İntradermal Mikrodiyaliz: İnsanlarda Mikrovasküler Disfonksiyonun Yeni Mekanizmalarının Araştırılmasına Yönelik Bir Yaklaşım
Summary
İntradermal mikrodiyaliz, sağlık ve hastalıkta mikrovasküler fonksiyonu araştırmak için kullanılan minimal invaziv bir tekniktir. Bu teknikte kutanöz dolaşımda vazodilatasyon ve vazokonstriksiyon mekanizmalarını araştırmak için hem doz-yanıt hem de lokal ısıtma protokolleri kullanılabilir.
Abstract
Kutanöz damar sistemi, insanlarda mikrovasküler fonksiyonu değerlendirmek için kullanılabilen erişilebilir bir dokudur. İntradermal mikrodiyaliz, kutanöz dolaşımda vasküler düz kas ve endotel fonksiyonunun mekanizmalarını araştırmak için kullanılan minimal invaziv bir tekniktir. Bu teknik, kardiyovasküler hastalık gelişme riskinin bir göstergesi olan azalmış nitrik oksit aracılı vazodilatasyon ile indekslenen mikrovasküler endotel disfonksiyonunun patofizyolojisinin farmakolojik diseksiyonuna izin verir. Bu teknikte, cildin dermal tabakasına bir mikrodiyaliz probu yerleştirilir ve kırmızı kan hücresi akışını ölçmek için probun üzerine lazer Doppler flowmetri probu ile lokal bir ısıtma ünitesi yerleştirilir. Lokal cilt sıcaklığı doğrudan ısı uygulaması ile klemplenir veya uyarılır ve vazodilatasyon veya vazokonstriksiyonu indüklemek veya ilgilenilen mekanizmaları (ko-faktörler, antioksidanlar, vb.) sorgulamak için hücre içi sinyal yollarını uyarmak veya inhibe etmek için prob aracılığıyla farmakolojik ajanlar perfüze edilir. Kutanöz vasküler iletkenlik ölçülür ve hastalık durumlarında endotel disfonksiyonunun mekanizmaları tanımlanabilir.
Introduction
Kardiyovasküler hastalık (KVH) Amerika Birleşik Devletleri’nde önde gelen ölüm nedenidir1. Hipertansiyon (HTN) inme, koroner kalp hastalığı ve kalp yetmezliği için bağımsız bir risk faktörüdür ve Amerika Birleşik Devletleri nüfusunun ~% 50’sinden fazlasını etkilediği tahmin edilmektedir2. HTN, bağımsız bir KVH (primer HTN) olarak veya polikistik böbrek hastalığı ve/veya endokrin bozukluklar (sekonder HTN) gibi başka bir durumun sonucu olarak gelişebilir. HTN’nin etiyolojilerinin genişliği, HTN ile gözlenen altta yatan mekanizmalar ve son organ hasarının araştırılmasını zorlaştırmaktadır. HTN ile ilişkili son organ hasarının patofizyolojisine yönelik çeşitli ve yeni araştırma yaklaşımlarına ihtiyaç vardır.
KVH’nin en erken patolojik belirtilerinden biri, bozulmuş nitrik oksit (NO) aracılı vazodilatasyonile karakterize edilen endotel disfonksiyonudur 3,4,5. Akış aracılı dilatasyon, KVH ile ilişkili endotel disfonksiyonunu ölçmek için kullanılan yaygın bir yaklaşımdır, ancak mikrovasküler yataklardaki endotel disfonksiyonu, büyük kondüit arterlerden hem bağımsız hem de öncü olabilir 6,7,8. Ayrıca, dirençli arteriyoller, kanal arterlerinden daha doğrudan lokal doku tarafından etki eder ve oksijen açısından zengin kanın verilmesi üzerinde daha hızlı kontrole sahiptir. Mikrovasküler fonksiyon, advers kardiyovasküler olaysız sağkalımı öngörmektedir 9,10,11. Kutanöz mikrovasküler sistem, fizyolojik ve farmakolojik vazokonstriktif veya vazodilatör uyaranlara verilen yanıtları incelemek için kullanılabilen erişilebilir bir vasküler yataktır. İntradermal mikrodiyaliz minimal invaziv bir teknik olup, amacı hedefe yönelik farmakolojik diseksiyon ile kutanöz mikrovasküler sistemde hem vasküler düz kas hem de endotel fonksiyonunun mekanizmalarını araştırmaktır. Bu yöntem, farmakolojik diseksiyona izin vermeyen tıkayıcı reaktif hiperemi ve farmakolojik uygulamaya izin veren ancak etki mekanizmasında daha az kesin olan iyontoforez gibi diğer tekniklerle çelişir (başka bir yerde ayrıntılı olarak gözden geçirilmiştir12).
Bu tekniğin geliştirilmesinin ve kullanılmasının ardındaki mantık, başka bir yerde kapsamlı bir şekilde gözden geçirilmiştir13. Bu yaklaşım başlangıçta kemirgenlerde nörolojik araştırmalarda kullanılmak üzere geliştirildi ve daha sonra ilk olarak termoregülasyon açısından aktif vazodilatasyonun altında yatan mekanizmaları araştırmak için insanlara uygulandı. 1990’ların sonlarında, bu yöntem cildin lokal ısınması ile ilgili olarak hem nöral hem de endotelyal mekanizmaları incelemek için kullanıldı. O zamandan beri, teknik ciltteki bir dizi nörovasküler sinyal mekanizmasını araştırmak için kullanılmıştır.
Bu tekniği kullanarak, grubumuz ve diğerleri, dislipidemi, primer yaşlanma, diyabet, kronik böbrek hastalığı, polikistik over sendromu, preeklampsi, majör depresif bozukluk 14,15,16,17,18,19 ve hipertansiyon 20,21 dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere çeşitli klinik popülasyonların mikrovaskülatüründe endotel disfonksiyon mekanizmalarını sorguladılar,22,23,24. Örneğin, daha önce yapılan bir çalışmada, preeklampsi öyküsü olan ve KVH riski yüksek olan normotansif kadınların, normotansif gebelik öyküsü olan kadınlara kıyasla kutanöz dolaşımda NO aracılı vazodilatasyonu azalttığı bulunmuştur20. Başka bir çalışmada, primer HTN teşhisi konan yetişkinler, sağlıklı kontrollere21 kıyasla mikrovaskülatürde artmış anjiyotensin II duyarlılığı gösterdi ve primer HTN hastalarında kronik sülfhidril veren antihipertansif farmakoterapinin kan basıncını düşürdüğü ve hem hidrojen sülfür hem de NO aracılı vazodilatasyonuiyileştirdiği gösterilmiştir 22. Wong ve ark.23, 2017 Amerikan Kalp Derneği ve Amerikan Kardiyoloji Koleji kılavuzları tarafından kategorize edildiği gibi, prehipertansif yetişkinlerde bozulmuş duyusal aracılı ve NO aracılı vazodilatasyon bulmuşlardır24.
İntradermal mikrodiyaliz tekniği, sağlık ve hastalık durumlarında mikrovasküler fonksiyona sıkı bir şekilde kontrol edilen mekanik araştırmalara izin verir. Bu nedenle, bu yazıda grubumuz ve diğerleri tarafından uygulanan intradermal mikrodiyaliz tekniğinin tanımlanması amaçlanmıştır. Doz-yanıt ilişkisini incelemek için endotelin asetilkolin (ACh) ile farmakolojik stimülasyonu ve 39 °C veya 42 °C lokal ısıtma uyaran protokolü ile endojen NO üretiminin fizyolojik stimülasyonu için prosedürleri detaylandırıyoruz. Her yaklaşım için temsili sonuçlar sunuyoruz ve bu teknikten elde edilen bulguların klinik sonuçlarını tartışıyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
İntradermal mikrodiyaliz tekniği, insan vasküler araştırmalarında çok yönlü bir araçtır. Müfettişler, uygulamalarını daha da çeşitlendirmek için protokolü değiştirebilir. Örneğin, bir ACh doz-yanıt protokolünü tanımlıyoruz, ancak tek başına vazodilatasyondan ziyade vazokonstriksiyon veya vazomotor ton mekanizmalarına ilişkin diğer araştırmalar, norepinefrin veya sodyum nitroprussid doz-yanıt yaklaşımlarınıkullanmıştır 26,27,28,29,30,31.<sup cla…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hiç kimse.
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 |
References
- Xu, J. Q., Murphy, S. L., Kochanek, K. D., Arias, E. Mortality in the United States, 2021. NCHS Data Brief. 456, (2022).
- Tsao, C. W., et al. Heart disease and stroke statistics-2023 update: A report from the American heart association. Circulation. 147 (8), e93 (2023).
- Cohuet, G., Struijker-Boudier, H. Mechanisms of target organ damage caused by hypertension: Therapeutic potential. Pharmacology & Therapeutics. 111 (1), 81-98 (2006).
- Park, K. H., Park, W. J. Endothelial dysfunction: Clinical implications in cardiovascular disease and therapeutic approaches. Journal of Korean Medical Science. 30 (9), 1213-1225 (2015).
- Levy, B. I., Ambrosio, G., Pries, A. R., Struijker-Boudier, H. A. Microcirculation in hypertension: a new target for treatment. Circulation. 104 (6), 735-740 (2001).
- Sara, J. D., et al. Prevalence of coronary microvascular dysfunction among patients with chest pain and nonobstructive coronary artery disease. Journal of the American College of Cardiology: Cardiovascular Interventions. 8 (11), 1445-1453 (2015).
- Weis, M., Hartmann, A., Olbrich, H. G., Hör, G., Zeiher, A. M. Prognostic significance of coronary flow reserve on left ventricular ejection fraction in cardiac transplant recipients. Transplantation. 65 (1), 103-108 (1998).
- Rossi, M., et al. Investigation of skin vasoreactivity and blood flow oscillations in hypertensive patients: Effect of short-term antihypertensive treatment. Journal of Hypertension. 29 (8), 1569-1576 (2011).
- Pepine, C. J., et al. Coronary microvascular reactivity to adenosine predicts adverse outcome in women evaluated for suspected ischemia results from the National Heart, Lung and Blood Institute WISE (Women’s Ischemia Syndrome Evaluation) study. Journal of the American College of Cardiology. 55 (25), 2825-2832 (2010).
- Matsuda, J., et al. Prevalence and clinical significance of discordant changes in fractional and coronary flow reserve after elective percutaneous coronary intervention. Journal of the American Heart Association. 5 (12), e004400 (2016).
- Gupta, A., et al. Integrated noninvasive physiological assessment of coronary circulatory function and impact on cardiovascular mortality in patients with stable coronary artery disease. Circulation. 136 (24), 2325-2336 (2017).
- Roustit, M., Cracowski, J. L. Assessment of endothelial and neurovascular function in human skin microcirculation. Trends in Pharmacological Sciences. 34 (7), 373-384 (2013).
- Low, D. A., Jones, H., Cable, N. T., Alexander, L. M., Kenney, W. L. Historical reviews of the assessment of human cardiovascular function: interrogation and understanding of the control of skin blood flow. European Journal of Applied Physiology. 120 (1), 1-16 (2020).
- Kenney, W. L., Cannon, J. G., Alexander, L. M. Cutaneous microvascular dysfunction correlates with serum LDL and sLOX-1 receptor concentrations. Microvascular Research. 85, 112-117 (2013).
- Holowatz, L. A., Thompson, C. S., Minson, C. T., Kenney, W. L. Mechanisms of acetylcholine-mediated vasodilatation in young and aged human skin. Journal of Physiology. 563, 965-973 (2005).
- Sokolnicki, L. A., Roberts, S. K., Wilkins, B. W., Basu, A., Charkoudian, N. Contribution of nitric oxide to cutaneous microvascular dilation in individuals with type 2 diabetes mellitus. American Journal of Physiology – Endocrinology and Metabolism. 292 (1), E314-E318 (2007).
- DuPont, J. J., Ramick, M. G., Farquhar, W. B., Townsend, R. R., Edwards, D. G. NADPH oxidase-derived reactive oxygen species contribute to impaired cutaneous microvascular function in chronic kidney disease. American Journal of Physiology – Renal Physiology. 306 (12), F1499-F1506 (2014).
- Sprung, V. S., et al. Nitric oxide-mediated cutaneous microvascular function is impaired in polycystic ovary syndrome but can be improved by exercise training. Journal of Physiology. 591 (6), 1475-1487 (2013).
- Greaney, J. L., Saunders, E. F. H., Santhanam, L., Alexander, L. M. Oxidative stress contributes to microvascular endothelial dysfunction in men and women with major depressive disorder. Circulatory Research. 124 (4), 564-574 (2019).
- Stanhewicz, A. E., Jandu, S., Santhanam, L., Alexander, L. M. Increased angiotensin II sensitivity contributes to microvascular dysfunction in women who have had preeclampsia. Hypertension. 70 (2), 382-389 (2017).
- Greaney, J. L., et al. Impaired hydrogen sulfide-mediated vasodilation contributes to microvascular endothelial dysfunction in hypertensive adults. Hypertension. 69 (5), 902-909 (2017).
- Dillon, G. A., Stanhewicz, A. E., Serviente, C., Greaney, J. L., Alexander, L. M. Hydrogen sulfide-dependent microvascular vasodilation is improved following chronic sulfhydryl-donating antihypertensive pharmacotherapy in adults with hypertension. Journal of Physiology. 321 (4), H728-H734 (2021).
- Wong, B. J., et al. Sensory nerve-mediated and nitric oxide-dependent cutaneous vasodilation in normotensive and prehypertensive non-Hispanic blacks and whites. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 319 (2), H271-H281 (2020).
- Dillon, G. A., Greaney, J. L., Shank, S., Leuenberger, U. A., Alexander, L. M. AHA/ACC-defined stage 1 hypertensive adults do not display cutaneous microvascular endothelial dysfunction. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 319 (3), H539-H546 (2020).
- Gagge, A. P., Stolwijk, J. A., Hardy, J. D. Comfort and thermal sensations and associated physiological responses at various ambient temperatures. Environmental Research. 1 (1), 1-20 (1967).
- Greaney, J. L., Stanhewicz, A. E., Kenney, W. L., Alexander, L. M. Lack of limb or sex differences in the cutaneous vascular responses to exogenous norepinephrine. Journal of Applied Physiology. 117 (12), 1417-1423 (2014).
- Greaney, J. L., Stanhewicz, A. E., Kenney, W. L., Alexander, L. M. Impaired increases in skin sympathetic nerve activity contribute to age-related decrements in reflex cutaneous vasoconstriction. Journal of Physiology. 593 (9), 2199-2211 (2015).
- Alba, B. K., Greaney, J. L., Ferguson, S. B., Alexander, L. M. Endothelial function is impaired in the cutaneous microcirculation of adults with psoriasis through reductions in nitric oxide-dependent vasodilation. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 314 (2), H343-H349 (2018).
- Greaney, J. L., Surachman, A., Saunders, E. F. H., Alexander, L. M., Almeida, D. M. Greater daily psychosocial stress exposure is associated with increased norepinephrine-induced vasoconstriction in young adults. Journal of the American Heart Association. 9 (9), e015697 (2020).
- Nakata, T., et al. Quantification of catecholamine neurotransmitters released from cutaneous vasoconstrictor nerve endings in men with cervical spinal cord injury. American Journal of Physiology – Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 324 (3), R345-R352 (2023).
- Tucker, M. A., et al. Postsynaptic cutaneous vasodilation and sweating: Influence of adiposity and hydration status. European Journal of Applied Physiology. 118 (8), 1703-1713 (2018).
- Craighead, D. H., Alexander, L. M. Menthol-induced cutaneous vasodilation is preserved in essential hypertensive men and women. American Journal of Hypertension. 30 (12), 1156-1162 (2017).
- Brunt, V. E., Minson, C. T. KCa channels and epoxyeicosatrienoic acids: Major contributors to thermal hyperaemia in human skin. Journal of Physiology. 590 (15), 3523-3534 (2012).
- Choi, P. J., Brunt, V. E., Fujii, N., Minson, C. T. New approach to measure cutaneous microvascular function: An improved test of NO-mediated vasodilation by thermal hyperemia. Journal of Applied Physiology. 117 (3), 277-283 (2014).
- Johnson, J. M., Kellogg, D. L. Local thermal control of the human cutaneous circulation. Journal of Applied Physiology. 109 (4), 1229-1238 (2010).
- Jung, F., et al. Laser Doppler flux measurement for the assessment of cutaneous microcirculation-Critical remarks. Clinical Hemorheology and Microcirculation. 55 (4), 411-416 (2013).
