غسيل الكلى المجهري داخل الأدمة: نهج للتحقيق في الآليات الجديدة لضعف الأوعية الدموية الدقيقة لدى البشر
Summary
غسيل الكلى داخل الأدمة هو تقنية طفيفة التوغل تستخدم للتحقيق في وظيفة الأوعية الدموية الدقيقة في الصحة والمرض. يمكن استخدام كل من بروتوكولات الاستجابة للجرعة والتدفئة المحلية لهذه التقنية لاستكشاف آليات توسع الأوعية وتضيق الأوعية في الدورة الدموية الجلدية.
Abstract
الأوعية الدموية الجلدية هي نسيج يمكن الوصول إليه ويمكن استخدامه لتقييم وظيفة الأوعية الدموية الدقيقة في البشر. غسيل الكلى داخل الأدمة هو تقنية طفيفة التوغل تستخدم للتحقيق في آليات العضلات الملساء الوعائية والوظيفة البطانية في الدورة الدموية الجلدية. تسمح هذه التقنية بالتشريح الدوائي للفيزيولوجيا المرضية للخلل البطاني الوعائي الدقيق كما هو مفهرس بانخفاض توسع الأوعية بوساطة أكسيد النيتريك ، وهو مؤشر على خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية. في هذه التقنية ، يتم وضع مسبار غسيل الكلى الدقيق في الطبقة الجلدية من الجلد ، ويتم وضع وحدة تسخين محلية مع مسبار قياس تدفق دوبلر بالليزر فوق المسبار لقياس تدفق خلايا الدم الحمراء. يتم تثبيت درجة حرارة الجلد المحلية أو تحفيزها بتطبيق الحرارة المباشر ، ويتم استخدام العوامل الدوائية من خلال المسبار لتحفيز أو تثبيط مسارات الإشارات داخل الخلايا من أجل تحفيز توسع الأوعية أو تضيق الأوعية أو لاستجواب الآليات ذات الأهمية (العوامل المشتركة ، مضادات الأكسدة ، إلخ). يتم تحديد التوصيل الوعائي الجلدي ، ويمكن تحديد آليات الخلل البطاني في حالات المرض.
Introduction
أمراض القلب والأوعية الدموية (CVD) هي السبب الرئيسي للوفاة في الولايات المتحدة1. ارتفاع ضغط الدم (HTN) هو عامل خطر مستقل للسكتة الدماغية وأمراض القلب التاجية وفشل القلب ويقدر أنه يؤثر على ما يزيد عن ~ 50٪ من سكان الولايات المتحدة2. يمكن أن يتطور HTN كأمراض قلبية وعائية مستقلة (HTN أولية) أو نتيجة لحالة أخرى ، مثل مرض الكلى المتعدد الكيسات و / أو اضطرابات الغدد الصماء (HTN الثانوي). اتساع نطاق مسببات HTN يعقد التحقيقات في الآليات الأساسية وتلف الأعضاء النهائية التي لوحظت مع HTN. هناك حاجة إلى مناهج بحثية متنوعة وجديدة في الفيزيولوجيا المرضية لتلف الأعضاء النهائية المرتبط ب HTN.
واحدة من أولى العلامات المرضية للأمراض القلبية الوعائية هي الخلل البطاني ، كما يتميز بضعف توسع الأوعية بوساطة أكسيد النيتريك (NO)3،4،5. التمدد بوساطة التدفق هو نهج شائع يستخدم لتحديد الخلل البطاني المرتبط بالأمراض القلبية الوعائية ، ولكن الخلل البطاني في أسرة الأوعية الدموية الدقيقة يمكن أن يكون مستقلا وأوليا لشرايين القناة الكبيرة6،7،8. علاوة على ذلك ، يتم عمل الشرايين المقاومة بشكل مباشر بواسطة الأنسجة المحلية أكثر من الشرايين القناة ولديها سيطرة فورية على توصيل الدم الغني بالأكسجين. وظيفة الأوعية الدموية الدقيقة تنبئ بالبقاء على قيد الحياة الضار الخالي من الأحداث القلبية الوعائية9،10،11. الأوعية الدموية الدقيقة الجلدية هي سرير وعائي يمكن الوصول إليه ويمكن استخدامه لفحص الاستجابات لمضيق الأوعية الفسيولوجي والدوائي أو المحفزات الموسعة للأوعية. غسيل الكلى داخل الأدمة هو تقنية طفيفة التوغل ، والهدف منها هو التحقيق في آليات كل من العضلات الملساء الوعائية ووظيفة البطانة في الأوعية الدموية الدقيقة الجلدية مع التشريح الدوائي المستهدف. تتناقض هذه الطريقة مع التقنيات الأخرى ، مثل احتقان الدم التفاعلي بعد الانسداد ، والذي لا يسمح بالتشريح الدوائي ، والرحلان الشاردي ، الذي يسمح بالتسليم الدوائي ولكنه أقل دقة في آلية عمله (تمت مراجعته بدقة في مكان آخر12).
يتم استعراض الأساس المنطقي وراء تطوير واستخدام هذه التقنية على نطاق واسع في مكان آخر13. تم تطوير هذا النهج في الأصل للاستخدام في الأبحاث العصبية في القوارض ثم تم تطبيقه لأول مرة على البشر للتحقيق في الآليات الكامنة وراء توسع الأوعية النشط من وجهة نظر التنظيم الحراري. في أواخر تسعينيات القرن العشرين ، تم استخدام هذه الطريقة لفحص كل من الآليات العصبية والبطانية فيما يتعلق بالتدفئة المحلية للجلد. منذ ذلك الوقت ، تم استخدام هذه التقنية للتحقيق في عدد من آليات الإشارات العصبية الوعائية في الجلد.
باستخدام هذه التقنية ، استجوبت مجموعتنا وآخرون آليات الخلل البطاني في الأوعية الدموية الدقيقة للعديد من المجموعات السريرية ، بما في ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر ، دسليبيدميا ، والشيخوخة الأولية ، والسكري ، وأمراض الكلى المزمنة ، ومتلازمة المبيض المتعدد الكيسات ، وتسمم الحمل ، والاضطراب الاكتئابي الشديد14،15،16،17،18،19 ، وارتفاع ضغط الدم20،21، 22،23،24. على سبيل المثال ، وجدت دراسة سابقة أن النساء ذوات ضغط الدم الطبيعي اللائي لديهن تاريخ من تسمم الحمل ، والمعرضات لخطر متزايد للإصابة بالأمراض القلبية الوعائية ، قد قللن من توسع الأوعية بدون وساطة في الدورة الدموية الجلدية مقارنة بالنساء اللائي لديهن تاريخ من الحمل المعياري20. في دراسة أخرى ، أظهر البالغون الذين تم تشخيص إصابتهم ب HTN الأولي زيادة في حساسية الأنجيوتنسين II في الأوعية الدموية الدقيقة مقارنة بالضوابط الصحية21 ، وقد ثبت أن العلاج الدوائي المزمن الخافض للضغط المتبرع بالسلفهيدريل في مرضى HTN الأساسيين يقلل من ضغط الدم ويحسن كل من توسع الأوعية بوساطة كبريتيد الهيدروجينوبدون وساطة 22. وجد Wong et al.23 ضعف توسع الأوعية بوساطة حسية وبدون وساطة لدى البالغين المصابين بارتفاع ضغط الدم ، بالتزامن مع اكتشافنا لتطور الخلل البطاني مع زيادة مراحل HTN ، كما هو مصنف من قبل جمعية القلب الأمريكية لعام 2017 وإرشادات الكلية الأمريكية لأمراض القلب24.
تسمح تقنية غسيل الكلى المجهري داخل الأدمة بإجراء تحقيقات ميكانيكية خاضعة لرقابة مشددة في وظيفة الأوعية الدموية الدقيقة في الحالات الصحية والمرضية. لذلك ، تهدف هذه الورقة إلى وصف تقنية غسيل الكلى داخل الأدمة كما تطبقها مجموعتنا وغيرها. نحن بالتفصيل إجراءات كل من التحفيز الدوائي للبطانة مع أستيل كولين (ACh) لفحص العلاقة بين الجرعة والاستجابة والتحفيز الفسيولوجي لإنتاج NO الداخلي مع بروتوكول تحفيز التسخين المحلي 39 درجة مئوية أو 42 درجة مئوية. نقدم نتائج تمثيلية لكل نهج ونناقش الآثار السريرية للنتائج التي نشأت عن هذه التقنية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تقنية غسيل الكلى داخل الأدمة هي أداة متعددة الاستخدامات في أبحاث الأوعية الدموية البشرية. قد يغير المحققون البروتوكول لزيادة تنويع تطبيقاته. على سبيل المثال ، وصفنا بروتوكول الاستجابة لجرعة ACh ، لكن التحقيقات الأخرى في آليات تضيق الأوعية أو النغمة الحركية الوعائية ، بدلا من توسع الأوعية …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
اي.
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 |
Riferimenti
- 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).
