Cerebral perfusion is maintained across a range of pressures via cerebral autoregulation. However, characterizing autoregulation requires prominent pressure fluctuations at regulated frequencies. The described protocol will show how oscillatory lower body negative pressure can generate pressure fluctuations to provide data for projection pursuit regression for quantification of the autoregulatory curve.
由脑灌注保持恒定在宽范围的系统性压力的过程被称为“脑自动调节”。流对压力变化的有效阻尼发生在周期短至〜15秒,并逐渐变得更大在更长的时间段。因此,在血压较慢变化被有效地减弱和更快的变化或波动通过向脑血流相对不受影响。在表征频率脑自动调节的依存性的主要困难是在围绕感兴趣的频率动脉压缺乏突出自发波动(低于〜0.07赫兹或约15秒)。振荡下体负压(OLBNP)可被用于产生在中央静脉回流振荡导致在动脉压力波动在OLBNP的频率。此外,投影寻踪回归(PPR)提供了一个非参数方法characterizË系统固有的非线性关系,没有一个先验的假设,并显示性能非线性脑自动调节。 OLBNP产生动脉压力较大波动的负面压力振荡的频率变慢;然而,在脑血流的波动逐渐变得更低。因此,在PPR示出以0.05赫兹OLBNP频率和低于(20秒周期)的日益突出自身调节区域。这种方法也允许基于实验室的测定压力与脑流量之间的特性的非线性关系,并且可以提供独特的见解,以综合性脑控制以及生理改变的目标底层证券受损脑自动调节( 例如 ,创伤性脑损伤,中风后等 )。
通过该过程脑灌注保持恒定在宽范围内被称为“脑自动调节。”脑潮流响应1的原始观测系统的压力的支承反调节针对变化的动脉压力是非常重要的日常规脑灌注。虽然自动调节的表征是根据持续,控制低渗和高血压的研究,2,3-人们认识到,在耐压力引起的变化是“的振荡过程'3包围的变化从10到90秒。4此外,内过去二十年间,对一个节拍逐拍基础5表明脑流量被调节在周期短短短心脏跳动。-6,7-脑血流速度的测量,这些节拍逐拍的数据表明,有效流缓冲对压力变化发生在因此时段短至〜15秒,它逐渐变得更大在更长的时间段。 如图8所示 ,作为高通滤波器的压力和流量的功能之间的关系,其中7,9-12血压较慢变化被有效地减弱和更快的振荡传递通过相对不受影响。
在表征频率脑自动调节的依存性的主要困难是在围绕感兴趣的频率动脉压缺乏突出自发波动(低于〜0.07赫兹或约15秒)。没有足够大的压力振荡,不能准确地量化脑血流量的响应。我们的实验室已通过使用被称为振荡下体负压(OLBNP)的技术处理该约束。这产生尾静脉血液量的变化成比例的在罐内的负压水平,由于降低了静脉压差。当负PRESSU重新被应用在设定的时间间隔,在中央静脉回流导致血压波动在OLBNP的频率振荡。这种方法已用于在不同的实验室数项研究。8,14-17这产生尾静脉血液量的变化成比例的在罐内的负压水平,由于减少静脉压差。当负压施加在设定的时间间隔,在中央静脉回流振荡导致动脉压力波动在OLBNP的频率。这种方法已用于在不同的实验室数项研究。8,15-18
即使能够产生围绕感兴趣的频率,血压波动显着的方法,还有一个复杂的因素:有非线性的脑自动调节显著的证据,特别是在最低频率8况且,没有强有力的理论指导。以存在于脑自动调节非线性的性质。因此,我们使用一个理论无关,在我们的分析中被称为投影寻踪回归(PPR)驱动数据的方法。19 PPR是一个非参数的方法中固有的系统没有任何先验假设为这些非线性性质的非线性关系进行表征。这是捕捉系统,其生理机能尚未被明确的非线性模型定义了一个决定性的优势。 PPR揭示的特征的非线性脑自动调节的类似于“经典自动调节曲线”首先通过拉森在1959年描述( 图1)。2,19即,脑血流量保持在一定范围内的压力的动脉内相对恒定的,但被动跟踪以线性方式在该范围之外。这种形状变得更加明显,血压波动变得更慢。因此,线性分析不足以充分interrogaTE脑自动调节和依赖线性技术可能错过重要的信息。
在这篇文章中,我们详细介绍的方法来两个数据采集(实验室用OLBNP)和分析(PPR),我们使用在健康和疾病表征脑自动调节。
精确定义的输入输出关系可以要求输入(在这种情况下,压力)积极跨越足够宽的范围内改变,观察输出响应。然而,自发产生的压力波动幅度非常不一致和小脑自动调节的频率范围内。27,这是在压力和自发流向变化显示具有高相关性周期和极低的相关性周期有关系的原因,并在振荡脑血流量似乎出现,没有明显的动脉压驱动器28 OLBNP 22提供的关键技术,以产生不同的频率和幅度的一致性动脉压力振荡,以评估脑血流响应。虽然可能有其它的方法可能提供类似的探针,这种方法允许在频率和/或幅度依赖关系赌注的严格测试威恩动脉压和脑血流速度。
以前的研究探索电位测量工具为脑自动调节已经使用动脉压和脑血流量( 例如,传递函数分析)之间的关系的线性模型。压力和流量与无衰减的变化之间的密切的线性关系,观察时的压力振荡是比较快的, 即 >〜10秒。然而,慢振荡(>〜20秒),产生压力之间的关系和流量的逐渐变小线性相关。8,24如果关系不是高度线性相关(低R 2,低交叉谱相干性)可以没有任何信心的线性措施,如传递函数的增益和相位的精度。线性关系的缺乏指示重要的非线性是脑自动调节的特征的存在。事实上,就其本质而言,autoregulati对不适合通过线性方法表征;线性方法可以指示存在自动调节的或不存在,但不能描述其特性和它的有效性。
有迹象表明,比得上在它们的简单的线性方法,但是,可以评估输入(压力)和输出(流动)变量之间的非线性关系的方法。投影寻踪回归是一个简单的非参数,非理论,多元回归方法29,30并不断定一个先验的模型或承担线性输入输出关系。这些都是明显的优势特征是不完全了解一个系统。但是,应该指出的是,使用一个以上的脊功能将增加百分之方差解释,但在模糊特性的关系的生理解释为代价的。因此,建议投影寻踪回归仅限于一脊福nction。尽管如此,与单个脊功能概述在PPR方法可以解释在动脉压和脑血流量之间的关系的方差的显著部和显示特性的非线性关系是不同个体一致。
限制和可能的修改
振荡下体负压需要具体和突兀的设备和程序等不适合临床基础的评估。这可能是静止的足够的长度的记录可以用于脑自动调节的PPR分析提供足够的数据。然而,以往的工作表明,静止数据投影寻踪回归的性能比为0.03赫兹OLBNP数据分析显著恶化。虽然量化在休息期间0.03赫兹OLBNP压力流量的关系是相关的,19的适度通信只是表明,压力流量relationsh估计在休息IPS可能无法可靠地反映这些从0.03赫兹OLBNP而得。一种解决方案可以是生成通过缓慢,深eucapnic呼吸或反复蹲机架机动自动调节的频率范围内保持一致,以及较大的振幅的压力变动。这些方法已被证明产生可靠的大的压力波动,其可以提供跨越一个足够宽的范围内变化时,观察脑血流反应。31,32
虽然平均来说,投影寻踪回归可以解释显著量动脉压和脑流量波动之间的关系,解释差异可能是低在少数情况下(6〜19%)。低性能可以得出,例如,从呼吸型态如果频率和潮气量没有控制。然而,每一个生理测试有一些异常的观察,并且该方法也不例外。在1〜20观察测量差不应该吨削弱该方法的潜在效用。
未来的应用/结论
特性压力-流量关系可以改变在某些病理生理条件,如中风33和外伤性脑损伤。34如果准确关系可以在临床上获得,脑自动调节的投影寻踪回归可以具有更广泛的应用,并作为一种有用评估工具,其中OLBNP不可用。这可能是简单的动作( 如深呼吸,大腿袖口,坐姿到站姿)和/或持续时间较长的休息录音,可能会导致可起诉派生脑自动调节媲美OLBNP数据压力-流的关系。尽管如此,基于实验室的测定不同的监管制度和他们的自身调节的非线性贡献可以提供独特的见解脑血管的控制,并允许直径灵知病理生理改变的脑自动调节( 例如 ,脑外伤后)的。
The authors have nothing to disclose.
This research was supported by National Heart, Lung, and Blood Institute Grant HL-093113.
Device | Company | Product | Comments |
Transcranial Doppler Ultrasound | Compumedics DWL | Multi-Dop X digital | 2 MHz probe |
ECG and Brachial BP | GE | Dash 2000 | |
LBNP Tank | U. of Iowa Bioengineering | Custom Built | |
Mechanical Valve | U. of Iowa Bioengineering | Custom Built | |
Repeat Cycle Timer | Macromatics | TR-50826-07 | |
Pressure Transducer | Gould | ||
Photoplethysmographic finger pressure monitor | Finapres Medical Systems | Finometer PRO | |
CO2 gas analyzer | VacuMed | #17515 CO2 Analyzer, Gold Edition | |
Data acquisition system | AD Instruments | Data Acquisition Systems – PowerLab |