇生法も有効かもしれない。つまり、症例によって胸骨圧迫法の違いが脳内酸素飽和度の上昇度合に影響を与える可能性がある。本研究の最終目標は、脳内酸素飽和度値を指標とする胸骨圧迫法が、蘇生率の向上につながることを検証することであり、現在の研究計画を進めることによって必ず達成できるものと考えている。

Causes of Carryover

学会参加や動物実験を予定していたが、コロナウィルスによる感染予防のため、学会参加や動物実験を遂行できなかたった。それにより次年度使用額が生じた。今後は、次年度使用額（B-A）と今年度分の助成金を併用し、実施できなかった動物実験も行っていく予定である。