اقتران نيوروفاسكولار الهيكل العظمى والعضلات والقدرات الأكسدة والدالة ميكروفاسكولار مع 'واحد وقف متجر' القريبة من الأشعة تحت الحمراء الطيفي
Summary
هنا، يمكننا وصف نهج بسيط وغير الغازية استخدام القريبة من الأشعة تحت الحمراء الطيفي لتقييم شظوي رد الفعل واقتران neurovascular والهيكل العظمى والعضلات الأكسدة القدرة في زيارة عيادة أو معمل واحد.
Abstract
وتمثل ممارسة إجهاد الفسيولوجية رئيسية التي تتطلب استجابة neurovascular درجة عالية من تنسيق من أجل مطابقة إيصال الأوكسجين إلى الطلب الأيضية. شظوي رد الفعل (ردا على فترة وجيزة من الاسكيمية الأنسجة) توقع مستقل من الأحداث القلب والأوعية الدموية ويقدم نظرة ثاقبة هامة في صحة الأوعية الدموية والقدرة فاسوديلاتوري. الهيكل العظمى والعضلات الأكسدة القدرة نفس القدر من الأهمية في الصحة والمرض، كما أنه يحدد إمدادات الطاقة للعمليات ميوسيلولار. هنا، يمكننا وصف نهج بسيط وغير الغازية باستخدام التحليل الطيفي القريبة من الأشعة تحت الحمراء لتقييم كل من هذه النهاية السريرية الرئيسية (الاحتقان القائم على رد الفعل واقتران neurovascular قدرة العضلات الأكسدة) خلال زيارة عيادة أو معمل واحد. على عكس دوبلر بالموجات فوق الصوتية، وصور الرنين المغناطيسي/التحليل الطيفي، أو قياسات التدفق المستندة إلى القسطرة الغازية أو الخزعات العضلية، نهجنا أقل تتوقف على المشغل ومنخفضة التكلفة، وغير الغازية تماما. وتوضح بيانات تمثيلية من مختبر لدينا جنبا إلى جنب مع بيانات موجزة من الكتابات المنشورة سابقا الأداة المساعدة لكل من هذه اندبوينتس. متى يتقن هذا الأسلوب، سيوفر التطبيق للسكان السريرية ثاقبة آليا إلى أهمية ممارسة التعصب والخلل في القلب والأوعية الدموية.
Introduction
رد هايبريميك لفترة وجيزة من الأنسجة الاسكيمية برز كتدبير غير الغازية رئيسية لوظيفة الأوعية الدموية (الصغرى). خلال انسداد الشريان قناة، تمدد الشرايين المصب في محاولة لإزاحة إهانة الدماغية. عند الإفراج عنهم للانسداد، يؤدي انخفاض المقاومة الوعائية شظوي، ضخامة التي تمليها قدرة المرء على تمدد ميكروفاسكولاتوري المتلقين للمعلومات. في حين رد الفعل شظوي مؤشرا مستقلة قوية لإحداث القلب والأوعية الدموية1،2 ، ومن ثم نقطة هامة سريرياً، أهميته الفنية ممارسة التسامح ونوعية الحياة أقل وضوحاً.
وفي الواقع، يمثل ممارسة دينامية إجهاد القلب والأوعية الدموية رئيسية التي تتطلب استجابة neurovascular درجة عالية من تنسيق من أجل مطابقة إيصال الأوكسجين إلى الطلب الأيضية. على سبيل المثال، يمكن زيادة تدفق الدم في العضلات تقريبا معززات خلال العضلات معزولة تقلصات3، التي سوف تطغى قدرة الضخ للقلب إذا تم استقراء هذه استجابة الفسيولوجية لممارسة كامل الجسم. تبعاً لذلك، لتجنب الحاد وانخفاض ضغط الدم، تتعاطف مع (أي مضيق للأوعية) يزيد من النشاط العصبي لإعادة توزيع الناتج القلب بعيداً عن أنسجة غير نشطة والحشوي ونحو نشط الهيكل العظمى والعضلات4. تدفق متعاطفة مع موجه أيضا إلى أن الهيكل العظمى والعضلات ممارسة5؛ الإشارات الاستقلابية المحلية يخفف بيد استجابة مضيق للأوعية ضمانا للأنسجة مناسبة الأكسجين التسليم6،،من78،9،10، 11. جماعياً، يسمى سيمباثوليسيس الوظيفية12هذه العملية، ولا بد من تنظيم تدفق الدم في العضلات العادية أثناء ممارسة. نظراً لتدفق الدم في الهيكل العظمى والعضلات محدداً رئيسيا للقدرة الهوائية – توقع مستقلة لنوعية الحياة، وأمراض القلب والأوعية الدموية المراضة والوفيات13– فهم السيطرة على الهيكل العظمى والعضلات الدم والأنسجة وتدفق الأكسجين يتم التسليم خلال ممارسة أهمية سريرية كبيرة.
تسليم الأوكسجين غير سوى نصف المعادلة فيك، مع استخدام الأوكسجين تلبية النصف الآخر من المعادلة. بين ديتيرميناتيس الرئيسية لاستخدام الأوكسجين، الفسفرة المتقدرية تلعب دوراً أساسيا في تزويد الطاقة الكافية للعمليات الخلوية سواء في الراحة أو أثناء ممارسة. في الواقع، يمكن أن تحد العاهات في العضلات الأكسدة القدرة الوظيفية قدرة ونوعية الحياة14،،من1516. تدابير مختلفة تستخدم عادة لتوفير مؤشر القدرة الأكسدة العضلات، بما في ذلك الخزعات العضلية الغازية وتقنيات التحليل الطيفي (السيدة) الرنين المغناطيسي مكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً.
هنا، فإننا نقترح نهجاً جديداً، وغير الغازية، باستخدام التحليل الطيفي القريبة من الأشعة تحت الحمراء (التقارير)، لتقييم كل من هذه النهاية السريرية الرئيسية الثلاثة (شظوي رد الفعل، سيمباثوليسيس، وقدرة العضلات الأكسدة) بزيارة عيادة أو معمل واحد. المزايا الرئيسية لهذا النهج ثلاثة جوانب: أولاً، هذا الأسلوب المحمولة بسهولة وتكلفة منخفضة نسبيا، وسهلة لتنفيذ. النهج الحالية دوبلر بالموجات فوق الصوتية لقياس رد الفعل شظوي تعتمد اعتماداً كبيرا على عامل التشغيل – التي تتطلب مهارة كبيرة والتدريب – وتتطلب بيانات متطورة وعالية التكلفة، اقتناء الأجهزة وتجهيز البرامج. وعلاوة على ذلك، وهذا يمكن تصور الأخذ في عيادة و/أو تجارب سريرية كبيرة للسرير الرصد أو اختبار الفعالية العلاجية. ثانيا، وبموجب المنهجية، وهذا الأسلوب يركز تحديداً على ميكروفاسكولاتوري الهيكل العظمى والعضلات، زيادة خصوصية الأسلوب الشامل. النهج البديلة باستخدام الموجات فوق الصوتية دوبلر تركز كلياً على سفن قناة المنبع واستنتاج التغيرات المصب، الذي يمكن أن يضعف الإشارة. ثالثا، أن هذا الأسلوب تماما غير الغازية. الهيكل العظمى والعضلات الأكسدة هو تقييم قدرة تقليديا مع الغازية ويمكن تقييم الخزعات العضلية المؤلمة، وسيمباثوليسيس الفنية مع حقن الشرايين داخل سيمباثوميميتيكس وسيمباثوليتيكس. ويتجنب هذا النهج هذه الاحتياجات كلها معا.
Protocol
Representative Results
Discussion
الأساليب الموصوفة هنا تمكين التقييم السريري، وغير الغازية شظوي رد الفعل واقتران نيوروفاسكولار، والهيكل العظمى والعضلات الأكسدة القدرة في زيارة عيادة أو معمل واحد.
الاعتبارات الحاسمة
على الرغم من أن التقارير قوية وسهلة الاستخدام نسبيا، جمع ه?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل جامعة تكساس في منحة “برنامج البحوث المتعددة التخصصات في أرلينغتون”.
Materials
| Dual-channel OxiplexTS Near-infrared spectroscopy machine | Iss Medical | 101 | |
| NIRS muscle sensor | Iss Medical | 201.2 | |
| E20 Rapid cuff inflation system | Hokanson | E20 | |
| AG101 Air Source | Hokanson | AG101 | |
| Smedley Handgrip dynometer (recording) | Stolting | 56380 | |
| Powerlab 16/35, 16 Channel Recorder | ADInstruments | PL3516 | |
| Human NIBP Set | ADInstruments | ML282-SM | |
| Bio Amp | ADInstruments | FE132 | |
| Quad Bridge Amp | ADInstruments | FE224 | |
| Connex Spot Monitor | Welch Allyn | 71WX-B | |
| Origin(Pro) graphing software | OrignPro | Pro | |
| Lower body negative pressure chamber | Physiology Research Instruments | standard unit |
References
- Huang, A. L., et al. Predictive value of reactive hyperemia for cardiovascular events in patients with peripheral arterial disease undergoing vascular surgery. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 27 (10), 2113-2119 (2007).
- Suryapranata, H., et al. Predictive value of reactive hyperemic response on reperfusion on recovery of regional myocardial function after coronary angioplasty in acute myocardial infarction. Circulation. 89 (3), 1109-1117 (1994).
- Richardson, R. S., et al. High Muscle Blood-Flow in Man – Is Maximal O2 Extraction Compromised. J of Appl Physiol. 75 (4), 1911-1916 (1993).
- Clifford, P. S., Hellsten, Y. Vasodilatory mechanisms in contracting skeletal muscle. J Appl Physiol. 97 (1), 393-403 (2004).
- Hansen, J., Thomas, G. D., Jacobsen, T. N., Victor, R. G. Muscle metaboreflex triggers parallel sympathetic activation in exercising and resting human skeletal muscle. Am J Physiol. 266 (6 Pt 2), H2508-H2514 (1994).
- Thomas, G. D., Victor, R. G. Nitric oxide mediates contraction-induced attenuation of sympathetic vasoconstriction in rat skeletal muscle. J Physiol. 506 (Pt 3), 817-826 (1998).
- Hansen, J., Thomas, G. D., Harris, S. A., Parsons, W. J., Victor, R. G. Differential sympathetic neural control of oxygenation in resting and exercising human skeletal muscle. J Clin Invest. 98 (2), 584-596 (1996).
- Rosenmeier, J. B., Fritzlar, S. J., Dinenno, F. A., Joyner, M. J. Exogenous NO administration and alpha-adrenergic vasoconstriction in human limbs. J Appl Physiol. 95 (6), 2370-2374 (2003).
- Fadel, P. J., Keller, D. M., Watanabe, H., Raven, P. B., Thomas, G. D. Noninvasive assessment of sympathetic vasoconstriction in human and rodent skeletal muscle using near-infrared spectroscopy and Doppler ultrasound. J Appl Physiol. 96 (4), 1323-1330 (2004).
- Nelson, M. D., et al. PDE5 inhibition alleviates functional muscle ischemia in boys with Duchenne muscular dystrophy. Neurology. 82 (23), 2085-2091 (2014).
- Nelson, M. D., et al. Sodium nitrate alleviates functional muscle ischaemia in patients with Becker muscular dystrophy. J Physiol. 593 (23), 5183-5200 (2015).
- Remensnyder, J. P., Mitchell, J. H., Sarnoff, S. J. Functional sympatholysis during muscular activity. Observations on influence of carotid sinus on oxygen uptake. Circ Res. 11, 370-380 (1962).
- Kodama, S., et al. Cardiorespiratory fitness as a quantitative predictor of all-cause mortality and cardiovascular events in healthy men and women: A meta-analysis. JAMA. 301 (19), 2024-2035 (2009).
- Westerblad, H., Place, N., Yamada, T., Rassier, D. E. . Muscle Biophysics: From Molecules to Cells. , 279-296 (2010).
- Tyni-Lenné, R., Gordon, A., Jansson, E., Bermann, G., Sylvén, C. Skeletal muscle endurance training improves peripheral oxidative capacity, exercise tolerance, and health-related quality of life in women with chronic congestive heart failure secondary to either ischemic cardiomyopathy or idiopathic dilated cardiomyopathy. Am J of Cardiol. 80 (8), 1025-1029 (1997).
- Cabalzar, A. L., et al. Muscle function and quality of life in the Crohn’s disease. Fisioter Mov. 30, 337-345 (2017).
- Esch, B. T., Scott, J. M., Warburton, D. E. Construction of a lower body negative pressure chamber. Adv Physiol Educ. 31 (1), 76-81 (2007).
- Ryan, T. E., Southern, W. M., Reynolds, M. A., McCully, K. K. A cross-validation of near-infrared spectroscopy measurements of skeletal muscle oxidative capacity with phosphorus magnetic resonance spectroscopy. J Appl Physiol. 115 (12), 1757-1766 (2013).
- Ryan, T. E., Brophy, P., Lin, C. T., Hickner, R. C., Neufer, P. D. Assessment of in vivo skeletal muscle mitochondrial respiratory capacity in humans by near-infrared spectroscopy: a comparison with in situ measurements. J Physiol. 592 (15), 3231-3241 (2014).
- Adami, A., Rossiter, H. B. Principles, insights and potential pitfalls of the non-invasive determination of muscle oxidative capacity by near-infrared spectroscopy. J Appl Physiol. , (2017).
- Corretti, M. C., et al. Guidelines for the ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodilation of the brachial artery – A report of the International Brachial Artery Reactivity Task Force. J Am Coll Cardiol. 39 (2), 257-265 (2002).
- Thijssen, D. H., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: a methodological and physiological guideline. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 300 (1), H2-H12 (2011).
- Green, D. J., Jones, H., Thijssen, D., Cable, N. T., Atkinson, G. Flow-mediated dilation and cardiovascular event prediction: does nitric oxide matter?. Hypertension. 57 (3), 363-369 (2011).
- Southern, W. M., Ryan, T. E., Reynolds, M. A., McCully, K. Reproducibility of near-infrared spectroscopy measurements of oxidative function and postexercise recovery kinetics in the medial gastrocnemius muscle. Appl Physiol Nutr Metab. 39 (5), 521-529 (2014).
- Ryan, T. E., Erickson, M. L., Brizendine, J. T., Young, H. J., McCully, K. K. Noninvasive evaluation of skeletal muscle mitochondrial capacity with near-infrared spectroscopy: correcting for blood volume changes. J Appl Physiol. 113 (2), 175-183 (2012).
- Ryan, T. E., et al. Skeletal muscle oxidative capacity in amyotrophic lateral sclerosis. Muscle Nerve. 50 (5), 767-774 (2014).
- Mayeur, C., Campard, S., Richard, C., Teboul, J. L. Comparison of four different vascular occlusion tests for assessing reactive hyperemia using near-infrared spectroscopy. Crit Care Med. 39 (4), 695-701 (2011).
- McLay, K. M., et al. Vascular responsiveness determined by near-infrared spectroscopy measures of oxygen saturation. Exp Physiol. 101 (1), 34-40 (2016).
- McLay, K. M., Nederveen, J. P., Pogliaghi, S., Paterson, D. H., Murias, J. M. Repeatability of vascular responsiveness measures derived from near-infrared spectroscopy. Physiol Rep. 4 (9), (2016).
- Ryan, T. E., Southern, W. M., Brizendine, J. T., McCully, K. K. Activity-induced changes in skeletal muscle metabolism measured with optical spectroscopy. Med Sci Sports Exerc. 45 (12), 2346-2352 (2013).
- Southern, W. M., et al. Reduced skeletal muscle oxidative capacity and impaired training adaptations in heart failure. Physiol Rep. 3 (4), (2015).
- Ryan, T. E., Brizendine, J. T., McCully, K. K. A comparison of exercise type and intensity on the noninvasive assessment of skeletal muscle mitochondrial function using near-infrared spectroscopy. J Appl Physiol. 114 (2), 230-237 (2013).
- Adami, A., Cao, R., Porszasz, J., Casaburi, R., Rossiter, H. B. Reproducibility of NIRS assessment of muscle oxidative capacity in smokers with and without COPD. Respir Physiol Neurobiol. 235, 18-26 (2017).
- Lacroix, S., et al. Reproducibility of near-infrared spectroscopy parameters measured during brachial artery occlusion and reactive hyperemia in healthy men. J Biomed Opt. 17 (7), 077010 (2012).
- Bopp, C. M., Townsend, D. K., Warren, S., Barstow, T. J. Relationship between brachial artery blood flow and total [hemoglobin+myoglobin] during post-occlusive reactive hyperemia. Microvasc Res. 91, 37-43 (2014).
- Willingham, T. B., Southern, W. M., McCully, K. K. Measuring reactive hyperemia in the lower limb using near-infrared spectroscopy. J Biomed Opt. 21 (9), 091302 (2016).
- Kragelj, R., Jarm, T., Erjavec, T., Presern-Strukelj, M., Miklavcic, D. Parameters of postocclusive reactive hyperemia measured by near infrared spectroscopy in patients with peripheral vascular disease and in healthy volunteers. Ann Biomed Eng. 29 (4), 311-320 (2001).
- Gurley, K., Shang, Y., Yu, G. Noninvasive optical quantification of absolute blood flow, blood oxygenation, and oxygen consumption rate in exercising skeletal muscle. J Biomed Opt. 17 (7), 075010 (2012).
