Skelettmuskulatur neurovaskuläre Kopplung, Oxidative Kapazität und mikrovaskuläre Funktion mit "One Stop Shop" Nah-Infrarot-Spektroskopie
Summary
Hier beschreiben wir eine einfache, nicht-invasive Ansatz mit Nah-Infrarot-Spektroskopie, um reaktiven Hyperämie, neurovaskuläre Kopplung und oxidative Kapazität der Skelettmuskulatur in einem einzigen Besuch der Klinik oder im Labor zu beurteilen.
Abstract
Übung stellt eine große hämodynamische Belastung, die eine hochgradig koordinierten neurovaskuläre Reaktion verlangt, um die Sauerstoffzufuhr zu metabolische Nachfrage zu entsprechen. Reaktive Hyperämie (in Erwiderung auf einen kurzen Zeitraum von Gewebe Ischämie) ist ein unabhängiger Prädiktor für kardiovaskuläre Ereignisse und wichtige Einblicke in Kreislauf-Gesundheit und gefäßerweiternde Kapazität. Oxidative Kapazität der Skelettmuskulatur ist ebenso wichtig für die Gesundheit und Krankheit, da sie die Energieversorgung für Myocellular Prozesse bestimmt. Hier beschreiben wir eine einfache, nicht-invasive Ansatz mit Nah-Infrarot-Spektroskopie um zu jeder dieser großen klinischen Endpunkte (reaktive Hyperämie, neurovaskuläre Kopplung und Muskel oxidative Kapazität) bei einem einzigen Besuch der Klinik oder im Labor zu beurteilen. Unser Ansatz ist anders als Doppler-Ultraschall, Magnet-Resonanz-Bilder/Spektroskopie, oder invasive Katheter-basierten Durchflussmessungen oder Muskel Biopsien weniger Betreiber abhängig, Low-Cost und völlig nicht-invasiv. Repräsentative Daten aus unserem Labor zusammen mit Zusammenfassung der Daten aus der bisher veröffentlichten Literatur illustrieren das Dienstprogramm eines jeden dieser Endpunkte. Sobald diese Technik beherrscht wird, wird Anwendung in klinischen Populationen wichtig mechanistischen Übungsintoleranz und kardiovaskuläre Dysfunktion Einblick in.
Introduction
Die Schleimhauthyperämie Antwort auf einen kurzen Zeitraum von Gewebe Ischämie ist als eine nicht-invasive Schlüsselmaßnahme der Gefäßfunktion (Mikro) aufgetaucht. Während der Verschluss einer Arterie Conduit erweitern nachgelagerte Arteriolen in dem Bemühen, die ischämische Beleidigung ausgeglichen. Nach Freigabe der Okklusion führt die verminderte Gefäßwiderstand Hyperämie, das Ausmaß der von der Fähigkeit der nachgelagerten Microvasculature erweitern diktiert wird. Reaktiven Hyperämie ein starker unabhängiger Prädiktor der kardiovaskulären Ereignisse1,2 und daher eine klinisch signifikante Endpunkt ist, zwar seine funktionelle Bedeutung, Toleranz und Lebensqualität auszuüben ist weniger klar.
Dynamische Übung stellt eine große Herz-Kreislauf-Belastung, die eine hochgradig koordinierten neurovaskuläre Reaktion verlangt, um die Sauerstoffzufuhr zu metabolische Nachfrage zu entsprechen. Durchblutung der Skelettmuskulatur kann beispielsweise fast 100fach während isolierten Muskel Kontraktionen3, erhöhen die Pumpleistung des Herzens überfordern würde, wenn eine hämodynamische Antwort auf Ganzkörper-Übung extrapoliert wurden. Dementsprechend zu vermeiden, schwere Hypotonie, sympathisch (d. h. Vasokonstriktor) Nerventätigkeit erhöht um Herzleistung vom inaktiv und viszeralen Gewebe, hin zum aktiven Skelettmuskulatur4neu zu verteilen. Sympathische Abfluss richtet sich auch an die Trainierenden Skelettmuskeln5; jedoch lokale metabolische Signalisierung dämpft die Vasokonstriktor Antwort zur Sicherstellung angemessener Gewebe Sauerstoff Lieferung6,7,8,9,10, 11. Kollektiv, dieser Prozess wird als funktionale Sympatholysis12bezeichnet und ist zwingend notwendig, um die normale Regulation des skelettartigen Muskels Blutfluss während des Trainings. Da Skelettmuskulatur Blutfluss ein Schlüsselfaktor für aerobe Kapazität ist – ein unabhängiger Prädiktor für Lebensqualität und Herz-Kreislauf-Krankheit Morbidität und Mortalität13— die Steuerung der Skelettmuskulatur Blut fließen und Gewebe Sauerstoff zu verstehen Lieferung während des Trainings ist von großer klinischer Bedeutung.
Sauerstoffzufuhr ist nur die Hälfte der Fick’schen Gleichung, jedoch mit Sauerstoffverwertung, die andere Hälfte der Gleichung zu befriedigen. Unter der großen bestimmt der Sauerstoffverwertung, Mitochondrien Oxidative Phosphorylierung spielt eine wesentliche Rolle bei der Versorgung ausreichend Energie für zelluläre Prozesse sowohl in Ruhe als auch während des Trainings. In der Tat können Beeinträchtigungen der Muskel oxidative Kapazität funktionale Kapazität und Qualität des Lebens14,15,16beschränken. Verschiedene Maßnahmen werden häufig verwendet, um einen Index der Muskel oxidative Kapazität, einschließlich invasiver Muskel Biopsien und teure und zeitaufwendige Magnet-Resonanz-Spektroskopie (MRS) Techniken zur Verfügung zu stellen.
Hier schlagen wir einen neuartige, nicht-invasive Ansatz mit Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS), um jede dieser drei großen klinischen Endpunkte (reaktive Hyperämie, Sympatholysis und Muskel oxidative Kapazität) in einem einzigen Besuch der Klinik oder im Labor zu beurteilen. Die wichtigsten Vorteile dieses Ansatzes sind dreifach: Erstens, diese Technik ist leicht zu transportieren, relativ kostengünstig und einfach durchzuführen. Doppler-Ultraschall-Ansätze zur Messung der reaktiven Hyperämie hoch Betreiber abhängig sind – erfordert umfangreiche Geschick und Training – und anspruchsvolle, kostenintensiven, Hardware und Post-Processing Datenerfassungssoftware erfordern. Darüber hinaus könnte dies unter Umständen in die Klinik und/oder großen klinischen Studien für Krankenbett Überwachung oder Prüfung der therapeutischen Wirksamkeit eingeführt werden. Zweitens durch die Methodik dieser Technik konzentriert sich speziell auf die Skelettmuskulatur Microvasculature, erhöht die allgemeine Besonderheiten der Technik. Alternative Ansätze mit Doppler-Ultraschall konzentrieren sich auf vorgelagerten Conduit Schiffe und schließen Änderungen flussabwärts, die das Signal dämpfen können. Drittens ist diese Technik völlig nicht-invasiv. Oxidative Kapazität der Skelettmuskulatur wird traditionell mit invasiven bewertet und schmerzhaften Muskel Biopsien und funktionelle Sympatholysis mit intra-arterielle Injektion von Sympathomimetika und Sympatholytics beurteilt werden kann. Dieser Ansatz vermeidet diese Anforderungen alle zusammen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier beschriebenen Methoden ermöglichen, nicht-invasive, klinische Bewertung der reaktiven Hyperämie, neurovaskuläre Kopplung und oxidative Kapazität der Skelettmuskulatur in einem einzigen Besuch der Klinik oder im Labor.
Kritische Überlegungen
Obwohl NIRS relativ robust und einfach zu bedienen, Sammlung dieser Daten ist erfordern Sie eine sorgfältige Platzierung der Optodes direkt über den Bauch Muskel fest an Ihrem Platz zu ve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch eine Universität von Texas in Arlington interdisziplinären Forschungsprogramm Zuschuss unterstützt.
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 |
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