Методологический подход неинвазивных оценок функции сосудов и морфологии

Published: February 7, 2015 doi: 10.3791/52339

¹School of Sport, Health and Exercise Sciences, Bangor University, ²Department of Rheumatology, Dudley Group of Hospitals NHS Trust, Russells Hall Hospital, ³Arthritis Research UK Epidemiology Unit, University of Manchester

Introduction

Эндотелий является внутренний подкладка сосудистой и участвует в поддержании сосудистого гомеостаза путем регуляции множества процессов вазоактивных. Нарушение этих процессов может предрасполагать судно к атеросклерозу и увеличивают риск сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) ^1. Периферийные функции эндотелия является хорошим показателем начала аномалий в сосудистой стенке ^2. Кроме того, показатели периферической эндотелиальной функции, как было показано, чтобы отразить коронарной эндотелиальной функции ^3-5, и, таким образом, рассматриваются как хорошие предикторы сердечно-сосудистых заболеваний ^6-9. Это, пожалуй, неудивительно, учитывая, что атеросклероз теперь широко оценили быть системная болезнь ^10. Оценка периферической эндотелиальной функции, как правило, количественно сосудорасширяющий ответ судна к конкретному стимула, с ослаблением медлительности ответ ориентировочной эндотелиальнойдисфункция ^11, и может быть измерена в различных сосудистых бассейнах. Оценки перспективных структурных изменений в сосуде можно охарактеризовать с помощью ультразвукового обследования толщины интима-медиа.

В микроциркуляции, лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) и лазерной допплерографии (МИГ) с ионофореза агонистов сосудорасширяющих могут предоставить полезную информацию о микрососудов перфузии ^12. Оба метода измерения доплеровского сдвига, созданный рассеянного света от движущихся красных кровяных телец. Перфузии представлена в виде потока крови, а не кровотока (мл / мин), с потоком крови, отражающего среднюю скорость красный и концентрации клеток в крови. Измерение потока крови линейно связан с потоком текущая крови ^13. Оценка ЛДИ предлагает значительные преимущества по сравнению с LDF, потому что в отличие от LDF, ЛДИ может сканировать на обширной территории, таким образом, составляет неоднородности потока крови кожи и повышения воспроизводимости метода12.

Стимулом для увеличения потока крови во время ЛДИ предоставляются путем ионофореза агонистов сосудорасширяющие ацетилхолина (АХ) и нитропруссид натрия (SNP), с которой проводится оценка эндотелий-зависимой и эндотелий-независимой функции, соответственно, в кожу с помощью слабого электрического тока ^14. После того, как через кожу, АХ связывается с эндотелиальных клеток мускариновые рецепторы рилизинг оксида вазодилататор азота (NO). Использование SNP непосредственно активирует плавные рецепторы мышечных клеток, чтобы обеспечить максимальную расширения сосудов судна и экспертизы целостности гладкой мускулатуры ^15. Существует некоторая неопределенность на нет, идет ли АЧ-опосредованной дилатации НЕТ вообще, как АЧ может стимулировать не-нет пути, такие как cycloxygenase-опосредованной путей ^12. Тем не менее, мы уже ранее сообщали, что АХ и SNP ответы обесценились в популяции пациентов с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний ¹⁶ и что вмешательство упражнения как известно, не для улучшения НЕТ Bioactivity также улучшить поток АЧ-опосредованной крови с помощью LDI ^17. Транспортное средство для перевозки агентов в микрососудах кожи часто включают хлорид натрия или деионизированной воды ^18,19. Microvascular функции эндотелия может быть количественно, используя различные подходы, с кожным сосудистой проводимости - продукт потока, деленной на артериального давления, используемые в исследованиях, в которых артериальное давление может меняться в течение всего исследования (то есть, во время тренировки или антигипертензивного лечения) ^12. Другим часто используемым Количественное определение для вычисления площади под кривой потока крови или выразить процентное увеличение потока по сравнению с исходным. Важно отметить, что нет никаких установленных руководящих принципов для представления данных, но следователи должны использовать подход, который показывает хорошую воспроизводимость.

В крупных сосудов, поток-опосредованной дилатации (FMD) и глицерина-тринитрат опосредованной дилатации (GTN) выполняются для ословс эндотелий-зависимой и эндотелий-независимую функцию соответственно ^20. Ящура, как правило, проводят в плечевой артерии, где манжета используется для окклюзии артериального кровотока в течение 5 мин; выпуск манжеты вызывает внезапное увеличение кровотока (реактивной гиперемии) через плечевой артерии в результате сдвиговых напряжений опосредованной дилатации сосуда. Базовый и диаметр после манжета релиз количественно с помощью ультразвукового изображения судна с последующими оценками диаметра сосуда производится вручную ²⁰ или с помощью автоматической край программного обеспечения для обнаружения ^21,22. Использование GTN помогает определить, если аномалии в вазодилатации являются из-за потери целостности в гладкой мышечной клетки, или нарушенной выпуска NO из эндотелиальных клеток ^23. Ящур и GTN выражены в виде процентного увеличения после стимул диаметра сосуда по отношению к базовому диаметру.

Правильная оценка ящура требуется рядважные соображения в протоколе исследования ^24,25. Продолжительность манжеты окклюзии должны быть тщательно истекло; 5 мин манжеты окклюзии является достаточным для NO-опосредованной дилатации дольше манжеты окклюзии приводит к не-NO опосредованной дилатации ^26. Кроме того, размещение окклюдируя манжеты вокруг запястья и дистального от ультразвукового зонда преимущественно не вызывает NO-опосредованной дилатации, в то время как манжеты размещение на плече и вблизи зонда лишь частично нет стимулирует № ^27. Важно также, чтобы измерить пиковую дилатацию следующий манжеты дефляции в течение длительного периода времени, так как измерения пиковой диаметра в пределах первого 60 сек следующей манжеты дефляцию нельзя недооценивать FMD 25 - 40% ^28. В самом деле, в течение 180 сек, вероятно, будет достаточно захватить истинную пиковую диаметр, при этом большинство пиковые значения происходит в первые 120 сек ^28.

Стимулом для ящура привлекатьх годов производство напряжения сдвига, который активирует специфические эндотелиальные рецепторы выпустить не ^29. Тем не менее, напряжение сдвига может также активировать несколько других вазоактивных факторов (некоторые из которых могут вызвать сужение кровеносных сосудов) ^30, что делает необходимым, чтобы вызвали напряжение сдвига стимул отражает расширение сосудов от NO дорожками ^26. Важно также, чтобы учесть сдвига стимул напряжений во ящура, с расчетом скорости сдвига (скорость / диаметр), служащего в качестве адекватной мерой напряжения сдвига, но не обязательно отражает пиковый поток ^31. Последние физиологические рекомендации предполагают, что сдвиг профиль напряжений всегда должен быть охарактеризована, когда ультразвуковые системы позволяют одновременно измерять скорости распространения пульсовой волны и визуализации активного B-режиме в дуплексном режиме ^25.

Оценка сонных артерий с помощью ультразвука B-режима может предоставить информацию о сонной толщины интима-медиа (CIMT), и был первым describред в 1986 году с орешками пинии и коллег ^32. Оценка CIMT отражает пролиферацию клеток гладких мышц в интиму сосуда и является полезным показателем клинических событий в начале атеросклероза ^33. Сонной ультразвук может часто предсказывать артериальной структура лучше, чем аналогичные методы (например, магнитно-резонансной томографии или рентгенологических оценок) ^34. Кроме того, CIMT ассоциируется с рядом классических факторов риска ССЗ, включая старения, гипертонии и дислипидемии ^35. Изменения в стенках сонной артерии, как правило, инициируется снижение биодоступности NO, который способствует воспаления в сосуде ^36. Общей сонной артерии, внутренней сонной артерии и сонной точки бифуркации может быть использована для определения CIMT, так как каждый сайт может так же прогнозировать сердечно-сосудистых событий ^37.

В настоящем рукописи, мы предоставляем подробную методологию оценки microvasculaФункция г эндотелия (МИГ с ионофореза), большой функции судно эндотелия (FMD и GTN) и сосудистой морфология (CIMT). Атеросклероз является многоступенчатый процесс, который начинается с эндотелиальной дисфункцией и заканчивается с координационными атеросклеротических поражений в крупных артериях. Доводы в пользу выбора Приведенные оценки является то, что они отражают различные этапы развития атеросклероза и помогает объяснить гетерогенной природы сосудистой ^38. Кроме того, мы уже показали, что в популяции пациентов с повышенным риском развития сердечно-сосудистых заболеваний, микрососудистых функция эндотелия является независимым от крупных сосудов эндотелиальной функции ^39, и функциональные оценки были независимы от структурных оценок сосудистой ^40. Таким образом, глобальные оценки сосудистой может помочь расшифровать различные этапы атеросклероза.

Protocol

ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол следующим директивы от Комитета Фонда Доверия Дадли Группа NHS этике исследований на человеке. Выполните все описанные методы в терморегулируемом лаборатории (21 - 22 ^{° С),} с устойчивой освещения и отсутствие шума. Спросите людей, проходящих оценку воздерживаться от еды, питья, курения и физические упражнения 12 часов до начала испытания. Удерживать вазоактивных препаратов, по крайней мере, 12 часов при необходимости.

1. Лазерная доплеровская томография с ионофорезом

Включите лазерной доплеровской Imager (МИГ) и позволяют сканер для автоматической стабилизации в течение примерно 30 мин. Запустите программу LDI и нажмите "измерение" (домашний экран в программном обеспечении, будет показан). На главном экране, выберите "IONTO протокол" на панели задач, расположенной в верхней части окна.
Вручную введите протокол (протокол, используемый в нашей лаборатории включает в себя в общей сложности 13 сбанки, с электрическим током для ионтофоретической доставки наркотиков набор из сканирования 2 для сканирования 11 при напряжении 30 мкА). Настройка проверки 1 в качестве базового сканирования с без электрического тока, а также сканировать 12 & 13, как сканирование восстановления также без каких-либо электрического тока. Нажмите OK, чтобы подтвердить настройки и вернуться на главный экран.
Спросите участников, чтобы расслабиться в полу-лежачем стуле с их предплечья отдыхая на 90 градусов удобный, надежный подушку и положите черный подложите под предплечья.
ПРИМЕЧАНИЕ: коврик помогает ограничить измерения артефактов, генерируемых фоне поверхностей, окружающих тканей. Важно, чтобы участники рычаг привязан жестко к подушке так, что нет движения и связанные с ними артефакты.
Подключение проводных пробки на противоположном конце каждой из плексигласа камеры к контроллеру для ионтофореза. Подключение камеру, содержащую дозу в 2,5 мл 1% ацетилхолина (ACh) к соединению анодной контроллера для ионтофореза, и подключить вторую камеру, содержащуюДоза 2,5 мл 1% натрия-нитропруссида (SNP) в связи катодная. Смешайте оба агента в камере с помощью 0,5% солевого раствора. Подключите две камеры на ладонной аспект правого предплечья участника, используя двусторонние клейкие прокладки.
Обложка камер от 32 мм покровные, чтобы предотвратить утечку жидкости.
Перед началом сканирования, откройте окно "Установка сканера", расположенный в левом верхнем углу главного экрана. Выберите вкладку "Видео и расстояние" и выберите функцию "Auto расстояние", чтобы измерить расстояние от головки сканера от предплечья участников.
1. После завершения измерения автоматически расстояния, выберите вкладку "отсканированное изображение 'и определить площадь, которая должна быть отсканированы, нажав на кнопку" Марка "в правом нижнем углу окна. Если необходимо, измените размер области интереса вручную, введя в размере области сканирования в "Scan Area &# 8217; раздел в верхней части окна. Убедитесь, что область интереса включает диаметр каждой из камер для ионофореза и достаточно большой, чтобы ограничить изменчивость кожного кровотока.
После завершения оценки, сохраните файл данных. Откройте файл данных с помощью программного обеспечения для анализа изображений LDI проводить измерения перфузии.
1. Нажмите на кнопку "Обзор образ», в главном окне программы, и откройте файл изображения, которое должно быть проанализированы.
2. Используйте программное обеспечение, чтобы выделить область интереса вокруг наружными диаметрами каждой камеры. Отрегулируйте область интереса, так что он подходит правильно на площади, где камеры были присутствовать. Затем нажмите будет отображаться значок "Статистика" и столбец, содержащий медиану единиц перфузии для каждой камеры. Обратите внимание на базовый перфузии блок, а также наибольший удельный перфузии от каждого из предыдущих 12 сканирований для каждой камеры.
  ПРИМЕЧАНИЕ: Этот метод анализа являетсяспецифичные для нашей лаборатории; Однако, другие методы могут быть использованы для выражения данных, полученных из проверки LDI. Для всестороннего рассмотрения, пожалуйста, обращайтесь к инструкции от Roustit и Cracowski ^12.
Для расчета процентного изменения перфузии в ответ на АХ и SNP, вычесть базовую перфузии от пика перфузии, разделить в зависимости от исходных перфузии, а затем умножить на 100.
ПРИМЕЧАНИЕ: В нашей лаборатории, изменений в перфузии по сравнению с исходным показали хороший коэффициент внутри наблюдателя вариации для АХ (7%) и SNP (6%).

2. Поток-опосредованной дилатации и нитроглицерина-опосредованной дилатации

Включите Доплера ультразвуковой машины и сетевом компьютере, содержащем анализ сосудистой изображение программного обеспечения (через).
ПРИМЕЧАНИЕ: программное обеспечение VIA захватывает изображение с камеры (с частотой 25 кадров в секунду) и предоставляет информацию о диаметра сосуда, а также качество сосудистых границ, как будет обнаружена ультразвуковой машины. Ветхий Заветее программные пакеты доступны, которые могут содержать дополнительные функции и настройки. Желательно проконсультироваться инструкции по эксплуатации для конкретного программного обеспечения.
Спросите участников, чтобы расслабиться в полу-лежачем кресло и положите свои руки на удобную подушку, чтобы их стороне, но уровень с сердцем. Поставьте манжету для измерения кровяного давления на запястье участника.
ПРИМЕЧАНИЕ: пациент должен быть предложено, чтобы держать их за руку, еще насколько возможно, чтобы предотвратить артефакты движения во время измерения.
Закрепить линейный датчик массива из ультразвуковой машины в стереотаксической зажим, и затянуть хомут с помощью wingnuts таким образом, что ультразвуковой преобразователь остается в фиксированном положении.
ПРИМЕЧАНИЕ: зажим будет гарантировать, что ультразвуковой преобразователь будет оставаться стабильной раз расположен кровеносный сосуд.
На ультразвуковой машины, выделите в «меню» и установите частоту сканирования на частоте 5 МГц и оптимизировать глубину (рекомендуемое значение глубина3,5 см) и установки усиления на ультразвуковой машины. Отрегулируйте настройки усиления, чтобы обеспечить, что есть симметричный яркость для ближнего и дальнего стенке сосуда.
Использование линейный датчик массива, найдите плечевой артерии, которая обычно находится в 2-10 см выше локтевой ямка в продольном плоскости сканирования. Внесите коррективы, чтобы уточнить качество изображения на данном этапе. Чтобы определить артерию, включите цветового допплеровского чтобы помочь показать кровоток пульсирующего артериального и отличить его от постоянного венозного кровотока. Просмотр плечевой артерии поперек экрана по горизонтали; он должен появиться в виде двух твердых параллельных линий, разделенных на открытое место между строк, который представляет собой просвет сосуда.
Чтобы программного обеспечения через автоматическую запись диаметр сосуда, используйте курсор, чтобы отметить заданной области, представляющие интерес для обнаружения и отслеживания передней и задней стенок артерии.
ПРИМЕЧАНИЕ: размер области интересов может бытьувеличивается или уменьшается с помощью 'X' и 'Y' кнопки, расположенные на главном экране программного обеспечения.
Нажмите кнопку «Пуск» на программное обеспечение через и изображения сердца в течение 2 мин. После этого нажмите кнопку 'Накачайте "на программное обеспечение через и одновременно манжету кровяного давления, расположенных вокруг запястья, чтобы suprasystolic давления (обычно выше 220 мм рт.ст.) в течение 5 мин.
ПРИМЕЧАНИЕ: Цель запястья манжеты для закупоривания кровотока в руке.
Через 5 мин выкачать манжету, чтобы вызвать реактивную гиперемию, которые, в здоровом сосуде, не будет стимулировать NO-опосредованной вазодилатации.
ПРИМЕЧАНИЕ: Пик расширение может происходить до 180 сек следующий манжеты дефляции, поэтому желательно, чтобы продолжить запись диаметры сосудов в течение 3 мин после манжеты-релизе.
После 10-минутного периода покоя, вновь обнаружить плечевой артерии с помощью линейного датчика массива и записать 2 мин чтение базового диаметра таким же образом,как на стадии 2.7.
Затем попросить участников разместить 500 мкг сублингвально глицерил-тринитрат (GTN) Таблетка под их языком и продолжают измерения диаметра плечевой артерии в течение еще 5 мин. По истечении этого срока, попросите участников снять нитроглицерина таблетку и следить за участника, чтобы убедиться, что они не испытывают каких-либо побочных эффектов на препарат.
Выполняйте все анализ данных в автономном режиме. Двадцать пять точек данных доступны для каждой секунды оценки; свернуть эти данные в одну секунду эпох в Microsoft Excel. Экспорт данных в цифровой пакет анализа сигналов и фильтр с 3 сек фильтра скользящего среднего.
Установления базовых диаметр от 120 сек данных до манжеты инфляции. Осмотрите базовой регион и исключить артефакты. Нормальное оставшиеся базовые регионы для получения базового диаметра.
Для анализа потока опосредованного расширение (FMD), использовать программное обеспечение для автоматического сканирования пост cuff-дефляция область для максимальной дилатации и используйте кнопки курсора, чтобы отметить этот пик для визуального осмотра. Если пик был ошибочно, используйте курсор, чтобы выбрать более ограниченном область, в рамках которой этот пик может быть идентифицирован. Запишите максимальное значение, как пик диаметре.
Для данных GTN, принять идентичную процедуру, которая используется с ящуром, кроме поиска пика расширения в регионе после 5 мин введения препарата.
Для расчета по ящуру% и нитроглицерина%, вычесть базовую диаметр от пика диаметром, разделить в зависимости от исходного диаметра, а затем умножить на 100.
ПРИМЕЧАНИЕ: В нашей лаборатории, коэффициент внутри наблюдатель вариации составляет 11% по ящуру, и 12% для GTN.

3. Сонные интима-медиа Толщина

Спросите участника удобно лежать на кровати, и положите подушку под голову, чтобы оказать поддержку шеи.
Подключите электрокардиограмму (ЭКГ) приводит к допплерографии, а затем прикрепить их на рatient конечности. Требуется только основной кривой ЭКГ, так поместить соответствующие выводы на левой и правой руках, а на левой лодыжке.
Подготовьте машину ультразвука, прокручивая меню '' и установка частоты сканирования на частоте 10 МГц и оптимизации глубины (рекомендуемое значение глубина 3 - 4 см) и получить настройки. Отрегулируйте настройки усиления, чтобы обеспечить, что есть симметричный яркость для ближнего и дальнего стенке сосуда.
Спросите участников, чтобы наклонить голову немного влево, и используя линейный датчик массива, сканирование правой сонной артерии вдоль всех его разделов (общие, внутренние и внешние сонной артерии), используя продольную плоскость сканирования, чтобы определить наличие каких-либо бляшек. Сохранение изображений, которые отображают каких-либо доказательств бляшки. Чтобы определить артерию, искать точки бифуркации в сосуде, так как это показывает общую сонную артерию бифурцирующего во внутренние и внешние сонных артерий.
Для измерения уроF сонной толщина комплекса интима-медиа (CIMT), достичь по крайней мере 3 изображений участка общей сонной артерии, которая свободна от налета, а 1 см проксимальнее сонной луковицы. Достичь все изображения на пике R волны на ЭКГ, так как это соответствует желудочковой диастолы и точка, в которой судно находится под наименьшим количеством напряжения сдвига.
Повторите этапы 3,4 и 3,5 в левой сонной артерии. Попросите участников, чтобы наклонить голову немного вправо для этого измерения.
Для оказания помощи в достижении четкого изображения ближних и дальних стен, тщательно управлять ультразвуковой зонд в процессе оценки, чтобы обеспечить судно перпендикулярно к ультразвуковому лучу. Достижения этой тонко изменении угла наклона и поворота датчика вместе с незначительными изменениями в давлению на угол проксимального к-дистальной (движение пятки на носок) зонда.
Провести анализ изображений оффлайн, используя программное обеспечение артерии измерения (AMS) для обнаружения сосудов БоунДары по линиям с орешками пинии. Загрузите изображение, которые будут проанализированы, а затем с помощью курсора, создать интересующую область в секции судна, свободной от налета. Нажмите кнопку "обнаружить" на программное обеспечение и записать отображаемые на экране для CIMT и диаметра просвета значения.
ПРИМЕЧАНИЕ: точные показания можно получить только от дальней стены, так что игнорировать показания ближайшем стене.
Возьмем три измерения для каждой стороны, а затем в среднем это, чтобы дать среднее CIMT для правой и левой сонной артерии в отдельности. Кроме того усреднить CIMT с обеих сторон, чтобы получить общую CIMT.
ПРИМЕЧАНИЕ: коэффициент внутри наблюдатель вариации для этой техники в нашей лаборатории составляет 9%.
Выполните измерение любого зубного налета с помощью того же программного обеспечения вручную нанесения разметки налет с помощью курсора. Нажмите на кнопку "классифицировать" на AMS для автоматического расчета эхогенность налета и класса в соответствии с его восприимчивости для разрыва. Нажмитев окне "бляшек Характеристики", чтобы увидеть эту информацию.

Representative Results

Лазерная допплеровская томография с ионофорезом

Медианный поток крови единиц следующие лазерной допплерографии сканирование от здорового среднего возраста женщина бесплатно от ССЗ показаны на рисунке 1. Был отмечен рост средней потока крови и для АХ и SNP. Базовый поток крови был 48 перфузионные блоки для АХ, и 67 перфузионные блоки для SNP. Поток Пик крови в ответ на АХ 455 перфузии единиц, а для SNP 446 перфузии единиц. Это дало в 831% и 566% -ное увеличение перфузии (по сравнению с исходным) для АХ и SNP соответственно. Значения приведены только высоко зависит от оборудования, используемого для изучения потока крови кожи вместе с факторами окружающей среды.

Поток-опосредованной дилатации и нитроглицерина-опосредованной дилатации

Рисунок 2 показывает исходные и пиковые диаметры ящура и оценки GTN от здорового молодого мужчины свободны от сердечно-сосудистых заболеваний.базовый диаметр плечевой артерии составила 3,0 мм для ящура и GTN оценок. Пик диаметр в тесте ящура была 3,3 мм, в то время как для оценки ГСПС было 3,9 мм, что соответствует увеличению тока крови 10 и 30%, соответственно, по сравнению с исходным уровнем.

Сонных интима-медиа толщины

Рисунок 3 показывает левую сонную артерию здорового человека. Расчет значений CIMT осуществляется с помощью автоматизированного программного обеспечения края обнаружения. CIMT в дальней стене была 0.83mm и диаметр просвета сосуда был 7.71mm. Результаты для правой сонной артерии в той же особи были 0.87mm для CIMT и 7.80 мм для диаметра просвета. При усреднении показаний с обеих сторон, CIMT был 0.85mm, и диаметр просвета 7.76mm.

Рисунок 1. ChanГЭС в потоке крови в ответ на лазерной доплеровской визуализации с ионофореза. После завершения базовое сканирование для измерения базового потока крови, 10 сканирует (SCAN 1 до 10) с ионофореза ацетилхолина и SNP с использованием 30 мкА электрический ток проводились. После ионофореза, были выполнены 2 восстановления сканирует. АХ = ацетилхолин; SNP = нитропруссид натрия.

Фиг.2
Рисунок 2. Поток-опосредованной и глицерилтринитрат-опосредованной дилатации. График показывает диаметр исходных условий и четкое увеличение пиковой диаметров после нанесения потока опосредованного и нитроглицерина-опосредованной дилатации раздражителей. FMD = расход опосредованной дилатации; GTN = глицерилтринитрата-опосредованной дилатации.

Рисунок 3. Ультразвуковое сканирование сонной артерии. Ультразвуковое сканирование левой сонной артерии показано с интересующей нас области размещены 1 см от сонной луковицы (точка бифуркации). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры ,

Discussion

Настоящее рукопись подробно методику нескольких различных оценок сосудистой функции и морфологии, которые могут быть выполнены в периферийной сосудистой. Каждая оценка предоставляет информацию о различных этапах развития атеросклероза, а также помогают характеризовать сосудистый профиль, различных сосудистых территорий.

Ранее мы уже сообщали, что микрососудов функции эндотелия является независимым от крупных функции судно эндотелия в популяции пациентов с ревматоидным артритом с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний ^39. Кроме того, оценки сосудистой функции и морфологии также независимыми друг от друга в той же группе пациентов и у больных с сердечно-сосудистых заболеваний ^40,41. Эти данные могут быть объяснены гетерогенностью функции и структуры эндотелиальных клеток в различных сосудистых территорий ^38, а также в качестве возможного промежутка времени для прогрессирования функциональных изменений морфологическихОтклонения в сосуде. Исследование Хашимото и коллеги ⁴² показали, что несколько участников с атеросклерозом уменьшилось значения ящура, но нормальные значения CIMT. Эти данные свидетельствуют о том, что рассмотрение субклинического атеросклероза с использованием различных методов важно, чтобы расшифровать глобальные эффекты сердечно-сосудистых заболеваний.

Важность микрососудов в норме и патологии получает все большее внимание в медицинской литературе. Микрососудов образуют гораздо большую площадь поверхности, чем крупных сосудов делает их значительные цели за ущерб от повреждающих стимулов ^43. Было высказано предположение, что микрососудов может быть основным источником медиаторов воспаления, которые проникают в эндотелий крупных сосудов, ведущих к образованию повреждений ^43. При диабете II типа, микрососудов болезнь часто предшествует большая болезнь судна, ^44, и в других группах населения с повышенным риском ССЗ, таких как ревматоидный arthriTIS, вмешательства, которые уменьшают риск ССЗ улучшить микрососудистых, но не большой сосуд, функцию эндотелия ^45,46. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что экспертиза функции микрососудов может помочь в понимании сложных механизмов, которые инициируют атеросклероз.

В данной работе, оценка функции микрососудов эндотелиальной проводили с использованием LDI с ионофореза вазоактивных веществ. Некоторые другие оценки могут быть использованы для оценки микрососудистой функции, включая nailfold капилляроскопии и венозной окклюзионной плетизмографии. Тем не менее, бывший оценка предоставляет информацию о микрососудов морфологии только, в то время как последний занимает много времени и в некоторых протоколах инвазивных в связи с введением внутри плечевого вазоактивных агентов ^1. В отличие от этого, ЛДИ предлагает простой, эффективный по времени подход к измерению микрососудов перфузии сосудов кожи в ответ на вазоактивные агенты, которые вводят нон-INVASраторов. Измерение кровотока кожи получила широкое признание в литературе из-за его простоты доступности и сильной корреляции с установленными ССЗ ^12. Кроме того, преимущество ЛДИ сравнению с другими методами доплеровской таких лазерной доплеровской флоуметрии, является то, что он может одновременно сканировать несколько точек в данной области и, следовательно, может объяснить артефактов сотовой движения и пространственных различий кожного кровотока, оба из которых могут повлиять на перфузии судна ^47,48.

Несмотря на очевидные преимущества ионофореза, важно отметить, что ток, индуцированный расширение сосудов (CIV) от ионофореза может смешивать эффекты вазоактивных веществ, особенно на катоде. Выбор транспортного средства для доставки лекарственных средств может помочь уменьшить этот эффект, 0,5% хлорида натрия (как используется в данном протоколе) эффективны в ограничении CIV ^18. Кроме того, использование камер большего диаметра и низким электрическим дворняжкаарендная плата (при использовании в текущем протоколе) все помогают уменьшить CIV ^18. Использование сайта управления также рекомендуется ^12. Биологические и поведенческие факторы также могут повлиять на надежность и повторяемость метода. Например, циркадные изменения и курение было показано, что влияет на капиллярный функцию эндотелия ^49,50. Строгие условия съемки должны быть соблюдены для того, чтобы получить точные результаты и установленные принципы должны соблюдаться при проектировании протоколов ^12.

Измерение ящура и GTN-опосредованной дилатации предоставляет информацию о дисфункции эндотелия в крупных кровеносных сосудов, и широко используется в неинвазивной сосудистой исследований. Техника ящура обеспечивает суррогатной информацию не биодоступности и полезным прогностическим маркером сердечно-сосудистых событий в различных клинических групп ^7-9. В настоящей работе, протокол, представленные счетов для многих из тех факторов, которыенеобходимы для адекватного стимулирования NO-опосредованной вазодилатации ^25. Например, поглощающий манжеты помещают дистальнее ультразвукового зонда и вокруг запястья ^27, длительность ишемии была 5 мин ²⁶ и достаточного времени было разрешено записывать "True" пик диаметр следующие реактивной гиперемией ^28. К сожалению, протокол не включать характеристику сдвига профиль стрессоустойчивости, автоматическое программное обеспечение обнаружения края не позволяют одновременную запись диаметра сосуда и сигнала скорости пульсовой волны. Расчет напряжения сдвига является неотъемлемой частью точного измерения ящура ^26, и мы рекомендуем, по возможности, сосудистые исследования группы используют программное обеспечение, которое позволяет такие измерения должны быть выполнены.

Оценки ящура и ГСПС-опосредованной дилатации также восприимчивы к окружающей среде и биологических изменений ^24, а небольшие изменения в сосудистой диаметр можетвыявить большое ответы ящура / ГТС. Например, типичные значения FMD для здоровых участников в диапазоне от 5-10% ^51, что соответствует 0,25 - 0,5 мм изменения артериального диаметра для артерии с диаметром 5 мм. Учитывая такие небольшие изменения в диаметре артериальной, особое внимание должно быть уделено техническим и биологических факторов, которые могут повлиять на точность измерения. Действительно, ящур может повлиять на различных биологических и поведенческих факторов, таких как симпатической активации ^52, лишение сна ^53, потребления кофеина ^54, курение ^55, антиоксидантная терапия ⁵⁶ и время суток ^57. Соответственно, важно, чтобы контролировать для этих факторов с использованием информации от установленных принципов ^24,25.

Оценка передовой, но субклинического атеросклероза было сделано с использованием CIMT. Методика была использована в нескольких клинических населения и обеспечивает большую детализацию на артериальное улructure по сравнению с более сложными методами, такими как магнитно-резонансной томографии ^34. Как и в других сосудистых техник, измерение CIMT требует тщательного рассмотрения технических факторов, которые могут повлиять на точность измерения. Как правило, CIMT должны быть выполнены в районах, свободных от налета, в дальней стене общей сонной артерии. Как ящура, измерение CIMT осуществляется с помощью высокого разрешения УЗИ и так очень зависит от пользователя. Сообщается, коэффициент вариации (CofV) диапазоне от 2,4 - 18,3% ^58, в то время как по ящуру это 1 - 84% ^59. Тем не менее, даже тогда, когда оба метода выполняются компетентными ultrasonographers с внешними факторами, хорошо контролируемых, остается высокой CofV ^58,60,61. Одной из причин этого может быть то, что анализ сосудистых границ осуществляются с использованием ручных методов ^60,61. Такой анализ может снизить надежность, изображений артефактов, таких как ложных границ, шум от ultrasoунд сигнала и искажений судов могут повлиять на трактовку образа ^22.

Последние события в непрерывном автоматизированного программного обеспечения края обнаружения значительно улучшили обнаружение границ сосудистой стенки ^21,22. В настоящем исследовании, программное обеспечение VIA был использован для измерения диаметра плечевой артерии, в то время как AMS была использована для определения CIMT. Использование этих программ значительно снижает зависимость оператора, однако в случае ВПС, некоторая степень управления оператора по-прежнему доступна в тех случаях, когда качество изображения может быть плохим ^62. Лаборатории, которые используют автоматизированное программное обеспечение для обнаружения края обычно имеют низкую CofV ^58,63,64, таким образом, это должно быть целью всех сосудистых научно-исследовательских лабораторий, чтобы включить автоматическое измерение сосудов границ для того, чтобы обеспечить точность результатов. Это также хорошая практика, чтобы сообщить результаты воспроизводимости исследований для конкретных протоколов при публикации результатов исследования.

6-9, есть еще недостаток исследований, которые рассматривали взаимосвязь между плохим эндотелиальной функции и неблагоприятных сердечно-сосудистых исходов, таких как инфаркт миокарда и инсульт. Дальнейшие проспективные исследования необходимы для решения этих проблем. Еще одним ограничением является использование человеческих операторов для выполнения оценки и проведения анализа. Это вносит потенциальный источник смещения; Однако, это может быть ограничено к слепоте оператору результатов или обеспечение того, чтобы читатель отличается от оператора. ЭтоКроме того, важно, чтобы гарантировать, что читатель следует стандартизированный протокол для анализа данных, так что все данные анализируются последовательно.

Таким образом, настоящее рукопись содержит подробную информацию о методологических шагов, необходимых для успешного выполнения оценки микрососудов и большое судно эндотелиальной функции, а также сосудов морфологию периферического кровообращения. При использовании вместе, оценки обеспечивают глобальную информацию о различных этапах развития атеросклероза. Дальнейшие перспективные исследования по изучению потенциального диагностического роль этих методов являются оправданными.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Laser Doppler Imager	Moor Instruments, Devon, UK	moorLDI2
Iontophoresis Controller	Moor Instruments, Devon, UK	MIC2
Miochol-E 20 mg	Novartis UK	Prescribed by physician	Acetylcholine for endothelium-dependent function
Nitroprussiat Fides 50 mg	Rottapharm Spain	Prescribed by physician	Sodium nitroprusside for endothelium-independent function
Doppler Ultrasound	Siemens PLC, Camberley UK	Accuson Antares
Glyceryl Trinitrate 500 mcg	Alpharma, Barnstaple, UK	Prescribed by physician

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

Sandoo, A., Veldhuijzen van Zanten, J. J. C. S., Metsios, G. S., Carroll, D., Kitas, G. D. The endothelium and its role in regulating vascular tone. The Open Cardiovascular Medicine Journal. 4, 302-312 (2010).
Lerman, A., Zeiher, A. M. Endothelial Function: Cardiac Events. Circulation. 111 (3), 363-368 (2005).
Anderson, T. J., et al. Close relation of endothelial function in the human coronary and peripheral circulations. Journal of American College of Cardiology. 26 (5), 1235-1241 (1995).
Takase, B., et al. Close relationship between the vasodilator response to acetylcholine in the brachial and coronary artery in suspected coronary artery disease. International Journal of Cardiology. 105 (1), 58-66 (2005).
Khan, F., Patterson, D., Belch, J. J., Hirata, K., Lang, C. C. Relationship between peripheral and coronary function using laser Doppler imaging and transthoracic echocardiography. Clinical Science.(Lond). 115 (9), 295-300 (2008).
Rossi, R., Nuzzo, A., Origliani, G., Modena, M. G. Prognostic role of flow-mediated dilation and cardiac risk factors in post-menopausal women). Journal of American College of Cardiology. 51 (10), 997-1002 (2008).
Brevetti, G., Silvestro, A., Schiano, V., Chiariello, M. Endothelial dysfunction and cardiovascular risk prediction in peripheral arterial disease: additive value of flow-mediated dilation to ankle-brachial pressure index. Circulation. 108 (17), 2093-2098 (2003).
Gokce, N., et al. Predictive value of noninvasively determined endothelial dysfunction for long-term cardiovascular events in patients with peripheral vascular disease. Journal of American College of Cardiology. 41 (10), 1769-1775 (2003).
Jadhav, U. M., Sivaramakrishnan, A., Kadam, N. N. Noninvasive assessment of endothelial dysfunction by brachial artery flow-mediated dilatation in prediction of coronary artery disease in Indian subjects. Indian Heart Journal. 55 (1), 44-48 (2003).
Ross, R. Atherosclerosis - an inflammatory disease. The New England. Journal of Medicine. 340, 115-126 (1999).
Celermajer, D. S., Sorensen, K. E., Bull, C., Robinson, J., Deanfield, J. E. Endothelium-dependent dilation in the systemic arteries of asymptomatic subjects relates to coronary risk factors and their interaction. Journal of American College of Cardiology. 24 (6), 1468-1474 (1994).
Roustit, M., Cracowski, J. L. Assessment of endothelial and neurovascular function in human skin microcirculation. Trends in Pharmacological Sciences. 34 (7), 373-384 (2013).
Ahn, H., Johansson, K., Lundgren, O., Nilsson, G. E. In vivo evaluation of signal processors for laser Doppler tissue flowmeters. Medical & Biological Engineering & Computing. 25 (2), 207-211 (1987).
Kalia, Y. N., Naik, A., Garrison, J., Guy, R. H. Iontophoretic drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 56 (5), 619-658 (2004).
Morris, S. J., Shore, A. C. Skin blood flow responses to the iontophoresis of acetylcholine and sodium nitroprusside in man: possible mechanisms. Journal of Physiology. 496 (Pt 2), 531-542 (1996).
Sandoo, A., Veldhuijzen van Zanten, J. J. C. S., Metsios, G. S., Carroll, D., Kitas, G. D. Vascular function and morphology in rheumatoid arthritis: a systematic review). Rheumatology. 50 (11), 2125-2139 (2011).
Metsios, G. S., et al. Individualised exercise improves endothelial function in patients with rheumatoid arthritis. Annals of Rheumatic Diseases. 73 (4), 748-751 (2014).
Ferrell, W. R., et al. Elimination of electrically induced iontophoretic artefacts: implications for non-invasive assessment of peripheral microvascular function. Journal of Vascular Research. 39 (5), 447-455 (2002).
Khan, F., Newton, D. J., Smyth, E. C., Belch, J. J. F. Influence of vehicle resistance on transdermal iontophoretic delivery of acetylcholine and sodium nitroprusside in humans. Journal of Applied Physiology. 97 (3), 883-887 (2004).
Celermajer, D. S., et al. Non-invasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of atherosclerosis. Lancet. 340 (8828), 1111-1115 (1992).
Sidhu, J. S., Newey, V. R., Nassiri, D. K., Kaski, J. C. A rapid and reproducible on line automated technique to determine endothelial function. Heart. 88 (3), 289-292 (2002).
Sonka, M., Liang, W., Lauer, R. M. Automated analysis of brachial ultrasound image sequences: early detection of cardiovascular disease via surrogates of endothelial function. IEEE Transactions on Medical Imaging. 21 (10), 1271-1279 (2002).
Vallance, P., Collier, J., Moncada, S. Effects of endothelium-derived nitric oxide on peripheral arteriolar tone in man. Lancet. 2 (8670), 997-1000 (1989).
Corretti, M. C., et al. Guidelines for the ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodilation of the brachial artery: A report of the International Brachial Artery Reactivity Task Force. Journal of American College of Cardiology. 39 (2), 257-265 (2002).
Thijssen, D. H., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: a methodological and physiological guideline. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 300 (1), H2-H12 (2011).
Mullen, M. J., et al. Heterogenous Nature of Flow-Mediated Dilatation in Human Conduit Arteries In Vivo : Relevance to Endothelial Dysfunction in Hypercholesterolemia. Circulation Research. 88 (2), 145-151 (2001).
Doshi, S. N., et al. Flow-mediated dilatation following wrist and upper arm occlusion in humans: the contribution of nitric oxide. Clinical Sciences.(Lond). 101 (6), 629-635 (2001).
Black, M. A., Cable, N. T., Thijssen, D. H., Green, D. J. Importance of measuring the time course of flow-mediated dilatation in humans). Hypertension. 51 (2), 203-210 (2008).
Traub, O., Berk, B. C. Laminar Shear Stress : Mechanisms by Which Endothelial Cells Transduce an Atheroprotective Force. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 18 (5), 677-685 (1998).
Pyke, K. E., Tschakovsky, M. E. The relationship between shear stress and flow-mediated dilatation: implications for the assessment of endothelial function. The Journal of Physiology Online. 568 (2), 357-369 (2005).
Pyke, K. E., Dwyer, E. M., Tschakovsky, M. E. Impact of controlling shear rate on flow-mediated dilation responses in the brachial artery of humans. Journal of Applied Physiology. 97 (2), 499-508 (2004).
Pignoli, P., Tremoli, E., Poli, A., Oreste, P., Paoletti, R. Intimal plus medial thickness of the arterial wall: a direct measurement with ultrasound imaging. Circulation. 74 (6), 1399-1406 (1986).
Corrado, E., et al. Endothelial dysfunction and carotid lesions are strong predictors of clinical events in patients with early stages of atherosclerosis: a 24-month follow-up study. Coronary Artery Disease. 19 (3), 139-144 (2008).
Touboul, P. J., et al. Mannheim carotid intima-media thickness and plaque consensus (2004-2006-2011). An update on behalf of the advisory board of the 3rd, 4th and 5th watching the risk symposia, at the 13th, 15th and 20th European Stroke Conferences, Mannheim, Germany, 2004, Brussels, Belgium, 2006, and Hamburg, Germany, 2011. Cerebrovascular Disease. 34 (4), Mannheim, Germany. 290-296 (2012).
Oren, A., Vos, L. E., Uiterwaal, C. S. P. M., Grobbee, D. E., Bots, M. L. Cardiovascular Risk Factors and Increased Carotid Intima-Media Thickness in Healthy Young Adults: The Atherosclerosis Risk in Young Adults (ARYA) Study. Archives of Internal Medicine. 163 (15), 1787-1792 (2003).
Wohlin, M., et al. Both cyclooxygenase- and cytokine-mediated inflammation are associated with carotid intima-media thickness. Cytokine. 38 (3), 130-136 (2007).
Iglesias del, S. a, Bots, M. L., Grobbee, D. A., Hofman, A., Witteman, J. C. Carotid intima-media thickness at different sites: relation to incident myocardial infarction; The Rotterdam Study. European Heart Journal. 23 (12), 934-940 (2002).
Aird, W. C. Phenotypic heterogeneity of the endothelium: II. Representative vascular beds. Circulation Research. 100 (2), 174-190 (2007).
Sandoo, A., Carroll, D., Metsios, G. S., Kitas, G. D., Veldhuijzen van Zanten, J. J. The association between microvascular and macrovascular endothelial function in patients with rheumatoid arthritis: a cross-sectional study. Arthritis Research and Therapy. 13 (3), R99 (2011).
Sandoo, A., Hodson, J., Douglas, K. M., Smith, J. P., Kitas, G. D. The association between functional and morphological assessments of endothelial function in patients with rheumatoid arthritis: a cross-sectional study. Arthritis Research and Therapy. 15 (5), R107 (2013).
Rohani, M., Jogestrand, T., Kallner, G., Jussila, R., Agewall, S. Morphological changes rather than flow-mediated dilatation in the brachial artery are better indicators of the extent and severity of coronary artery disease. Journal of Hypertension. 23 (7), 1397-1402 (2005).
Hashimoto, M., et al. Correlation between flow-mediated vasodilatation of the brachial artery and intima-media thickness in the carotid artery in men. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 19 (11), 2795-2800 (1999).
Stokes, K. Y., Granger, D. N. The microcirculation: a motor for the systemic inflammatory response and large vessel disease induced by hypercholesterolaemia. Journal of Physiology. 562 (Pt 3), 647-653 (2005).
Krentz, A. J., Clough, G., Byrne, C. D. Vascular disease in the metabolic syndrome: do we need to target the microcirculation to treat large vessel disease). Journal of Vascular Research. 46 (6), 515-526 (2009).
Sandoo, A., et al. Anti-TNFalpha therapy may lead to blood pressure reductions through improved endothelium-dependent microvascular function in patients with rheumatoid arthritis. Journal of Human Hypertension. 25 (11), 699-702 (2011).
Sandoo, A., van Zanten, J. J., Toms, T. E., Carroll, D., Kitas, G. D. Anti-TNFalpha therapy transiently improves high density lipoprotein cholesterol levels and microvascular endothelial function in patients with rheumatoid arthritis: a pilot study. BMC. Musculoskeletal Disorders. 13, 127 (2012).
Wardell, K., Jakobsson, A., Nilsson, G. E. Laser Doppler perfusion imaging by dynamic light scattering. The IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 40 (4), 309-316 (1993).
Line, P. D., Mowinckel, P., Lien, B., Kvernebo, K. Repeated measurement variation and precision of laser Doppler flowmetry measurements. Microvascular Research. 43 (3), 285-293 (1992).
Elherik, K., Khan, F., McLaren, M., Kennedy, G., Belch, J. J. F. Circadian variation in vascular tone and endothelial cell function in normal males. Clinical Science. 102 (5), 547-552 (2002).
Pellaton, C., Kubli, S., Feihl, F., Waeber, B. Blunted vasodilatory responses in the cutaneous microcirculation of cigarette smokers. American Heart Journal. 144 (2), 269-274 (2002).
Moens, A. L., Goovaerts, I., Claeys, M. J., Vrints, C. J. Flow-Mediated Vasodilation: A Diagnostic Instrument, or an Experimental Tool. Chest. 127 (6), 2254-2263 (2005).
Hijmering, M. L., et al. Sympathetic activation markedly reduces endothelium-dependent, flow-mediated vasodilation. Journal of the American College of Cardiology. 39 (4), 683-688 (2002).
Takase, B., Akima, T., Uehata, A., Ohsuzu, F., Kurita, A. Effect of chronic stress and sleep deprivation on both flow-mediated dilation in the brachial artery and the intracellular magnesium level in humans. Clinical Cardiology. 27 (4), 223-227 (2004).
Papamichael, C. M., et al. Effect of coffee on endothelial function in healthy subjects: the role of caffeine. Clinical Sciences(Lond). 109 (1), 55-60 (2005).
Lekakis, J., et al. Effect of acute cigarette smoking on endothelium-dependent brachial artery dilatation in healthy individuals). Americal Journal of Cardiology. 79 (4), 529-531 (1997).
Engler, M. M., et al. Antioxidant Vitamins C and E Improve Endothelial Function in Children With Hyperlipidemia: Endothelial Assessment of Risk from Lipids in Youth. Circulation. 108 (9), 1059-1063 (2003).
Etsuda, H., et al. Morning attenuation of endothelium-dependent, flow-mediated dilation in healthy young men: possible connection to morning peak of cardiac events. Clinical Cardiology. 22 (6), 417-421 (1999).
Kanters, S. D., Algra, A., van Leeuwen, M. S., Banga, J. D. Reproducibility of in vivo carotid intima-media thickness measurements: a review. Stroke. 28 (3), 665-671 (1997).
West, S. G., et al. Biological correlates of day-to-day variation in flow-mediated dilation in individuals with Type 2 diabetes: a study of test-retest reliability. Diabetologia. 47 (9), 1625-1631 (2004).
Roos, N. M., Bots, M. L., Schouten, E. G., Katan, M. B. Within-subject variability of flow-mediated vasodilation of the brachial artery in healthy men and women: implications for experimental studies. Ultrasound in Medince and Biology. 29 (3), 401-406 (2003).
Tyldum, E. V., Madssen, E., Skogvoll, E., Slordahl, S. A. Repeated image analyses improves accuracy in assessing arterial flow-mediated dilatation. Scandinavian Cardiovascular Journal. 42 (5), 310-315 (2008).
Liang, Q., Wendelhag, I., Wikstrand, J., Gustavsson, T. A multiscale dynamic programming procedure for boundary detection in ultrasonic artery images. The IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 19 (2), 127-142 (2000).
Hijmering, M. L., et al. Variability of flow mediated dilation: consequences for clinical application. Atherosclerosis. 157 (2), 369-373 (2001).
Woodman, R. J., et al. Improved analysis of brachial artery ultrasound using a novel edge-detection software system. Journal of Applied Physiology. 91 (2), 929-937 (2001).

Cite this Article

Sandoo, A., Kitas, G. D. A… More

Sandoo, A., Kitas, G. D. A Methodological Approach to Non-invasive Assessments of Vascular Function and Morphology. J. Vis. Exp. (96), e52339, doi:10.3791/52339 (2015).

Less

Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions

View Video