Laser Doppler: Et værktøj til måling af pancreas Islet mikrovaskulære hjerte In Vivo
Summary
Pancreas islet mikrovaskulære hjerte regulerer islet blod distribution og vedligeholder den fysiologiske funktion af holmen β celler. Denne protokol beskriver ved hjælp af en laser Doppler skærm til at bestemme den funktionelle status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte i vivo og at vurdere bidragene fra pancreas islet mikrocirkulationen pancreas-relaterede sygdomme.
Abstract
Som funktionelle status af mikrocirkulationen er mikrovaskulære hjerte vigtigt for levering af ilt og næringsstoffer, og fjernelse af kuldioxid og affaldsprodukter. Værdiforringelse af mikrovaskulære hjerte kan være et afgørende skridt i udviklingen af mikrocirkulationen-relaterede sygdomme. Derudover er meget vaskulariserede pancreas Holmen tilpasset til at støtte endokrine funktion. I denne henseende forekommer det muligt at udlede, at den funktionelle status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte kan påvirke pancreas islet funktion. Analysere de patologiske ændringer af den funktionelle status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte kan være en mulig strategi at bestemme bidrag at pancreas islet mikrocirkulationen gør til relaterede sygdomme som diabetes mellitus, pancreatitis, osv. Derfor, denne protokol beskriver ved hjælp af en laser Doppler blod flow skærm til at bestemme den funktionelle status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte, og at fastsætte parametre (herunder gennemsnitlige blod perfusion, amplitude, frekvens og relativ hastigheden af pancreas islet mikrovaskulære hjerte) til evaluering af microcirculatory funktionelle status. I en streptozotocin-induceret diabetisk musemodel konstaterede vi en nedsat funktionel status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte. Afslutningsvis kan denne tilgang til vurdering af pancreas islet mikrovaskulære hjerte i vivo afsløre mekanismer vedrørende pancreas islet sygdomme.
Introduction
Som en parameter i den funktionelle status af mikrocirkulationen, mikrovaskulære hjerte tager ansvar for levering og udveksling af ilt, næringsstoffer og hormoner og er afgørende for fjernelse af metaboliske produkter, såsom kuldioxid og celle affald 1. mikrovaskulære hjerte også regulerer blod flow distribution og væv perfusion, derved påvirker lokale microcirculatory blodtryk og svar til inflammation, som kan fremkalde ødem i mange sygdomme. Mikrovaskulære hjerte er derfor yderst vigtigt at opretholde den fysiologiske funktion af organer2,3,4, væv og celler, komponent. Værdiforringelse af mikrovaskulære hjerte kan være en af de vigtigste skridt i udviklingen af mikrocirkulationen-relaterede sygdomme5.
Laser Doppler blev oprindeligt udviklet til observation og kvantificering i feltet af mikrocirkulationen forskning6. Denne teknik, sammen med andre tekniske tilgange (f.eks. laser speckle7, transkutan ilt, osv.) er blevet betragtet som den gyldne standard for vurdering af blodgennemstrømningen i mikrocirkulationen. Rationalet at blod perfusion af lokale mikrocirkulationen (dvs. kapillærer, arterioler, venules, etc.) kan bestemmes ved apparatet udstyret med laser Doppler, er baseret på Doppler Skift princip. Bølgelængde og frekvens af stimuleret emission lys ændre når lys partikler støder bevægelige blodlegemer i microvessels, eller de forbliver uændrede. Derfor, i mikrocirkulationen, antallet og hastigheden af blodlegemer er de vigtigste faktorer vedrørende omfang og hyppighed distribution af Doppler-skiftet lyset, mens retningen af mikrovaskulære blodgennemstrømningen er irrelevant. Ved hjælp af forskellige metoder, en bred vifte af væv har været brugt i microcirculatory undersøgelser, herunder mesenteries og dorsal skinfold kamre af mus, rotter, hamstere, og endda mennesker8. Men i den nuværende protokol, vi fokuserer på den funktionelle status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte, som evalueres ved hjælp af laser Doppler og en hjemmelavet parameter evalueringssystem.
Pancreas islet mikrocirkulationen er hovedsageligt sammensat af pancreas Holmen microvessels og udstiller særpræg. En bugspytkirtlen islet kapillære netværk viser en fem gange højere tæthed end den kapillære netværk af dens eksokrine modstykke9. At give en kanal for levering af input glukose og udbrede insulin, levere Holmen endotelceller ilt til metabolisk aktive celler i Holmen β celler. Desuden viser nye beviser også at Holmen microvessels er involveret i reguleringen af insulin Gen-ekspression og β-celle overlevelse, men også i påvirker β-celle funktion; fremme af β-celle spredning; og producerer en række vasoaktive, angiogene stoffer og vækstfaktorer10. Derfor i denne henseende udlede vi at den funktionelle status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte kan påvirke islet β-celle funktion og blive involveret i patogenesen af sygdomme som akut/kronisk betændelse i bugspytkirtlen, diabetes og andre bugspytkirtel-relaterede sygdomme.
Analysere de patologiske ændringer af den funktionelle status af pancreas islet mikrovaskulære hjerte kan være en mulig strategi at bestemme bidrag af pancreas islet mikrocirkulationen til de sygdomme, der er nævnt ovenfor. En detaljeret, trinvis fremgangsmåde beskriver den tilgang til at bestemme i bugspytkirtlen islet mikrovaskulære hjerte i vivo give her. Typiske målinger vises derefter i Repræsentative resultater. Endelig, fordele og begrænsninger af metoden, der er fremhævet i diskussionen, sammen med yderligere programmer.
Protocol
Representative Results
Discussion
I de tilfælde, der involverer mikrovaskulære dysfunktion (f.eks. diabetes, akut pancreatitis, perifere mikrovaskulære sygdomme, osv.), føre visse sygdomme til nedsat blodgennemstrømning. Bortset fra ændringer i blodgennemstrømningen er der vigtige indikatorer, såsom mikrovaskulære hjerte, der afspejler den funktionelle status af mikrocirkulationen. Den specifikke indikator, mikrovaskulære hjerte, defineres normalt som svingningerne i mikrovaskulære tonen i mikrovaskulære senge. I den nuvære…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af tilskud fra Peking Union Medical College Ungdom fonden og den grundlæggende forskningsmidler til Central universiteter (Grant nr. 3332015200).
Materials
| MoorVMS-LDF2 | Moor Instruments | GI80 | PeriFlux 5000 (Perimed Inc.) can be used as an alternative apparatus to harvest data |
| MoorVMS-PC Software | Moor Instruments | GI80-1 | Software of MoorVMS-LDF2 |
| Calibration stand | Moor Instruments | GI-cal | Calibration tool |
| Calibration base | Moor Instruments | GI-cal | Calibration tool |
| Calibration flux standard | Moor Instruments | GI-cal | Calibration tool |
| One Touch UltraEasy glucometer | Johnson and Johnson | #1955685 | Confirm hyperglycemia |
| One Touch UltraEasy strips | Johnson and Johnson | #1297006 | Confirm hyperglycemia |
| Streptozotocin | Sigma-Aldrich | S0130 | Dissolve in sodium citrate buffer (pH 4.3) |
| Pentobarbital sodium | Sigma-Aldrich | P3761 | Working concentration 3 % |
| Ethanol | Sinopharm Inc. | 200121 | Working concentration 75 % |
| Sucrose | Amresco | 335 | Working concentration 10 % |
| Medical gauze | China Health Materials Co. | S-7112 | Surgical |
| Blunt-nose forceps | Shang Hai Surgical Instruments Inc. | N-551 | Surgical |
| Surgical tapes | 3M Company | 3664CU | Surgical |
| Gauze sponge | Fu Kang Sen Medical Device CO. | BB5447 | Surgical |
| Scalpel | Yu Lin Surgical Instruments Inc. | 175C | Surgical |
| Skin scissor | Carent | 255-17 | Surgical |
| Suture | Ning Bo Surgical Instruments Inc. | 3325-77 | Surgical |
| Syringe and 25-G needle | MISAWA Inc. | 3731-2011 | Scale: 1 ml |
Referências
- Aalkjaer, C., Nilsson, H. Vasomotion: cellular background for the oscillator and for the synchronization of smooth muscle cells. Br J Pharmacol. 144 (5), 605-616 (2005).
- Serne, E. H., de Jongh, R. T., Eringa, E. C., IJzerman, R. G., Stehouwer, C. D. Microvascular dysfunction: a potential pathophysiological role in the metabolic syndrome. Hypertension. 50 (1), 204-211 (2007).
- Carmines, P. K. Mechanisms of renal microvascular dysfunction in type 1 diabetes: potential contribution to end organ damage. Curr Vasc Pharmacol. 12 (6), 781-787 (2014).
- Holowatz, L. A. Human cutaneous microvascular ageing: potential insights into underlying physiological mechanisms of endothelial function and dysfunction. J Physiol. 586 (14), 3301 (2008).
- De Boer, M. P., et al. Microvascular dysfunction: a potential mechanism in the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance and hypertension. Microcirculation. 19 (1), 5-18 (2012).
- Nilsson, G. E., Tenland, T., Oberg, P. A. Evaluation of a laser Doppler flowmeter for measurement of tissue blood flow. IEEE Trans Biomed Eng. 27 (10), 597-604 (1980).
- Chen, D., et al. Relationship between the blood perfusion values determined by laser speckle imaging and laser Doppler imaging in normal skin and port wine stains. Photodiagnosis Photodyn Ther. 13 (1), 1-9 (2016).
- Fuchs, D., Dupon, P. P., Schaap, L. A., Draijer, R. The association between diabetes and dermal microvascular dysfunction non-invasively assessed by laser Doppler with local thermal hyperemia: a systematic review with meta-analysis. Cardiovasc Diabetol. 16 (1), 11-22 (2017).
- Yaginuma, N., Takahashi, T., Saito, K., Kyoguku, M. The microvasculature of the human pancreas and its relation to Langerhans islets and lobules. Pathol Res Pract. 181 (1), 77-84 (1986).
- Brissova, M., et al. Islet microenvironment, modulated by vascular endothelial growth factor-A signaling, promotes beta cell regeneration. Cell Metab. 19 (3), 498-511 (2014).
- de Moraes, R., Van Bavel, D., Gomes Mde, B., Tibirica, E. Effects of non-supervised low intensity aerobic excise training on the microvascular endothelial function of patients with type 1 diabetes: a non-pharmacological interventional study. BMC Cardiovasc Disord. 16 (1), 23-31 (2016).
- Humeau-Heurtier, A., Guerreschi, E., Abraham, P., Mahe, G. Relevance of laser Doppler and laser speckle techniques for assessing vascular function: state of the art and future trends. IEEE Trans Biomed Eng. 60 (3), 659-666 (2013).
- Park, H. S., Yun, H. M., Jung, I. M., Lee, T. Role of Laser Doppler for the Evaluation of Pedal Microcirculatory Function in Diabetic Neuropathy Patients. Microcirculation. 23 (1), 44-52 (2016).
- Sun, P. C., et al. Microcirculatory vasomotor changes are associated with severity of peripheral neuropathy in patients with type 2 diabetes. Diab Vasc Dis Res. 10 (3), 270-276 (2013).
- Pan, Y., et al. Effects of PEMF on microcirculation and angiogenesis in a model of acute hindlimb ischemia in diabetic rats. Bioelectromagnetics. 34 (3), 180-188 (2013).
- Jumar, A., et al. Early Signs of End-Organ Damage in Retinal Arterioles in Patients with Type 2 Diabetes Compared to Hypertensive Patients. Microcirculation. 23 (6), 447-455 (2016).
- Nguyen, H. T., et al. Retinal blood flow is increased in type 1 diabetes mellitus patients with advanced stages of retinopathy. BMC Endocr Disord. 16 (1), 25-33 (2016).
- Forst, T., et al. Retinal Microcirculation in Type 1 Diabetic Patients With and Without Peripheral Sensory Neuropathy. J Diabetes Sci Technol. 8 (2), 356-361 (2014).
- Hu, H. F., Hsiu, H., Sung, C. J., Lee, C. H. Combining laser-Doppler flowmetry measurements with spectral analysis to study different microcirculatory effects in human prediabetic and diabetic subjects. Lasers Med Sci. 31 (1), 1-8 (2016).
- Klonizakis, M., Manning, G., Lingam, K., Donnelly, R., Yeung, J. M. Effect of diabetes on the cutaneous microcirculation of the feet in patients with intermittent claudication. Clin Hemorheol Microcirc. 61 (3), 439-444 (2015).
- Khazraei, H., Shafa, M., Mirkhani, H. Effect of ranolazine on cardiac microcirculation in normal and diabetic rats. Acta Physiol Hung. 101 (3), 301-308 (2014).
- Fujita, T., et al. Increased inner ear susceptibility to noise injury in mice with streptozotocin-induced diabetes. Diabetes. 61 (11), 2980-2986 (2012).
- Wiernsperger, N., Nivoit, P., De Aguiar, L. G., Bouskela, E. Microcirculation and the metabolic syndrome. Microcirculation. 14 (4-5), 403-438 (2007).
- Chawla, L. S., et al. Vascular content, tone, integrity, and haemodynamics for guiding fluid therapy: a conceptual approach. Br J Anaesth. 113 (5), 748-755 (2014).
