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.
O processo pelo qual a perfusão cerebral é mantida constante ao longo de uma vasta gama de pressões sistémicas é conhecido como "auto-regulação cerebral." Amortecimento eficaz contra o fluxo de mudanças de pressão ocorre durante períodos tão curtos quanto 15 seg ~ e torna-se progressivamente maior ao longo de períodos de tempo mais longos. Assim, as mudanças mais lentas na pressão arterial são efetivamente embotado e mudanças mais rápidas ou flutuações de passar para o fluxo sanguíneo cerebral relativamente pouco afetado. A principal dificuldade na caracterização da dependência de frequência autoregulação cerebral é a ausência de flutuações espontâneas proeminentes na pressão arterial em torno das frequências de interesse (menos do que 0,07 Hz ~ ou ~ 15 seg). Oscilatório parte inferior do corpo de pressão negativa (OLBNP) pode ser empregada para gerar oscilações no retorno venoso central que resultam em flutuações de pressão arterial na freqüência de OLBNP. Além disso, a projeção Perseguição Regressão (PPR) fornece um método não paramétrico para characterize relações não-lineares inerentes ao sistema, sem suposições apriorísticas e revela a característica não-linearidade da auto-regulação cerebral. OLBNP gera flutuações maiores na pressão arterial como a freqüência das oscilações de pressão negativos se tornam mais lento; no entanto, as flutuações no fluxo sanguíneo cerebral tornam-se progressivamente menor. Assim, o PPR mostra uma região cada vez mais proeminente autoregulatory em OLBNP freqüências de 0,05 Hz e abaixo (20 ciclos seg). O objectivo desta abordagem para permitir a determinação de base laboratorial de a relação não linear entre a característica de pressão e fluxo cerebral e poderia fornecer uma visão única de controle integrado vascular cerebral, bem como para alterações fisiológicas subjacentes a autoregulação cerebral (por exemplo, após a lesão cerebral traumática, acidente vascular cerebral , etc).
O processo pelo qual a perfusão cerebral é mantida constante em uma ampla gama de pressões sistêmicas é conhecido como "auto-regulação cerebral." Observações originais de respostas fluxo cerebral 1 apoiou um contra-regulação contra alterações na pressão arterial, que é de grande importância para a regulação diária de perfusão cerebral. Apesar de caracterização de auto-regulação foi baseada em estudos de sustentado, hipo e hipertensão controlada, 2,3, foi reconhecido que as alterações induzidas por pressão na resistência são "um processo oscilatório '3 englobando mudanças 10-90 seg. 4 Além disso, dentro do Nas duas últimas décadas, a medição da velocidade do fluxo sanguíneo cerebral em um batimento a batimento base 5 mostrou que o fluxo cerebral é regulada durante períodos tão curtos como poucos batimentos cardíacos. 6,7 Estes dados batimento a batimento sugerem que eficaz amortecimento do fluxo contra as alterações de pressão ocorre ao longo deperíodos tão curtos como ~ 15 segundos e torna-se progressivamente maior ao longo de períodos de tempo mais longos. 8 Assim, a relação entre as funções de pressão e fluxo como um filtro passa alta 7,9-12 onde as mudanças mais lentas na pressão arterial são efetivamente embotado e oscilações mais rápidos passar através relativamente pouco afetado.
A principal dificuldade na caracterização da dependência de frequência autoregulação cerebral é a ausência de flutuações espontâneas proeminentes na pressão arterial em torno das frequências de interesse (menos do que 0,07 Hz ~ ou ~ 15 seg). Sem suficientemente grandes oscilações de pressão, não se pode quantificar com precisão a resposta do fluxo sanguíneo cerebral. Nosso laboratório tem lidado com essa restrição usando uma técnica conhecida como oscilação de pressão negativa inferior do corpo (OLBNP). Isso cria caudais mudanças de volume de sangue venoso proporcionais ao nível de pressão negativa no tanque devido à redução da pressão transmural venosa. Quando o pressu negativore é aplicado em intervalos definidos, as oscilações no resultado retorno venoso central em flutuações de pressão arterial na freqüência de OLBNP. Esta abordagem tem sido utilizada em vários estudos em diferentes laboratórios. 8,14-17 Isso cria caudais mudanças de volume de sangue venoso proporcionais ao nível de pressão negativa no tanque, devido à redução da pressão transmural venosa. Quando a pressão negativa é aplicada em intervalos definidos, as oscilações no retorno venoso central resultar em flutuações de pressão arterial na freqüência de OLBNP. Esta abordagem tem sido utilizada em vários estudos em diferentes laboratórios 8,15-18.
Mesmo com uma abordagem que pode gerar oscilações importantes da pressão arterial em torno das freqüências de interesse, há um fator complicador: há evidência significativa de não-linearidade na auto-regulação cerebral, principalmente nas freqüências mais baixas 8 Além disso, não existe um guia teórico forte.quanto à natureza das não-linearidades presentes na auto-regulação cerebral. Assim, utiliza-se um ateórica, dados orientado método conhecido como Projecção Actividade Regressão (PPR) na nossa análise. 19 PPR é um método não paramétrico para caracterizar as relações não lineares inerentes a um sistema sem quaisquer suposições a priori quanto à natureza destes não-linearidades. Esta é uma vantagem decisiva para a captura de um sistema cuja fisiologia ainda não está definida por modelos não lineares explícitas. PPR revela que a característica de não linearidade da auto-regulação cerebral assemelha-se a "curva autoregulatory clássico", descrita por Lassen em 1959 (Figura 1). 2,19 Isto é, o fluxo sanguíneo cerebral permanece relativamente constante dentro de um determinado intervalo da pressão arterial, mas Pistas passivamente de forma linear fora desta gama. Esta forma torna-se mais evidente à medida que a flutuação da pressão arterial se tornar mais lenta. Assim, a análise linear é totalmente insuficiente para interrogaauto-regulação cerebral te e dependência de técnicas lineares provável falha informações importantes.
Neste artigo vamos detalhe a abordagem tanto para aquisição de dados (uso de laboratório de OLBNP) e análise (PPR) que usamos para caracterizar auto-regulação cerebral na saúde e na doença.
Precisamente as relações de entrada-saída definidoras pode exigir que a entrada (neste caso, a pressão) muda activamente através de uma gama suficientemente vasta para observar a resposta de saída. No entanto, ocorrem espontaneamente flutuações de pressão são extremamente incoerente e pequenos em amplitude dentro das freqüências de auto-regulação cerebral. 27 Esta é a razão que as mudanças espontâneas na pressão e fluxo mostram uma relação com períodos de elevada correlação e períodos de extremamente baixa correlação e que as oscilações em fluxo sanguíneo cerebral aparentemente parecem com nenhuma unidade de pressão arterial aparente. 28 OLBNP 22 fornece uma técnica fundamental para criar oscilações de pressão arterial consistentes de freqüência variável e amplitude para avaliar as respostas de fluxo sanguíneo cerebral. Embora possa haver outras abordagens que podem fornecer uma sonda semelhante, esta abordagem permite o teste rigoroso da aposta relação em frequência e / ou amplitude dependentepressão arterial Ween e velocidade do fluxo sanguíneo cerebral.
A pesquisa prévia explorar ferramentas de medição de potencial de auto-regulação cerebral usaram modelos lineares da relação entre pressão arterial e fluxo sanguíneo cerebral (por exemplo, análise de função de transferência). A relação linear estreita entre pressão e fluxo mudanças sem amortecimento é observado quando as variações de pressão são relativamente rápido, isto é,> ~ 10 seg. No entanto, as oscilações mais lentas (> ~ 20 seg) engendrar uma relação entre pressão e fluxo que se torna progressivamente menos linearmente relacionado. 8,24 Se a relação não é altamente linearmente relacionada (baixo R2, baixa coerência espectral cruzada) pode não ter qualquer confiança na precisão das medidas lineares, como ganho de função de transferência e de fase. A falta de relação linear indica a presença de não linearidades que são características importantes de autoregulação cerebral. Na verdade, pela sua própria natureza, autoregulatinão é passível de caracterização através de abordagens lineares; abordagens lineares pode indicar a presença ou ausência de auto-regulação, mas não pode descrever as características e a sua eficácia.
Existem métodos que são comparáveis aos métodos lineares em sua simplicidade, mas que podem avaliar as relações não-lineares entre a saída (fluxo) variáveis de entrada (pressão) e. Regressão busca projeção é simplesmente um método não paramétrico, atheoretical, múltiplos regressão 29,30 que não postula um modelo a priori ou assumir linearidade na relação de insumo-produto. Estas são vantagens claras para caracterizar um sistema que não é completamente compreendida. No entanto, deve notar-se que a utilização de mais do que uma função cume irá aumentar a percentagem de variância explicada, mas à custa de obscurecer a interpretação fisiológica das relações característicos. Portanto, recomenda-se que a regressão busca projecção ser limitada a apenas um fu cumenction. No entanto, a abordagem PPR esboçado com uma única função cume pode explicar uma parte significativa da variação na relação entre pressão arterial e do fluxo sanguíneo cerebral e revelar a relação não linear característica que é consistente em todos os indivíduos.
Limitações e Possíveis Modificações
Oscilatório menor pressão negativa corpo requer equipamentos e procedimentos específicos e intrusivos e por isso não é apropriado para as avaliações com base na clínica. É possível que descansa gravações de comprimento suficiente poderia fornecer dados adequados para a análise PPR da auto-regulação cerebral. No entanto, o trabalho anterior mostrou que a regressão busca projeção de descansar dados desempenho significativamente pior do que a análise dos dados OLBNP 0,03 Hz. Embora as relações pressão fluxo quantificados em repouso e durante a 0,03 Hz OLBNP estão relacionados, 19 a correspondência modesto simplesmente sugere que a pressão relationsh-flowips estimados em repouso pode não reflectem fielmente os derivados de 0,03 Hz OLBNP. Uma solução pode ser para gerar flutuações de pressão consistentes e maior amplitude dentro das freqüências de auto-regulação via, a respiração lenta e profunda eucápnica ou repetidas manobras agachamento de stand. Estes métodos têm sido mostrados para gerar de forma fiável de grandes flutuações de pressão que podem proporcionar mudanças ao longo de uma gama suficientemente vasta para observar respostas do fluxo sanguíneo cerebral 31,32.
Apesar de, em média, a regressão busca de projeção pode explicar uma quantidade significativa da relação entre pressão arterial e as flutuações do fluxo cerebral, explicou variância pode ser baixa em alguns casos (~ 6% de 19). Baixo desempenho poderia derivar, por exemplo, a partir de padrões de respirar se freqüência e volume corrente não são controlados. No entanto, a cada teste fisiológico tem algumas observações aberrantes, e esta abordagem não é uma exceção. Medições pobres em ~ 1 de 20 observações não devet prejudicar a utilidade potencial da abordagem.
Aplicações Futuras / Conclusões
A relação fluxo-pressão característica pode ser alterada em algumas condições fisiopatológicas, como acidente vascular cerebral 33 e lesão cerebral traumática. 34 Se as relações precisas poderiam ser adquiridas no ambiente clínico, regressão busca projeção da auto-regulação cerebral pode ter uma aplicação mais ampla e ser útil como um ferramenta de avaliação onde OLBNP não está disponível. É possível que as manobras simples (por exemplo, respiração profunda, cuff coxa, sit-to-stand) e / ou mais gravações de descanso duração pode resultar em relação pressão-fluxo que pode ser processado para obter auto-regulação cerebral comparável ao OLBNP dados. No entanto, a determinação laboratorial de diferentes sistemas de regulamentação e sua contribuição para as não-linearidades de auto-regulação poderia fornecer uma visão única de controle cerebrovascular, e permitir diagnosis de alterações fisiopatológicas em auto-regulação cerebral (por exemplo, após a lesão cerebral traumática).
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 |