Acoplamento de Neurovascular do músculo esquelético, capacidade oxidativa e função Microvascular com 'Balcão único' espectroscopia de infravermelho próximo
Summary
Aqui, descrevemos uma abordagem simples e não-invasiva usando espectroscopia de infravermelho próximo para avaliar hiperemia reativa, acoplamento neurovascular e capacidade oxidativa do músculo esquelético em uma única visita clínica ou laboratório.
Abstract
Exercício representa um grande estresse hemodinâmico que exige uma resposta altamente coordenada neurovascular para coincidir com a entrega de oxigênio a demanda metabólica. Hiperemia reativa (em resposta a um breve período de isquemia do tecido) é um preditor independente de eventos cardiovasculares e fornece dicas importantes para a saúde vascular e vasodilatador capacidade. Capacidade oxidativa do músculo esquelético é igualmente importante na saúde e na doença, como determina o fornecimento de energia para processos de myocellular. Aqui, descrevemos uma abordagem simples e não-invasiva usando espectroscopia de infravermelho próximo para avaliar cada um desses grandes clínicos pontos de extremidade (hiperemia reativa, acoplamento neurovascular e capacidade oxidativa muscular) durante uma única visita clínica ou laboratório. Ao contrário de ultra-som Doppler, imagens/espectroscopia de ressonância magnética, ou medições de fluxo baseado em cateter invasivo ou biópsias de músculo, nossa abordagem é menos operador-dependente, baixo custo e completamente não-invasivo. Dados representativos do nosso laboratório juntamente com dados de Resumo de literatura publicada anteriormente ilustram a utilidade de cada um desses pontos de extremidade. Uma vez que esta técnica é dominada, aplicativo para populações clínicas irá fornecer uma visão mecanicista importante exercício intolerância e disfunção cardiovascular.
Introduction
A resposta hiperemiada para um breve período de isquemia do tecido tem emergido como uma medida-chave não-invasiva da função vascular (micro). Durante a oclusão de uma artéria de canalização, a jusante arteríolas dilatar-se em um esforço para compensar o insulto isquêmico. Após a liberação da oclusão, a diminuição da resistência vascular resulta em hiperemia, a magnitude do que é ditada pela capacidade de dilatar a microvasculatura a jusante. Enquanto a hiperemia reativa é um forte preditor independente de eventos cardiovasculares1,2 e, portanto, um ponto de extremidade clinicamente significativo, seu significado funcional para exercer tolerância e qualidade de vida é menos claro.
Com efeito, o exercício dinâmico representa um grande estresse cardiovascular que exige uma resposta altamente coordenada neurovascular para coincidir com a entrega de oxigênio a demanda metabólica. Por exemplo, fluxo de sangue do músculo esquelético pode aumentar quase 100-fold durante o músculo isolado contrações3, que iria sobrecarregar a capacidade de bombeamento do coração se tal resposta hemodinâmica foram extrapolada para o exercício de todo o corpo. Nesse sentido, para evitar hipotensão severa, simpático (i.e., vasoconstritor) aumenta a atividade nervosa para redistribuir o débito cardíaco de tecidos inativos e viscerais e para o músculo esquelético ativo4. Efluxo simpático também é direcionado para o músculo esquelético exercício5; no entanto, sinalização metabólica local atenua a resposta vasoconstritora para assegurar adequada de tecido oxigênio entrega6,7,8,9,10, 11. coletivamente, este processo é denominado funcional sympatholysis12e é imperativo para o regulamento normal do fluxo de sangue do músculo esquelético durante o exercício. Desde que o fluxo de sangue do músculo esquelético é um determinante-chave da capacidade aeróbia — um preditor independente de qualidade de vida e doença cardiovascular morbidade e mortalidade13— noções básicas sobre o controle de oxigênio de tecido e fluxo de sangue muscular esquelético entrega durante o exercício é de grande importância clínica.
Entrega de oxigênio é apenas metade da equação de Fick, no entanto, com utilização de oxigênio satisfaça a outra metade da equação. Entre os principais determinates da utilização de oxigênio, a fosforilação oxidativa mitocondrial desempenha um papel essencial no fornecimento de energia adequada para processos celulares em repouso e durante o exercício. Com efeito, deficiências na capacidade oxidativa do músculo podem limitar funcional capacidade e qualidade de vida de14,15,16. Várias medidas são comumente usadas para fornecer um índice da capacidade oxidativa muscular, incluindo biópsias de músculo invasivo e caro e demorado de ressonância magnética espectroscopia (MRS) técnicas.
Aqui, propomos uma abordagem não-invasiva, romance, usando espectroscopia de infravermelho próximo (NIR), para avaliar cada um desses três principais clínicos pontos de extremidade (hiperemia reativa, sympatholysis e capacidade oxidativa do músculo) em uma única visita clínica ou laboratório. As principais vantagens desta abordagem são triplo: primeiro, esta técnica é facilmente transportável, custo relativamente baixo e fácil de executar. As abordagens atuais do ultra-som Doppler para medir a hiperemia reativa são altamente dependente do operador — que requer grande habilidade e treinamento — e requer software de hardware e pós-processamento de aquisição de dados sofisticados, de alto custo,. Além disso, este poderia concebivelmente ser introduzido a clínica e/ou grandes ensaios clínicos para cabeceira de monitoramento ou testes de eficácia terapêutica. Em segundo lugar, em virtude da metodologia, esta técnica incide especificamente sobre a microvasculatura do músculo esquelético, aumentando a especificidade global da técnica. Abordagens alternativas usando ultra-som Doppler concentrar inteiramente em navios de conduíte upstream e inferir alterações a jusante, que podem umedecer o sinal. Em terceiro lugar, esta técnica é completamente não-invasivo. Capacidade oxidativa do músculo esquelético é tradicionalmente avaliada com invasiva e biópsias musculares dolorosas e sympatholysis funcionais podem ser avaliadas com injeção intra-arterial de simpaticomiméticos e sympatholytic. Essa abordagem evita esses requisitos todos juntos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os métodos aqui descritos permitem avaliação não-invasiva, clínica de hiperemia reativa, acoplamento neurovascular e capacidade oxidativa do músculo esquelético em uma única visita clínica ou laboratório.
Considerações críticas
Embora NIRS é relativamente robusto e fácil de usar, recolha destes dados exige cuidadosa colocação do optodes diretamente sobre o ventre muscular, preso firmemente no lugar para evitar artefato de m…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por uma Universidade do Texas em subvenção do programa de pesquisa interdisciplinar de Arlington.
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 |
Referências
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