Application of near-infrared spectroscopy – NIRS for assessing regional lung oxygen saturation in healthy newborns: indicators for further clinical study. A prospective clinical study

Full Text

Введение

Респираторная адаптация новорожденных в раннем неонатальном периоде представляет собой сложный физиологический процесс, от успешности которого зависит дальнейшее развитие ребенка. Важно своевременно выявлять отклонения в функции легких с целью своевременного выявления респираторных патологий, которые остаются одной из ключевых причин неонатальной заболеваемости и смертности [1; 2].

Насыщение кислородом легочной ткани отражает эффективность альвеолярно-капиллярного обмена и является индикатором зрелости и функциональной состоятельности легких. В то же время, несмотря на широкое внедрение пульсоксиметрии в неонатологической практике, данный метод ограничен в оценке регионарной оксигенации глубоко расположенных тканей. Пульсоксиметрия измеряет насыщение кислородом в артериальной крови, но не предоставляет информации о насыщении кислородом в конкретных тканях, таких как легочная паренхима. Это ограничивает ее способность выявлять локальные нарушения оксигенации, особенно в условиях низкой перфузии или при наличии артефактов движения.

Метод близкой к инфракрасной спектроскопии (Near-Infrared Spectroscopy, NIRS) представляет собой неинвазивную технологию, основанную на измерении светопоглощения оксигенированного и дезоксигенированного гемоглобина. Он обеспечивает динамическое наблюдение за регионарной тканевой оксигенацией в реальном времени и может применяться как в покое, так и при проведении различных вмешательств. NIRS позволяет непрерывно мониторировать насыщение кислородом в различных тканях, включая головной мозг и легкие, что особенно важно для оценки состояния недоношенных новорожденных. Этот метод доказал эффективность в выявлении изменений регионарной оксигенации, отражающих баланс между доставкой и потреблением кислорода в тканях [3–5].

Ранее нами было показано, что NIRS позволяет эффективно дифференцировать транзиторное тахипноэ (ТТН) и врожденную пневмонию у новорожденных, родившихся после 35 недель гестации [6]. Тем не менее отсутствуют четкие нормативные данные о регионарной сатурации (rSO₂) легких у здоровых новорожденных, что существенно ограничивает интерпретацию получаемых результатов и внедрение метода в рутинную практику.

Цель исследования – определение ориентировочных значений rSO₂ легких у здоровых доношенных и поздних недоношенных новорожденных. Мы предполагаем, что в дальнейшем данные показатели могут применяться для диагностики и мониторинга дыхательной функции у детей в отделениях новорожденных и интенсивной терапии.

Материалы и методы исследования

Некоторые результаты настоящего исследования были опубликованы ранее и освещали использование метода NIRS при дифференциальной диагностике ТТН и врожденной пневмонии у новорожденных с гестационным возрастом 35 недель и старше [6]. Методика проведения NIRS-исследования была подробно описана в данной работе и воспроизведена в настоящем исследовании с модификацией цели и состава групп.

Проведено одноцентровое проспективное наблюдательное исследование. Выборка была сформирована по принципу последовательного включения всех здоровых новорожденных, находившихся на совместном пребывании с матерями, в условиях отделения новорожденных, в удобное для исследователя время.

Критерии включения: здоровые новорожденные с ГВ ≥ 35° недель гестации без дыхательных нарушений в первые сутки жизни.

Критерии исключения: позднее проведение или непроведение NIRS легких по протоколу исследования, отказ законного представителя ребенка от участия в исследовании.

Исследование проводилось в ГБУЗ СО «ЕКПЦ» (г. Екатеринбург), в условиях совместного пребывания матери и ребенка.

Продолжительность исследования: с 15.04.2025 по 15.05.2025. Каждое измерение проводилось однократно в первые сутки жизни после 15 мин покоя.

Исследуемый метод: NIRS. Исследование rSO₂ проводилось с помощью неонатальных датчиков 8004CB-NA, подключенных к аппарату SenSmart Model X-100 (Nonin Medical, США). Исследование выполнялось у каждого новорожденного в положении лежа на спине и животе, как представлено на рисунке. Использовались следующие точки регистрации:

• боковые (пересечение средней подмышечной и сосковой линии);
• задние (пересечение задней срединной линии и угла лопатки).

 

Рис. Расположение датчиков NIRS при исследовании на спине – боковые точки (слева), и животе – задние точки (справа)

 

Таким образом, у каждого ребенка были проанализированы четыре позиции. Передние зоны исключены из анализа из-за возможного влияния сердца и площади контакта. Датчики прижимались без усилия, фиксировались на 10–30 с, при этом значения rSO₂ учитывались только после стабилизации сигнала (не менее 10 с).

Референсный метод не применялся, поскольку целью исследования являлось описание ориентировочных нормальных значений.

Регистрация результатов: данные фиксировались вручную. Оценка проводилась тем же специалистом. Клиническая информация была доступна, неопределенные значения и недостающие данные отсутствовали. Анализ вариабельности не проводился.

Размер выборки предварительно не рассчитывался. В исследование включены все доступные новорожденные, соответствующие критериям отбора.

Для анализа использован пакет BioStat, v7.5 (разработчик – AnalystSoft Inc.). Количественные данные представлены как медиана (Mе), нижний и верхние квартили [Q₁; Q₃], минимальные и максимальные значения (min – max), а также среднее (М) и стандартное отклонение (± SD). Для сравнения групп использован критерий Манна – Уитни, уровень значимости p < 0,05.

Результаты и их обсуждение

В исследование включены 50 новорожденных – основная группа, соответствующих критериям включения: 41 (82,0 %) доношенный и 9 (18,0 %) поздних недоношенных ребенка. Последовательное включение обеспечивало репрезентативность выборки. Критериям исключения не соответствовал ни один из новорожденных.

Исходные характеристики всей группы (n = 50) представлены следующим образом. Медианный гестационный возраст составил 38 [37; 39] недель. Масса тела при рождении – 3285 [2907; 3520] г. Оценка по шкале Апгар на 1-й минуте – 8 [7; 8] баллов, на 5-й минуте – 9 [9; 9] баллов. Мальчиков было 22 (44,0 %).

Из факторов анамнеза беременности и родов отмечались: сахарный диабет у матери – в 18 (36,0 %) случаях, дистресс плода – у 11 (22,0 %) новорожденных, кесарево сечение – у 11 (22,0 %), носительство стрептококка группы B – у 6 (12,0 %). Многоплодная беременность и длительный безводный период были зарегистрированы по одному (2,0 %) случаю соответственно. Хориоамнионит не наблюдался ни у одной пациентки.

Интервал между рождением и проведением NIRS-исследования составлял от 2 до 24 ч (в среднем 10,5 ± 4,3 ч). Никаких дополнительных вмешательств до или после исследования не проводилось, за исключением стандартного ухода в отделении новорожденных.

Далее представлены результаты сравнительного анализа значений rSO₂ между двумя группами с указанием медиан, квартилей, диапазонов и уровня статистической значимости (табл. 1).

 

Таблица 1. Показатели rSO₂ в основной группе здоровых новорожденных

Показатель	Основная группа (n = 50) абс, (%) / Ме [Q1; Q3] / M ± SD / (min – max)
rSO2 боковая точка справа (%)	94 [92; 97] / 94,5 ± 3,3 / (89–100)
rSO2 боковая точка слева (%)	95 [91; 96] / 94,1 ± 3,2 / (89–99)
rSO2 задняя точка справа (%)	94 [91; 98] / 94,4 ± 3,8 / (89–100)
rSO2 задняя точка слева (%)	96 [93; 98] / 95,5 ± 3,3 / (89–100)
rSO2 легких, сумма (%)	379 [374; 383] / 378,5 ± 6,4 / (364–391)

 

В основной группе здоровых новорожденных (n = 50) значения rSO₂, измеренные методом NIRS в четырех анатомических точках, распределялись следующим образом, представленным в табл. 1.

Далее представлены результаты сравнительного анализа значений rSO₂ между группой доношенных (n = 41) и поздних недоношенных (n = 9) новорожденных (табл. 2). По всем четырем измеряемым анатомическим точкам (две боковые и две задние) и суммарному показателю rSO₂ статистически значимых различий между группами выявлено не было (p > 0,05).

 

Таблица 2. Сравнительный анализ данных NIRS у здоровых доношенных (n = 41) и поздних недоношенных (n = 9) новорожденных группы контроля NIRS

Показатель	Группа здоровых доношенных (n = 41) абс, (%) / Ме [Q1; Q3] / M ± SD / (min – max)	Группа здоровых недоношенных (n = 9) абс, (%) / Ме [Q1; Q3] / M ± SD / (min – max)	р
rSO2 боковая точка справа (%)	94 [92; 97] / 94,4 ± 3,3 / (89–100)	95 [92; 97] / 94,9 ± 3,6 / (89–100)	0,676
rSO2 боковая точка слева (%)	94 [91; 97] / 93,9 ± 3,3 / (89–99)	95 [95; 96] / 95,1 ± 2,7 / (91–99)	0,328
rSO2 задняя точка справа (%)	95 [91; 98] / 94,7 ± 3,9 / (89–100)	92 [91; 94] / 93,1 ± 3,4 / (89–100)	0,304
rSO2 задняя точка слева (%)	97 [93; 98] / 95,4 ± 3,4 / (89–100)	96 [94; 98] / 95,9 ± 3,3 / (90–100)	0,761
rSO2 легких, сумма (%)	378 [373; 384] / 378,4 ± 6,9 / (364–391)	380 [378; 381] / 379,0 ± 2,7 / (373–382)	0,960

 

Нежелательные явления, связанные с проведением исследования, зафиксированы не были.

В настоящем исследовании были получены ориентировочные значения регионарной сатурации легких у здоровых новорожденных в стабильном состоянии с использованием метода близкой к инфракрасной спектроскопии. Сравнение между доношенными и поздними недоношенными детьми не выявило статистически значимых различий.

Сравнительный анализ с ранее опубликованными данными показывает, что у новорожденных с ТТН показатели rSO₂ находятся в диапазоне 80–83 %, тогда как у пациентов с врожденной пневмонией значения еще ниже – в пределах 75–77 % [6]. Эти данные наглядно демонстрируют наличие выраженной гипоксии в легочной ткани при данных патологиях по сравнению с показателями здоровых новорожденных, у которых в настоящем исследовании rSO₂ варьировалась в пределах 92–97 %. Физиологически это объясняется различиями в механизмах дыхательной недостаточности. При ТТН ведущим фактором является замедленное всасывание жидкости из альвеол, что приводит к снижению комплаенса и ограничению вентиляции преимущественно в заднебазальных отделах легких. Это проявляется в снижении rSO₂, особенно в задних точках, чувствительных к вентиляционно-перфузионному несоответствию. При ВП в механизм патогенеза включаются воспалительные инфильтраты, альвеолярный отек, снижение сурфактантной активности и локальное шунтирование, что дополнительно усугубляет тканевую гипоксию. Значения rSO₂ при ВП закономерно ниже, чем при ТТН, что также отмечалось в нашей предыдущей работе.

Результаты настоящего исследования согласуются с имеющимися данными литературы, подтверждающими высокую диагностическую ценность метода близкой к инфракрасной спектроскопии (NIRS) в оценке оксигенации легочной ткани у новорожденных. В частности, в исследовании 2024 г. анализировались значения регионарной сатурации кислорода в апикальных (raSO₂) и базальных (rbSO₂) отделах правого легкого у новорожденных с дыхательной недостаточностью и без нее в течение первых 15 мин жизни. У здоровых детей raSO₂ в этот период превышала rbSO₂ до 10-й мин, что отражает динамическую перестройку вентиляционно-перфузионных отношений в раннем неонатальном периоде. Также была установлена положительная корреляция между регионарной сатурацией и пульсоксиметрическим насыщением кислородом (SpO₂) [5].

В работе 2020 г. NIRS применялась для оценки легочной rSO₂ у 26 недоношенных детей (гестационный возраст < 32 недель). Авторы показали достоверную связь между rSO₂ и парциальным давлением кислорода в артериальной крови (PaO₂) (r = 0,544; p = 0,004), а также с артериальной сатурацией (SaO₂) (r = 0,515; p = 0,007), при этом значимой корреляции со SpO₂ не выявлено (p = 0,098). Эти данные подчеркивают, что NIRS может более точно отражать тканевую оксигенацию, чем традиционная пульсоксиметрия. Метод оказался информативным в прогнозировании гипоксемии (AUC = 0,843 при пороговом значении rSO₂ 62,39 %; чувствительность 88,9 %; специфичность 23,5 %; p = 0,005) и гипероксемии (AUC = 0,775; чувствительность 100 %; специфичность 35 %; p = 0,045) [7].

Сходные выводы были получены в исследовании 2024 г. с участием 40 недоношенных детей (ГВ ≤ 30 недель), находящихся в группе риска по развитию бронхолегочной дисплазии (БЛД). При NIRS-мониторинге, проведенном на 28 ± 7 и 36 ± 7 постконцептуального возраста, уровень rSO₂ оставался стабильным во всей когорте (71,8 ± 7,2 % против 71,4 ± 4,2 %). Однако у детей с легкой формой БЛД показатели rSO₂ были достоверно выше, чем у младенцев с умеренным и тяжелым течением заболевания (на первой записи: 73,3 ± 3,1 % против 71,2 ± 3,2 %, p = 0,042; на второй: 72,3 ± 2,8 % против 70,5 ± 2,8 %, p = 0,049). Пороговое значение rSO₂ в 71,6 % оказалось прогностически значимым для дифференциации степени тяжести БЛД (чувствительность 66 %; специфичность 60 %). Регрессионный анализ подтвердил положительную связь между rSO₂ и отношением SpO₂/FiO₂ (p = 0,013) [8].

В исследовании 2022 года наблюдали 20 недоношенных новорожденных с синдромом дыхательных расстройств (РДС), получавших неинвазивную респираторную терапию. Среднее значение rSO₂ составило 80,1 ± 6,2 %, без различий между правой и левой стороной грудной клетки. Уровень оксигенации сохранялся на стабильном уровне в течение 24 ч. Показана положительная корреляция между общим rSO₂ и отношением SpO₂/FiO₂ (p < 0,001), а также альвеолярно-артериальной разницей по pO₂ (p = 0,040). При этом выявлена отрицательная связь между rSO₂ и индексом оксигенации (r = -0,309; p = 0,022) [9].

Особенно значимы выводы из проспективного исследования 2023 г., в котором оценивалась точность NIRS в дифференциации ТТН и врожденной пневмонии у 40 новорожденных. В течение первых 24 ч и последующих 24 ч наблюдения уровни rSO₂ были достоверно выше в группе с ТТН как в верхушках легких (75,3 ± 8,7 против 69 ± 5,4; p = 0,018), так и в боковых отделах (77,8 ± 6 против 72,7 ± 6,2; p = 0,016). Пороговое значение rSO₂ > 72 % в верхушках легких позволяло спрогнозировать наличие ТТН с чувствительностью 78,6 % и специфичностью 69,2 % [10].

Важно отметить, что число публикаций на тему исследования регионарной сатурации тканей легких новорожденных крайне ограничено. Однако имеющиеся данные подчеркивают важность установления референтных значений rSO₂ у здоровых новорожденных. Именно этим и обусловлена актуальность настоящего исследования, результаты которого впервые описывают ориентировочные нормативные показатели регионарной сатурации в легких у детей без дыхательных нарушений, как доношенных, так и поздних недоношенных. Установленные в нашей работе стабильные и высокие значения rSO₂ в диапазоне 92–96 % создают основу для дальнейшей клинической валидации метода NIRS как инструмента диагностики и мониторинга легочной функции в неонатальной практике.

К ограничениям нашего исследования можно отнести:

• проведение однократных измерений без динамического наблюдения;
• ограниченное количество поздних недоношенных в выборке;
• отсутствие верифицирующих методов (УЗИ, рентгенография).

Выводы

Предыдущие исследования показывают, что метод NIRS позволяет эффективно выявлять снижение регионарной сатурации легочной ткани при различных формах дыхательной недостаточности у новорожденных. Тем не менее остается нерешенной проблема отсутствия нормативных значений rSO₂ у здоровых детей, что ограничивает интерпретацию результатов. В рамках настоящего исследования установлены ориентировочные показатели rSO₂ в четырех анатомических точках у доношенных и поздних недоношенных новорожденных, находящихся в стабильном состоянии. Значения оказались высокими и устойчивыми, без статистически значимых различий между группами. Полученные результаты расширяют знания о физиологии дыхания в раннем неонатальном периоде и могут использоваться как основа для клинической диагностики и мониторинга новорожденных с риском дыхательной недостаточности.

About the authors

E. V. Shestak

Ekaterinburg Clinical Perinatal Center; Ural State Medical University

Author for correspondence.
Email: shestakev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3445-2956

PhD (Medicine), Associate Professor of the Department of Hospital Pediatrics of the Pediatric Faculty, Head of the Neonatal Intensive Care Unit, Anesthesiologist-Intensivist of the Highest Qualification Category, Head of the Research Laboratory

Russian Federation, Ekaterinburg; Ekaterinburg

References

Supplementary files