피내 미세투석: 인간의 미세혈관 기능 장애의 새로운 메커니즘을 조사하기 위한 접근 방식
Summary
피내 미세투석은 건강과 질병의 미세혈관 기능을 조사하는 데 사용되는 최소 침습 기술입니다. 용량 반응 및 국소 가열 프로토콜은 모두 피부 순환에서 혈관 확장 및 혈관 수축의 메커니즘을 탐구하기 위해 이 기술에 활용될 수 있습니다.
Abstract
피부 혈관은 인간의 미세혈관 기능을 평가하는 데 사용할 수 있는 접근 가능한 조직입니다. 피내 미세투석은 피부 순환에서 혈관 평활근과 내피 기능의 메커니즘을 조사하는 데 사용되는 최소 침습 기술입니다. 이 기술은 심혈관 질환 발병 위험의 지표인 산화질소 매개 혈관 확장 감소로 지수화된 미세혈관 내피 기능 장애의 병태생리학을 약리학적으로 해부할 수 있습니다. 이 기술에서는 미세 투석 프로브를 피부의 진피층에 배치하고 레이저 도플러 유량 측정 프로브가 있는 국소 가열 장치를 프로브 위에 배치하여 적혈구 플럭스를 측정합니다. 국소 피부 온도를 직접 열 가하여 고정하거나 자극하고, 혈관 확장 또는 혈관 수축을 유도하거나 관심 기전(보조 인자, 항산화제 등)을 조사하기 위해 세포 내 신호 전달 경로를 자극 또는 억제하기 위해 약리학적 제제를 프로브를 통해 관류합니다. 피부 혈관전도도를 정량화하고, 질병 상태에서 내피 기능 장애의 기전을 규명할 수 있습니다.
Introduction
심혈관 질환(CVD)은 미국의 주요 사망 원인입니다1. 고혈압(HTN)은 뇌졸중, 관상 동맥 심장 질환 및 심부전의 독립적인 위험 요인이며 미국 인구의 ~50% 이상에 영향을 미치는 것으로 추정됩니다2. HTN은 독립적인 CVD(원발성 HTN) 또는 다낭성 신장 질환 및/또는 내분비 장애(이차성 HTN)와 같은 다른 상태의 결과로 발생할 수 있습니다. HTN의 광범위한 병인은 HTN에서 관찰되는 기저 메커니즘 및 말단 장기 손상에 대한 조사를 복잡하게 만듭니다. HTN과 관련된 말단 장기 손상의 병태생리학에 대한 다양하고 새로운 연구 접근이 필요합니다.
CVD의 초기 병리학적 징후 중 하나는 내피 기능 장애로, 산화질소(NO) 매개 혈관 확장 장애를 특징으로 한다 3,4,5. 유동 매개 확장은 CVD와 관련된 내피 기능 장애를 정량화하는 데 사용되는 일반적인 접근법이지만, 미세혈관 침대의 내피 기능 장애는 큰 도관 동맥의 기능 장애와 무관하거나 전조일 수 있습니다 6,7,8. 더욱이, 저항성 세동맥은 도관 동맥보다 국소 조직에 의해 더 직접적으로 작용하며, 산소가 풍부한 혈액의 전달을 더 즉각적으로 통제할 수 있습니다. 미세혈관 기능은 심혈관 무사건 생존율(9,10,11)을 예측한다. 피부 미세혈관은 생리학적 및 약리학적 혈관 수축 또는 혈관 확장 자극에 대한 반응을 검사하는 데 사용할 수 있는 접근 가능한 혈관 침대입니다. 피내 미세투석은 최소 침습 기술로, 표적 약리학적 해부를 통해 피부 미세혈관에서 혈관 평활근과 내피 기능의 메커니즘을 조사하는 것이 목표입니다. 이 방법은 약리학적 해부를 허용하지 않는 폐색 후 반응성 충혈 및 약리학적 전달을 허용하지만 작용 기전이 덜 정확한 이온토포레시스와 같은 다른 기술과 대조된다(다른 곳에서 자세히 검토됨12).
이 기술의 개발 및 사용에 대한 이론적 근거는 다른 곳에서 광범위하게 검토됩니다13. 이 접근법은 원래 설치류의 신경학 연구에 사용하기 위해 개발되었으며 체온 조절 관점에서 활성 혈관 확장의 기저를 조사하기 위해 인간에게 처음 적용되었습니다. 1990년대 후반에 이 방법은 피부의 국소 가열과 관련하여 신경 및 내피 메커니즘을 모두 검사하는 데 사용되었습니다. 그 이후로 이 기술은 피부의 여러 신경 혈관 신호 메커니즘을 조사하는 데 활용되었습니다.
이 기술을 사용하여 우리 연구팀과 다른 연구자들은 이상지질혈증, 원발성 노화, 당뇨병, 만성 신장 질환, 다낭성 난소 증후군, 자간전증, 주요 우울 장애 14,15,16,17,18,19 및 고혈압20,21을 포함하되 이에 국한되지 않는 여러 임상 집단의 미세혈관에서 내피 기능 장애의 메커니즘을 조사했습니다 ,22,23,24입니다. 예를 들어, 이전 연구에서는 CVD의 위험이 높은 자간전증 병력이 있는 정상 혈압 여성이 정상 혈압 임신 이력이 있는 여성에 비해 피부 순환계에서 NO-매개 혈관 확장이 감소한 것으로 나타났다20. 또 다른 연구에서는 원발성 HTN 진단을 받은 성인이 건강한 대조군에 비해 미세혈관에서 안지오텐신 II 감수성이 증가한 것으로 나타났으며21 원발성 HTN 환자에서 만성 설프하이드릴 기증 항고혈압 약물 요법은 혈압을 낮추고 황화수소 및 NO 매개 혈관 확장을 모두 개선하는 것으로 나타났다22. Wong 등[23]은 2017년 미국심장협회(American Heart Association) 및 미국심장학회(American College of Cardiology) 가이드라인24에서 분류한 바와 같이 HTN 병기 증가와 함께 내피 기능 장애가 진행된다는 연구 결과와 일치하는 고혈압 전단계 성인의 감각 매개 혈관 확장 장애 및 NO 매개 혈관 확장 장애를 발견했습니다.
피내 미세투석 기술을 사용하면 건강 및 질병 상태의 미세혈관 기능에 대한 엄격하게 제어되는 기계론적 조사가 가능합니다. 따라서 본 논문은 본 연구진과 다른 연구자들이 적용하고 있는 피내 미세투석 기법을 기술하고자 한다. 용량-반응 관계를 조사하기 위해 아세틸콜린(ACh)을 사용한 내피의 약리학적 자극과 39°C 또는 42°C 국소 가열 자극 프로토콜을 사용한 내인성 NO 생성의 생리학적 자극에 대한 절차를 자세히 설명합니다. 각 접근법에 대한 대표적인 결과를 제시하고 이 기법에서 도출된 결과의 임상적 의미에 대해 논의합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
피내 미세투석 기술은 인간 혈관 연구에서 다재다능한 도구입니다. 연구자는 응용 프로그램을 더욱 다양화하기 위해 프로토콜을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, ACh 용량-반응 프로토콜을 설명하지만, 혈관 확장 단독보다는 혈관 수축 또는 혈관 운동 긴장도의 메커니즘에 대한 다른 연구에서는 노르에피네프린 또는 니트로프로스사이드 나트륨 용량-반응 접근법을 활용했습니다 26,27,28,29,30,31.<sup …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
없음.
Materials
| 1 mL syringes | BD Syringes | 302100 | |
| Acetlycholine | United States Pharmacopeia | 1424511 | Pilot data collected in our lab indicate drying acetylcholine increases variability of CVC response; do not dry, store in desiccator |
| Alcohol swabs | Mckesson | 191089 | |
| Baby Bee Syringe Drive | Bioanalytical Systems, Incorporated | MD-1001 | In this study the optional 3-syringe bracket (catalg number MD-1002) was utilized |
| CMA 30 Linear Microdialysis Probes | Harvard Apparatus | CMA8010460 | |
| Connex Spot Monitor | WelchAllyn | 74CT-B | automated blood pressure monitor |
| Hive Syringe Pump Controller | Bioanalytical Systems, Incorporated | MD-1020 | Controls up to 4 Baby Bee Syringe Drives |
| LabChart 8 | AD Instruments | **PowerLab hardware and LabChart software must be compatible versions | |
| Lactated Ringer's Solution | Avantor (VWR) | 76313-478 | |
| Laser Doppler Blood FlowMeter | Moor Instruments | MoorVMS-LDF | |
| Laser Doppler probe calibration kit | Moor Instruments | CAL | |
| Laser Doppler VP12 probe | Moor Instruments | VP12 | |
| Linear Microdialysis Probes | Bioanalytical Systems, Inc. | MD-2000 | |
| NG-nitro-l-arginine methyl ester | Sigma Aldrich | 483125-M | L-NAME |
| Povidone-iodine / betadine | Dynarex | 1202 | |
| PowerLab C Data Acquisition Device | AD Instruments | PLC01 | ** |
| PowerLab C Instrument Interface | AD Instruments | PLCI1 | ** |
| Probe adhesive discs | Moor Instruments | attach local heating unit to skin | |
| Skin Heater Controller | Moor Instruments | moorVMS-HEAT 1.3 | |
| Small heating probe | Moor Instruments | VHP2 | |
| Sterile drapes | Halyard | 89731 | |
| Sterile gauze | Dukal Corporation | 2085 | |
| Sterile surgical gloves | Esteem Cardinal Health | 8856N | catalogue number followed by the initials of the glove size, then the letter "B" (e.g., 8856NMB for medium) |
| Surgical scissors | Cole-Parmer | UX-06287-26 |
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