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.
התהליך שבו זלוף המוחין נשמר קבוע על פני טווח רחב של לחצים מערכתיים המכונה "autoregulation המוחי." ריסון יעיל של זרימה מפני שינויי לחץ מתרחש על פני תקופות קצרות ככל ~ 15 שניות והופך בהדרגה גדולה יותר על פני תקופות זמן ארוכות יותר. לפיכך, שינויים איטיים יותר בלחץ דם ביעילות הקהו ושינויים או תנודות מהירים יותר לעבור לזרימת דם במוח מושפע יחסית. הקושי העיקרי באפיון התלות בתדר של autoregulation המוחי הוא חוסר תנודות ספונטניות בולטות בלחץ דם סביב התדרים של עניין (פחות מ ~ 0.07 הרץ או ~ 15 שניות). לחץ הגוף תחתון oscillatory שלילית (OLBNP) יכול להיות מועסק על מנת ליצור תנודות תמורת ורידים מרכזיות שתגרומנה לתנודות בלחץ דם בתדירות של OLBNP. יתר על כן, הקרנת המרדף רגרסיה (PPR) מספקת שיטה פרמטרית לcharacterizיחסי דואר קוי הגלומים במערכת ללא הנחות מראש וחושף את אי-ליניאריות האופיינית autoregulation המוחי. OLBNP מייצר תנודות גדולות יותר בלחץ דם כתדירות של תנודות בלחץ שליליות הפכה איטית יותר; עם זאת, תנודות בזרימת דם במוח הופכות בהדרגה פחותה. לפיכך, מקום מגורי הקבע תערוכות אזור autoregulatory יותר ויותר בולט בOLBNP תדרים של 0.05 הרץ ומטה (20 מחזורי שניות). מטרתה של גישה זו את זה, כדי לאפשר קביעה מבוססת מעבדה של היחסים קוי האופייניים בין לחץ וזרימה מוחית ויכול לספק גם תובנה ייחודית לשליטת כלי דם במוח משולבת כלשינויים פיסיולוגיים בסיסיים לקויה autoregulation מוחי (למשל, לאחר פגיעה מוחית טראומטית, שבץ מוחי , וכו ').
התהליך שבו מוח זלוף נשמר קבוע על פני טווח רחב של לחצים מערכתיים המכונה "autoregulation המוחי." תצפיות מקוריות של זרימת תגובות מוחיות 1 נתמך נגדית רגולציה נגד שינויים בלחץ דם שהנה בעלת חשיבות רבה להסדרה היומית של זלוף המוחין. למרות שהאפיון של autoregulation היה מבוסס על מחקרים של היפו ספג, נשלט ויתר לחץ דם, 2,3 הוא הכיר בכך ששינויים הנגרם על לחץ בהתנגדות הם "תהליך oscillatory '3 הכולל 10-90 שניות שינויים. 4 יתר על כן, ב נתונים פעימה-by-פעימה אלה שני עשורים האחרונים, מדידה של זרימת דם מוחית מהירות על פעימה-by-פעימת בסיס 5 הראה כי זרימה מוחית מוסדרת על פני תקופות קצרות ככל רק כמה פעימות לב. 6,7 מצביעות על כך שאפקטיביים ריסון של זרימה מפני שינויי לחץ מתרחש על פניתקופות קצרות ככל ~ 15 שניות וזה הופך בהדרגה גדול יותר על פני תקופות זמן ארוכות יותר. 8 לפיכך, היחס בין פונקציות לחץ וזרימה כמסנן מעביר גבוה 7,9-12 בי שינויים איטיים יותר בלחץ דם ביעילות הקהו ותנודות מהירות יותר לעבור דרך יחסית לא נפגע.
הקושי העיקרי באפיון התלות בתדר של autoregulation המוחי הוא חוסר תנודות ספונטניות בולטות בלחץ דם סביב התדרים של עניין (פחות מ ~ 0.07 הרץ או ~ 15 שניות). ללא תנודות בלחץ גדולות מספיק, לא ניתן לכמת בצורה מדויקת את זרימת דם במוח בתגובה. המעבדה שלנו התמודדה עם מגבלה זו על ידי שימוש בטכניקה המכונות לחץ oscillatory גוף תחתון שלילי (OLBNP). זה יוצר משמרות ורידי נפח דם הזנב פרופורציונליות לרמה של לחץ שלילי במכל בשל לחץ transmural ורידים מופחת. כאשר pressu השלילימחדש מיושם במרווחים קבועים, התנודות בתוצאת החזר ורידים מרכזיות בתנודות לחץ דם בתדירות של OLBNP. גישה זו נעשתה שימוש במספר מחקרים בכל מעבדות שונות. 8,14-17 זה יוצר משמרות ורידי נפח דם הזנב פרופורציונליות לרמה של לחץ שלילי במכל בשל לחץ transmural ורידים מופחת. כאשר הלחץ השלילי מיושם במרווחים קבועים, התנודות בתמורה ורידים מרכזיות לגרום לתנודות לחץ דם בתדירות של OLBNP. גישה זו נעשתה שימוש במספר מחקרים בכל מעבדות שונות. 8,15-18
אפילו עם גישה שיכולה ליצור תנודות בולטות בלחץ דם סביב התדרים של עניין, יש גורם שמסבך: יש ראיות משמעותיות של הליניאריות בautoregulation המוחי, במיוחד בתדרים הנמוכים ביותר 8 יתר על כן, אין שום מדריך תיאורטי חזק.באשר לטיבו של אי-לינאריות הנוכחית בautoregulation המוחי. לפיכך, אנו משתמשים atheoretical, שיטת הנתונים מונעים ידועה כהקרנת מרדף רגרסיה (PPR) בניתוח שלנו. 19 PPR הוא שיטה פרמטרית לאפיין יחסים קוי הגלומים במערכת ללא כל הנחות מראש באשר לאופי של אי-לינאריות אלה. זהו יתרון ברור עבור לכידת מערכת הפיסיולוגיה שעדיין אינו מוגדרת על ידי מודלים קוי מפורשים. PPR מגלה כי אי-ליניאריות האופיינית autoregulation המוחי דומה "עקומה הקלאסי autoregulatory" תואר לראשונה על ידי לאסן בשנת 1959 (איור 1). 2,19 כלומר, זרימת דם במוח נשארת קבועה יחסית בטווח מסוים של לחץ דם, אבל פסיבי עוקב באופן ליניארי מחוץ לטווח זה. צורה זו הופכת לברורה יותר כמו תנודות לחץ דם הפכו איטיות יותר. לפיכך, הניתוח ליניארי אינו מספיק כדי interroga מלאautoregulation te מוחי והסתמכות על טכניקות ליניארי סביר מתגעגעים מידע חשוב.
בפירוט שמאמר זה הגישה לשניהם רכישת נתונים (שימוש במעבדה של OLBNP) וניתוח (PPR) אנו משתמשים כדי לאפיין autoregulation המוחי בבריאות ובחוליים.
דווקא יחסי קלט-פלט מגדירים יכולים לדרוש שהקלט (במקרה, הלחץ הזה) באופן פעיל משנה על פני מגוון רחב מספיק כדי לבחון את תגובת הפלט. עם זאת, תנודות לחץ מתרחשים באופן ספונטני מאוד לא עקביות וקטנות במשרעת בתדרים של autoregulation המוחי. 27 זו הסיבה ששינויים ספונטניים בלחץ והזרימה להראות יחסים עם תקופות של מתאם גבוה ולתקופות של מתאם נמוך מאוד וכי תנודות ב זרימת דם במוח לכאורה מופיעה ללא כונן לחץ דם נראית לעין. 28 OLBNP 22 מספקת טכניקה קריטית כדי ליצור תנודות בלחץ דם עקביות של תדר ומשרעת שונים כדי להעריך את זרימת דם במוח תגובות. למרות שייתכן שיש גישות אחרות שעשויים לספק בדיקה דומה, גישה זו מאפשרת לבדיקות מחמירות של הימור היחסים תלוי משרעת frequency- ו / אולחץ Ween עורקים וזרימת דם מוחית מהירות.
המחקר קודם לחקור כלי מדידת פוטנציאל לautoregulation המוחין השתמש במודלים ליניארי של הקשר בין לחץ דם וזרימת דם במוח (למשל, ניתוח פונקצית העברה). ביחס ליניארי הדוק בין לחץ וזרימת שינויים ללא ריסון נצפה כאשר תנודות בלחץ הן מהירות יחסית, כלומר,> ~ 10 שניות. עם זאת, תנודות איטיות יותר (> ~ 20 שניות) לעורר בין לחץ והזרימה ביחס שהופך בהדרגה קשורה פחות ליניארי. 8,24 אם היחס הוא לא מאוד קשור באופן ליניארי (הנמוך R 2, לכידות בין-רפאים נמוכים) אחד לא יכול להיות כל אמון ברמת הדיוק של אמצעים ליניארי כגון רווח פונקצית העברה ושלב. חוסר היחס ליניארי מעיד על קיומו של אי-לינאריות החשובה המאפיינות autoregulation המוחי. למעשה, מעצם טבעו, autoregulatiבאינו ניתן לאפיון באמצעות גישות ליניארי; גישות ליניארי יכולות להצביע על קיומו או העדרו של autoregulation, אבל לא יכולות לתאר את מאפייניו ואת האפקטיביות שלה.
ישנן שיטות שדומות לשיטות ליניארי בפשטות שלהם, אבל שיכול להעריך יחסים קוי בין הקלט (לחץ) ותפוקה משתנה (זרימה). רגרסיה מרדף הקרנה היא פשוט שיטה פרמטרית, atheoretical, מרובה רגרסיה 29,30 שאינו מניחה מודל מראש או להניח ליניאריות בביחס קלט-הפלט. אלה הם יתרונות ברורים לאפיון מערכת כי הוא הבין באופן חלקי. עם זאת, יש לציין כי שימוש בפונקצית רכס אחד או יותר תגדיל את שונות אחוזים הסבירה אבל על חשבון טשטוש פרשנות פיזיולוגית של מערכות היחסים האופייניות. לכן, מומלצת שרגרסיה מרדף ההקרנה להיות מוגבלת רק פו רכס אחדnction. עם זאת, גישת PPR התוותה עם פונקצית רכס אחד יכולה להסביר חלק ניכר מהשונות בקשר בין לחץ דם וזרימת דם במוח ולחשוף את הקשר קוי האופייני שעולה בקנה אחד על פני אנשים.
מגבלות ושינויים אפשריים
לחץ הגוף תחתון oscillatory שלילית דורש ציוד ונהלים ספציפיים ומתבלט וכך אינו מתאים להערכות מבוססות מרפאת. ייתכן שנח הקלטות של אורך מספיק יכול לספק נתונים מספיקים לניתוח מקום מגורי הקבע של autoregulation המוחי. עם זאת, העבודה קודמת הראתה כי רגרסיה מרדף השלכה של המנוחה נתונים מבצעת גרועה באופן משמעותי מניתוח נתוני OLBNP 0.03 הרץ. למרות לחץ זרימת יחסים לכמת במנוחה וב0.03 הרץ OLBNP קשורים, 19 ההתכתבות הצנועה פשוט מצביעה על כך שלחץ זרימת relationshשב"ס העריך במנוחה לא באופן מהימן משקף את אלו הנגזרים מ0.03 OLBNP הרץ. פתרון אחד יכול להיות כדי ליצור תנודות לחץ עקביות ומשרעת גדולות יותר בתוך התדרים של autoregulation באמצעות נשימה איטית ועמוקה eucapnic או תמרונים גוץ-דוכן חוזרים ונשנים. שיטות אלה הוכחו ליצור תנודות בלחץ גדולות ואמינות שיכולים לספק שינויים על פני מגוון רחב מספיק כדי להתבונן על זרימת דם מוחית תגובות. 31,32
למרות בממוצע, רגרסיה מרדף ההקרנה יכולה להסביר כמות משמעותית של הקשר בין לחץ דם וזרימת תנודות במוח, הסביר שונות עשויות להיות נמוכות בכמה מקרים (~ 6% 19). ביצועים נמוכים יכולים לנבוע, למשל, מנשימת דפוסים אם תדירות ונפח של גאות ושפל אינן בשליטה. עם זאת, לכל מבחן פיסיולוגי כמה תצפיות חריגות, וגישה זו היא לא יוצאת מן הכלל. מדידות עניות ב~ 1 של 20 תצפיות צריכות לאt לערער את התועלת הפוטנציאלית של הגישה.
יישומים עתידיים / מסקנות
לחץ זרימת היחסים האופייניים עשויים להשתנות בתנאים מסוימים pathophysiologic, כגון שבץ 33 ופגיעה מוחית טראומטית. 34 אם יחסים מדויקים יכולים להיות שנרכשו במסגרת הקלינית, רגרסיה מרדף השלכה של autoregulation המוחי עשויה להיות יישום רחב יותר ולהיות שימושיים כ כלי הערכה בי OLBNP אינו זמין. זה אפשרי, כי תמרונים פשוטים (לדוגמא, נשימה עמוקה, שרוול ירך, עמדה לשבת ל) ו / או הקלטות מנוחת משך זמן ארוכות יותר עלולים לגרום ללחץ זרימת מערכת יחסים שיכולים להיתבע לגזור autoregulation המוחי דומה לOLBNP נתונים. עם זאת, קביעת מעבדה מבוססת מערכות רגולטוריות שונות ותרומתם לאי-לינאריות של autoregulation יכולה לספק תובנה ייחודית לשליטת כלי דם במוח, ולאפשר diaגנוסיס של שינויי pathophysiological בautoregulation המוחי (למשל, לאחר פגיעה מוחית טראומטית).
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 |