Ultralyd Vurdering av endothelial-Dependent Flow vasodilasjon av brakialarterien i klinisk forskning

Summary

Endotelial dysfunksjon er assosiert med en rekke sykdomstilstander og er prediktive for uønskede kardiovaskulære hendelser hos mennesker. Strømnings vasodilasjon (FMD) er en ikke-invasiv ultralyd metode for å vurdere endotelial funksjon. Metodiske valg og operatørerfaring kan påvirke resultatene. En systematisk tilnærming til FMD i studier på mennesker er diskutert her.

Abstract

Det vaskulære endotel er et monolag av celler som dekker det indre av blodkar og gi både strukturelle og funksjonelle roller. Endotelet fungerer som en barriere, og hindrer leukocytt adhesjon og aggregering, samt å kontrollere permeabiliteten til plasmakomponenter. Funksjonelt, påvirker endotelet fartøyet tone.

Endotelial dysfunksjon er en ubalanse mellom de kjemiske stoffer som regulerer fartøy tone, thombroresistance, celleproliferasjonstest og mitose. Det er første skritt i åreforkalkning og er assosiert med koronarsykdom, perifer karsykdom, hjertesvikt, hypertensjon og hyperlipidemi.

Den første demonstrasjonen av endotelial dysfunksjon involvert direkte infusjon av acetylkolin og kvantitativ koronar angiografi. Acetylkolin bindes til muskarine reseptorer på endotelial celleoverflaten, noe som fører til en økning av intracellulært kalsium og økt nitrisk oksid (NO) produksjon. Hos personer med intakt endotelet, ble vasodilatasjon observert mens individer med Endothelskaden opplevd paradoksal vasokonstriksjon.

Det eksisterer en ikke-invasiv, in vivo metode for måling av endotelfunksjonen i perifere arterier ved hjelp av høy-oppløsning B-modus ultralyd. Den endotelfunksjon av perifere arterier er nært knyttet til koronar funksjon. Denne teknikk måler den prosentvise endring i diameter brakialarterie i løpet av en periode på reaktiv hyperemi etter iskemi i bena.

Denne teknikken, kjent som endotel-avhengige, strømnings vasodilasjon (FMD) har verdi i klinisk forskning innstillinger. Imidlertid kan en rekke fysiologiske og tekniske problemer påvirker nøyaktigheten av resultatene og egnede retningslinjer for teknikken har blitt publisert. Til tross for retningslinjene, forblir FMD tungt avhengig av operatøren og presenterer en bratt læringskurve.Denne artikkelen presenterer en standardisert metode for måling av FMD i brakialarterien på overarmen, og gir forslag til å redusere intra-operatør variabilitet.

Introduction

Den human vaskulær endotel gir strukturelle og funksjonelle roller i kroppen. I histologiske snitt, vises endotelet liten, omfattende et tynt lag av celler 1-2 mikrometer tykke sitter oppå et lag av glatte muskelceller (media), og et tykt lag av bindevev (adventitia). Sett under ett, gir endotelet et stort område for utveksling av informasjon mellom blod og vaskulær glatt muskelvev. Ved en beregning, et tverrsnittsareal på 700 m ² og en masse på 1000-1500 g i en 70 kg menneske, er sammenlignbare i massen til leveren ^1. En frisk endotel muliggjør mekanisk til kjemisk signaltransduksjon for å opprettholde homeostase av blodkaret. Endotelial dysfunksjon er en ubalanse av disse mediatorer, og det første trinnet i vaskulær sykdom, til stede før histologiske tegn på aterosklerose. En ikke-invasiv, in vivo metode for å kvantifisere den vasodilaterende funksjon av humanarterie eksisterer. Denne metoden, endotelet avhengig, flow-mediert vasodilatasjon (FMD) er mye brukt i kliniske studier.

Endotelet virker som en strukturell komponent av vaskulaturen og produserer komponenter av den ekstracellulære matrise som glykosaminoglykaner og fibronektin ^2. Langtids endringer i blodstrøm og akutt skade arterien kan føre til strukturelle endringer. Funksjonelt, vaskulære endotelceller delta i regulering av fartøy tone, inflammatoriske prosesser, antithrombosis, og antikoagulasjon. Endotelceller påvirker vasokonstriksjon gjennom endotelin mens vasodilatasjon er mediert av nitrogenoksid (NO), prostasyklin og endotelial avledet Hyperpolarizing faktor (EDHF) ^3-6.

Endotelial dysfunksjon er en nedskrivning av noen av disse meklere og det første trinnet i aterosklerose. Ikke overraskende, som en mekanisme for sykdommen, det er forbundet med en rekke klinisk viktigetilstander som koronarsykdom, høyt blodtrykk og diabetes mellitus ^7-11. Viktigere, kan endotelial dysfunksjon observeres hos personer uten diagnostisert hjerte-karsykdom og er prediktiv for fremtidige kardiovaskulære hendelser ^7,12,13. Ett mål på endotelial dysfunksjon, i kombinasjon med Framingham score, kan gi ytterligere prognostisk informasjon ovenfor enten tiltaket alene ^14.

Måler av endotelial dysfunksjon kan innebære direkte infusjon av en farmakologisk middel. Intercoronary tilførsel av acetylkolin, for eksempel kombinert med kvantitativ angiografi viser vasodilatasjon hos individer med intakt endotel. Men personer med Endothelskaden erfaring paradoksal vasokonstriksjon. ¹⁵ i perifere arterier, er infusjon av et medikament med måling av flyt av måler belastning pletysmografi mulig ^16.

Agents som direkte påvirker endotelet og lokke fram et kjemisk signal kalles endotel-avhengige vasodilatorer. Acetylcholin, for eksempel, virker på muskarine reseptorer på endotelceller, noe som fører til økt intra-cellulære kalsiumkonsentrasjon, aktivering av nitrogenoksydsyntase og vasodilatasjon. Agenter som påvirker vasodilatasjon uten involvering av endotelet kalles endotel-uavhengig agenter. Nitroglycerin, for eksempel, aktiverer oppløselig guanyl cyklase og cyklisk guanosin-3 ', – 5'-monophasphate (cGMP) som medierer vasodilatasjon i åreveggen via proteinkinaser regulerer intracellulære kalsiumkonsentrasjoner ^17.

Det er en ikke-invasiv, in vivo metode for å kvantifisere endothelial dysfunksjon introdusert av Celermajer og kollegaer kalt "flow-mediert, endotelet-avhengig vasodilatasjon" (FMD) ^18. Kort, endringer arterieblodstrøm åpent skjærspenning følsom ion chanNels i endotelet. Signalet tranduced via en andre messenger-kaskade og aktiverer endotelial nitrogenoksydsyntase (eNOS), generering av NO. Denne arten diffunderer gjennom cellemembranen til nabo glatte muskelceller (SMC). Innenfor SMC, blir signalet omformet, senking intracellulær kalsiumkonsentrasjon og påvirker vasorelaxation ^19. Diameteren av arterien lumen øker, noe som fører til en økning i blodstrøm i samsvar med den Hagen-Poiseullie ligningen. Effekten av FMD kan oppheves med administrering av en NO-syntase inhibitor slik som mono-methylarginine (L-NMMA) ^20.

Celermajer et al. Innovative arbeid har tillatt bruk av høy oppløsning B-modus ultralyd for å vurdere endringer i arterie diameter under den reaktive hyperemi som følger iskemi. I denne teknikken, hviler en pasient liggende og diameteren av arteria brachialis er målt i et langsgående plan. En blod-plare mansjett brukes til å produsere iskemi i lem. Etter frigjøring av mansjetten diameteren av arterien blir målt igjen. Den raske endringen i skjærspenning er stimulans for NO vasodilasjon. En enkel ligning beskriver endringen i diameter i forhold til diameteren basislinje (Ligning 1). En full diskusjon av parameterne i denne ligningen, hyperemia og baseline diameter, kan finnes i protokollen og resultater seksjoner.

<!–

Equation 1: Percent FMD

%FMD =

–>

I flere studier har prosent FMD blitt funnet å forutsi kardiovaskulære hendelser hos pasienter med etablert hjerte-og karsykdommer ^21-24. En korrelasjon mellom brakialarterien prosent FMD og koronar FMD ble etablert av Anderson et al., Demonertrating en kobling mellom perifere målinger og de ​​mer klinisk relevante iskemiske forandringer til hjertet ^25. FMD ikke demonstrere maksimum vasodilatasjon av fartøyet. For å evaluere denne, kan FMD følges av endotel-avhengige, nitroglycerin vasodilasjon av samme fartøy.

Det er tekniske problemer som påvirker måling av prosent FMD. Siden introduksjonen av teknikken, flere studier viste en høy grad av innen-faget og inter-operatør variasjoner ^26. Det har blitt vist at fysiologiske faktorer som røyking, antihypertensive medisiner, tid på dagen, og fastende tilstand påvirker prosent FMD. Likeledes har tekniske valg slik som posisjonen av mansjetten i forhold til stedet for måling og varigheten av okklusjon blitt vist å påvirke målingen ^27,28. Retningslinjene har blitt publisert som beskriver den nåværende konsensus og gir mulighet for standardisering av teknikk mellomlaboratorier ^19,29.

Til tross for utvikling konsensus om teknikk, forblir flow-mediert vasodilatasjon tungt avhengig av operatøren med en lang læringskurve. Corretti, for eksempel, anbefaler Utralydoperatøren komplett 100 skanninger under tilsyn av en erfaren etterforsker før opererer uavhengig. For å opprettholde et nivå av tilstrekkelig kompetanse, anbefales det teknikeren komplett 100 skanninger årlig. For etterforskere med en liten prøve befolkning og begrensede ressurser, presenterer læringskurve en etableringsbarriere. Denne artikkelen vil vise en metode for flow-mediert vasodilatasjon av brakialarterien i overarmen og tilbyr tekniske forslag for å redusere intra-operatør variabilitet.

Protocol

Følgende prosedyre, utviklet som en del av en etterforsker-initiert studie, ble gjennomgått og godkjent av University of California, ga San Francisco (UCSF) Committee on Human forskning (CHR) og alle deltakere informert samtykke. 1. Utstyr Bruk en EKG gated Image Capture system for å registrere og analysere FMD. Koble en Philips HD11 ultralyd til en stasjonær PC. Koble en videosignal fra ultralyd med en spesiell ramme-grabben kortet på PC. Relé et audiosi…

Representative Results

De viktigste variabler av strømnings vasodilasjon er vist i tabell 1. Variabel Beskrivelse Gjennomsnittlig hastighet (cm / sek) Den midlere arterielle blodhastighet i midten 50% av lumen i løpet av en hjertesyklus estimert fra Doppler-spektral-bølgeformer, er proporsjonale med blodstrømmen, og omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet (se figur …

Discussion

Endotelial dysfunksjon er en ubalanse i de kjemiske mediatorer som påvirker fartøy tone og en tidlig skritt i utviklingen av aterosklerose. Måling av reaktivitet av en arterie er en måte å vurdere tilstanden til disse kjemiske veier. Både direkte og indirekte fremgangsmåter for å vurdere reaktivitet eksisterer for de forskjellige vaskulære senger, som strekker seg fra direkte infusjon av en endotel-agonist i koronar blodsirkulasjonen til ikke-invasiv, pulsbølgeformanalyse i pekefingeren ^38..

<p …

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Philips HD 11XE ultrasound	Philips Healthcare
5-12 MHz linear array transducer	Philips Healthcare	L12-5
Ultrasound gel	Parker Laboratories
Vascular Research Tools v.5.0	Medical Imaging Applications, LLC
MIA Gating module	Medical Imaging Applications, LLC
Desktop PC	Dell, Inc
Windows XP	Microsoft, Inc
5 cm tourniquet blood pressure cuff	Hokanson	SC 5
Hand-held aneroid manometer	Welch Allyn	DS66