JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

تقييم الموجات فوق الصوتية من وظيفة بطانة الأوعية الدموية: والإرشاد الفني للتمدد اختبار بوساطة الانسياب

Published: April 27, 2016
doi:
10.3791/54011
, ,
1Division of Clinical and Translational Sciences, Georgia Prevention Institute,Georgia Regents University, 2Sport and Exercise Science Research Institute,University of Ulster

Summary

The flow mediated dilation (FMD) test is the most commonly utilized, non-invasive, ultrasound assessment of endothelial function in humans. Although the FMD test has been related with the prediction of future cardiovascular disease and events, it is a physiological assessment with many inherent confounding factors that need to be considered.

Abstract

أمراض القلب والأوعية الدموية هي السبب الأول للوفيات وسببا رئيسيا من أسباب العجز في جميع أنحاء العالم. جوانب الخلل في بطانة الأوعية الدموية هو حالة مرضية تتميز أساسا عن خلل في التوازن بين المواد عائي ومضيق للأوعية ويقترح أن تلعب دورا هاما في تطور أمراض القلب والأوعية الدموية تصلب الشرايين. ولذلك، فإن التقييم الدقيق للوظيفة بطانة الأوعية الدموية في الإنسان يمثل أداة هامة يمكن أن تساعد في فهم أفضل لمسببات الأمراض متعددة القلب وتتمحور.

وعلى مدى خمسة وعشرين عاما الماضية، وقد وضعت العديد من الأساليب المنهجية لتقديم تقييم وظيفة بطانة الأوعية الدموية في البشر. أدخلت في عام 1989، ويتضمن الاختبار مرض الحمى القلاعية وانسداد الساعد وتبيغ تفاعلي لاحق أن يشجع على إنتاج أكسيد النتريك وتوسع الأوعية من الشريان العضدي. اختبار مرض الحمى القلاعية هو الآن يستخدم على نطاق واسع، غير الغازية، غلاهارتبط تقييم asonic وظيفة بطانة الأوعية الدموية في البشر ومع أحداث القلب والأوعية الدموية في المستقبل.

على الرغم من أن مرض الحمى القلاعية اختبار يمكن أن يكون فائدة سريرية، بل هو تقييم الفسيولوجية التي ورثت العديد من العوامل المربكة التي تحتاج إلى النظر فيها. توضح هذه المقالة بروتوكول موحد لتحديد مرض الحمى القلاعية بما في ذلك المنهجية الموصى بها للمساعدة في تقليل القضايا الفسيولوجية والتقنية وتحسين دقة واستنساخ للتقييم.

Introduction

أمراض القلب والأوعية الدموية هي السبب الرئيسي للوفيات والأمراض في جميع أنحاء العالم. خلل في بطانة الأوعية الدموية يمثل المرحلة الأولى نحو تطوير متعددة من الأمراض المرتبطة الأوعية الدموية 1. وبالتالي، إجراء تقييم دقيق وظيفة بطانة الأوعية الدموية في البشر يمثل تقنية الهامة التي يمكن أن تساعد في فهم مسببات أمراض القلب والأوعية الدموية متعددة، مع الهدف النهائي المتمثل في تحسين فعالية العلاج والوقاية من الأمراض.

البطانة

البطانة هي أحادي الطبقة من الخلايا التي يجمع العديد من المواد فعال في الأوعية، مثل أكسيد النيتريك (NO)، prostacyclins، endothelins، البطانية عامل نمو الخلايا، المحفزة، ومثبطات البلازمينوجين 2. وتساهم هذه العوامل في وظيفة البطانة على تنظيم سيولة الدم، لهجة الأوعية الدموية، تراكم الصفائح الدموية، نفاذية مكونات البلازما وinfl جدار الوعاء الدمويammation 2-4. بالإضافة إلى ذلك، لا تلعب دورا رئيسيا مكافحة تصلب الشرايين في تعزيز توسع الأوعية والحفاظ على سلامة بطانة الأوعية الدموية. لا ينظم لهجة السفينة وقطر من خلال السيطرة على التوازن بين إيصال الأوكسجين إلى الأنسجة وعلى الأيض 3،5 الطلب. هناك الذاتية متعددة، والخارجية، وعوامل التحفيز والتشجيع والميكانيكية التي تحفز على البطانية لا سينسيز (أنوش) الذي يجمع NO من L-أرجينين 6،7. التحفيز الميكانيكي أبرز إجهاد القص. جدار إجهاد القص يساهم في زيادة تفعيل أنوش، مما أدى إلى NO الإنتاج ولاحق استرخاء العضلات الملساء 4. لهذا السبب انخفاض NO التوافر البيولوجي كثيرا ما يستخدم كمقياس للاختلال وظيفي البطانية 8.

ضعف البطانة

عدم التوازن بين عائي ومضيق للأوعية العوامل يؤدي إلى اختلال البطانة 2. بالإضافة إلى ذلك، releaحد ذاتها وسطاء للالتهابات وقوى القص المحلية المتغيرة قد يعزز تركيب البطانية المستمدة أنواع الاكسجين التفاعلية (ROS). هذا upregulation في الأكسدة مما يشير ليس فقط تعديل سلامة البطانة ويقلل من تخليق NO 9، يمكن أن فك الارتباط بين أنوش مما أدى إلى الإنتاج المباشر من الجذور الحرة إضافية. في نهاية المطاف، وهذا التحسن في NO التوافر الحيوي يعزز تضيق الأوعية، وتصلب الأوعية الدموية، وتقليل قابلية التمدد الشرياني 4.

ارتبط درجة ضعف البطانة مع شدة عدة أمراض مثل ارتفاع ضغط الدم 10، وتصلب الشرايين 11، السكتة الدماغية 12، ومرض السكري 13، تسمم الحمل 14 أو أمراض الكلى 15 من بين آخرين. وبالتالي، هناك اهتمام واسعة لتقييم التغيرات في وظيفة بطانة الأوعية الدموية مع مرور الوقت ليس فقط، ولكن أيضا بعد التدخلات العلاجية. وقد استخدمت أساليب مختلفة لالتقييم السريري وظيفة بطانة الأوعية الدموية على حد سواء جراحية (قسطرة القلب وريدي تخطيط التحجم انسداد 3،16) وغير جراحية (التدفق المتوسط ​​للدم، شعاعي قياس التوتر الشرايين ونبض تحليل كفاف 4،17،18) في التداولات التاجية والطرفية 19.

تمدد بوساطة تدفق

التدفق المتوسط ​​للدم (FMD) هو غير الغازية، وتقييم الموجات فوق الصوتية وظيفة بطانة الأوعية الدموية وارتبط مع تطور المشاكل الصحية الأوعية الدموية. منذ إنشائها في عام 1989 20، وقد استخدمت مرض الحمى القلاعية على نطاق واسع كوسيلة موثوق بها، في الجسم الحي لتقييم الغالب NO بوساطة ظيفة بطانة الأوعية الدموية في البشر 19،21،22. في الواقع، ارتبط مرض الحمى القلاعية اختبار الشريان العضدي مع تقنيات الغازية الأخرى 23 والعديد من التحقيقات وصفت علاقة عكسية قوية بين مرض الحمى القلاعية وإصابة القلب والأوعية الدموية 24،25 بحيث indiviثنائيات مع المزيد من الأوعية الدموية أمراض المعرض أقل الحمى القلاعية 25. وبناء على ذلك، تؤكد هذه البيانات والمعلومات النذير أن هذه التقنية يمكن أن توفر من حيث صلته مرض القلب والأوعية الدموية في المستقبل في مواضيع غير متناظرة 26-30.

أثناء الاختبار مرض الحمى القلاعية، يتم قياس أقطار الشريان العضدي مستمر في الأساس وبعد الافراج عن اعتقال الدورة الدموية من الساعد. بعد الإفراج الكفة، والتي يسببها رد الفعل احتقان يعزز زيادة في إجهاد القص بوساطة NO إطلاق ولاحق توسع الأوعية 19،31. وأعرب عن مرض الحمى القلاعية حيث أن الزيادة في المئة في قطر الشرايين عقب صدور الكفة مقارنة مع قطر في الأساس (FMD٪).

وعلى الرغم من الفائدة السريرية زيادة في هذه التقنية، واختبار الحمى القلاعية هو تقييم الفسيولوجية، وبالتالي، تحتاج إلى النظر فيها من أجل إجراء تقييم دقيق وظيفة بطانة الأوعية الدموية في الإنسان العديد من المتغيرات. هذايصف rticle بروتوكول موحد والمنهجية الموصى بها للحد من المسائل التقنية والبيولوجية للمساعدة في تحسين دقة، واستنساخ وتفسير اختبار مرض الحمى القلاعية.

Protocol

ملاحظة: تتم إجراءات الحمى القلاعية التالي بشكل روتيني خلال دراسات تقييم الأوعية الدموية في المختبر من التكاملية الأوعية الدموية وممارسة علم وظائف الأعضاء (LIVEP). وجاءت جميع الإجراءات والمبادئ الواردة في إعلان هلسنكي وتمت الموافقة من قبل مجلس المراجعة المؤسسية في جامعة جورجيا ا?…

Representative Results

وتعرض خصائص أساسية من مجموعة الفوج اصحاء في الجدول رقم 1. يتم عرض المتغيرات الأكثر شيوعا لاختبار مرض الحمى القلاعية التي أجريت في مختبر التكاملية الأوعية الدموية وممارسة علم وظائف الأعضاء (LIVEP) في الجدول 2. وتعتبر المتغيرات التالية…

Discussion

أدخلت في عام 1989 20، تم استخدام اختبار مرض الحمى القلاعية على نطاق واسع في البشر كإجراء غير الغازية وظيفة بطانة الأوعية الدموية. وليس فقط ثبت مرض الحمى القلاعية للتنبؤ المستقبلي المتعلقة الأوعية الدموية خطر الاصابة بأمراض 19،52،53، كانت أقل القيم مرض الحمى ا?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

فإن الكتاب أود أن أشكر العديد من الموضوعات والمرضى الذين شاركوا في دراساتنا التي لدينا تقييم وظيفة بطانة الأوعية الدموية باستخدام اختبار مرض الحمى القلاعية.

Materials

Doppler ultrasound GE Medical Systems  Logiq 7 Essential to include Duplex mode for simultaneous acquisition of B-mode and Doppler
Electrocardiographic (ECG) gating  Accusync Medical Research Accusync 72
12-MHz Linear array transducer  GE Medical Systems 11L-D A high-resolution linear array probe is essential
Forearm occlusion cuff  D.E. Hokanson SC5 5 x 84 cm
Ultrasound transmission gel  Parker 01-08
Rapid cuff inflator D.E. Hokanson E-20 AG101
Sterotactic-probe holder Flexabar  18047 Magnetic base fine adjustor
Edge detection analysis software Medical Imaging Applications Brachial Analyzer 5
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Versari, D., Daghini, E., Virdis, A., Ghiadoni, L., Taddei, S. Endothelial dysfunction as a target for prevention of cardiovascular disease. Diabetes Care. 32, 314-321 (2009).
  2. Deanfield, J. E., Halcox, J. P., Rabelink, T. J. Endothelial function and dysfunction: testing and clinical relevance. Circulation. 115, 1285-1295 (2007).
  3. Marti, C. N., et al. Endothelial dysfunction, arterial stiffness, and heart failure. J Am Coll Cardiol. 60, 1455-1469 (2012).
  4. Harris, R. A., Nishiyama, S. K., Wray, D. W., Richardson, R. S. Ultrasound assessment of flow-mediated dilation. Hypertension. 55, 1075-1085 (2010).
  5. Schechter, A. N., Gladwin, M. T. Hemoglobin and the paracrine and endocrine functions of nitric oxide. N Engl J Med. 348, 1483-1485 (2003).
  6. Forstermann, U., Munzel, T. Endothelial nitric oxide synthase in vascular disease: from marvel to menace. Circulation. 113, 1708-1714 (2006).
  7. Moncada, S., Palmer, R. M., Higgs, E. A. Nitric oxide: physiology, pathophysiology, and pharmacology. Pharmacol Rev. 43, 109-142 (1991).
  8. 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. J Am Coll Cardiol. 39, 257-265 (2002).
  9. Vanhoutte, P. M., Shimokawa, H., Tang, E. H., Feletou, M. Endothelial dysfunction and vascular disease. Acta Physiol (Oxf). 196, 193-222 (2009).
  10. Kang, K. T. Endothelium-derived Relaxing Factors of Small Resistance Arteries in Hypertension. Toxicol Res. 30, 141-148 (2014).
  11. Chistiakov, D. A., Revin, V. V., Sobenin, I. A., Orekhov, A. N., Bobryshev, Y. V. Vascular endothelium: functioning in norm, changes in atherosclerosis and current dietary approaches to improve endothelial function. Mini Rev Med Chem. 15, 338-350 (2015).
  12. Poggesi, A., Pasi, M., Pescini, F., Pantoni, L., Inzitari, D. Circulating biologic markers of endothelial dysfunction in cerebral small vessel disease: a review. J Cereb Blood Flow Metab. , (2015).
  13. Altabas, V. Diabetes, Endothelial Dysfunction, and Vascular Repair: What Should a Diabetologist Keep His Eye on. Int J Endocrinol. 2015, 848272 (2015).
  14. Sanchez-Aranguren, L. C., Prada, C. E., Riano-Medina, C. E., Lopez, M. Endothelial dysfunction and preeclampsia: role of oxidative stress. Front Physiol. 5, 372 (2014).
  15. Basile, D. P., Yoder, M. C. Renal endothelial dysfunction in acute kidney ischemia reperfusion injury. Cardiovasc Hematol Disord Drug Targets. 14, 3-14 (2014).
  16. Hasdai, D., Lerman, A. The assessment of endothelial function in the cardiac catheterization laboratory in patients with risk factors for atherosclerotic coronary artery disease. Herz. 24, 544-547 (1999).
  17. Hayward, C. S., Kraidly, M., Webb, C. M., Collins, P. Assessment of endothelial function using peripheral waveform analysis: a clinical application. J Am Coll Cardiol. 40, 521-528 (2002).
  18. Naka, K. K., Tweddel, A. C., Doshi, S. N., Goodfellow, J., Henderson, A. H. Flow-mediated changes in pulse wave velocity: a new clinical measure of endothelial function. Eur Heart J. 27, 302-309 (2006).
  19. Green, D. J., Dawson, E. A., Groenewoud, H. M., Jones, H., Thijssen, D. H. Is flow-mediated dilation nitric oxide mediated?: A meta-analysis. Hypertension. 63, 376-382 (2014).
  20. Anderson, E. A., Mark, A. L. Flow-mediated and reflex changes in large peripheral artery tone in humans. Circulation. 79, 93-100 (1989).
  21. Celermajer, D. S., et al. Non-invasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of atherosclerosis. Lancet. 340, 1111-1115 (1992).
  22. Stoner, L., et al. There’s more to flow-mediated dilation than nitric oxide. J Atheroscler Thromb. 19, 589-600 (2012).
  23. Anderson, T. J., et al. Close relation of endothelial function in the human coronary and peripheral circulations. J Am Coll Cardiol. 26, 1235-1241 (1995).
  24. Juonala, M., et al. Interrelations between brachial endothelial function and carotid intima-media thickness in young adults: the cardiovascular risk in young Finns study. Circulation. 110, 2918-2923 (2004).
  25. Halcox, J. P., et al. Endothelial function predicts progression of carotid intima-media thickness. Circulation. 119, 1005-1012 (2009).
  26. Ghiadoni, L., et al. Different effect of antihypertensive drugs on conduit artery endothelial function. Hypertension. 41, 1281-1286 (2003).
  27. Plantinga, Y., et al. Supplementation with vitamins C and E improves arterial stiffness and endothelial function in essential hypertensive patients. Am J Hypertens. 20, 392-397 (2007).
  28. Charakida, M., Masi, S., Loukogeorgakis, S. P., Deanfield, J. E. The role of flow-mediated dilatation in the evaluation and development of antiatherosclerotic drugs. Curr Opin Lipidol. 20, 460-466 (2009).
  29. Hadi, H. A., Carr, C. S., Al Suwaidi, J. Endothelial dysfunction: cardiovascular risk factors, therapy, and outcome. Vasc Health Risk Manag. 1, 183-198 (2005).
  30. Brunner, H., et al. Endothelial function and dysfunction. Part II: Association with cardiovascular risk factors and diseases. A statement by the Working Group on Endothelins and Endothelial Factors of the European Society of Hypertension. J Hypertens. 23, 233-246 (2005).
  31. Sessa, W. C. eNOS at a glance. J Cell Sci. 117, 2427-2429 (2004).
  32. Hashimoto, M., et al. Modulation of endothelium-dependent flow-mediated dilatation of the brachial artery by sex and menstrual cycle. Circulation. 92, 3431-3435 (1995).
  33. Adkisson, E. J., et al. Central, peripheral and resistance arterial reactivity: fluctuates during the phases of the menstrual cycle. Experimental biology and medicine. 235, 111-118 (2010).
  34. Woodman, R. J., et al. Improved analysis of brachial artery ultrasound using a novel edge-detection software system. J Appl Physiol. 91, 929-937 (1985).
  35. Mancini, G. B., Yeoh, E., Abbott, D., Chan, S. Validation of an automated method for assessing brachial artery endothelial dysfunction. The Canadian journal of cardiology. 18, 259-262 (2002).
  36. Thijssen, D. H., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: a methodological and physiological guideline. American journal of physiology. 300, 2-12 (2011).
  37. Kizhakekuttu, T. J., et al. Measuring FMD in the brachial artery: how important is QRS gating. J Appl Physiol. 109, 959-965 (2010).
  38. Celermajer, D. S. Noninvasive detection of atherosclerosis. N Engl J Med. 339, 2014-2015 (1998).
  39. Pyke, K. E., Tschakovsky, M. E. Peak vs. total reactive hyperemia: which determines the magnitude of flow-mediated dilation. J Appl Physiol. 102, 1510-1519 (2007).
  40. Charakida, M., Masi, S., Luscher, T. F., Kastelein, J. J., Deanfield, J. E. Assessment of atherosclerosis: the role of flow-mediated dilatation. Eur Heart J. 31, 2854-2861 (2010).
  41. Peretz, A., et al. Flow mediated dilation of the brachial artery: an investigation of methods requiring further standardization. BMC cardiovascular disorders. 7, (2007).
  42. Davies, P. F., Tripathi, S. C. Mechanical stress mechanisms and the cell. An endothelial paradigm. Circulation research. 72, 239-245 (1993).
  43. Harris, R. A., et al. The effect of oral antioxidants on brachial artery flow-mediated dilation following 5 and 10 min of ischemia. European journal of applied physiology. 107, 445-453 (2009).
  44. Mitchell, G. F., et al. Local shear stress and brachial artery flow-mediated dilation: the Framingham Heart Study. Hypertension. 44, 134-139 (2004).
  45. Flammer, A. J., et al. The assessment of endothelial function: from research into clinical practice. Circulation. 126, 753-767 (2012).
  46. Padilla, J., et al. Normalization of flow-mediated dilation to shear stress area under the curve eliminates the impact of variable hyperemic stimulus. Cardiovasc Ultrasound. 6, 44 (2008).
  47. Stoner, L., Tarrant, M. A., Fryer, S., Faulkner, J. How should flow-mediated dilation be normalized to its stimulus. Clin Physiol Funct Imaging. 33, 75-78 (2013).
  48. Atkinson, G., Batterham, A. M. Allometric scaling of diameter change in the original flow-mediated dilation protocol. Atherosclerosis. 226, 425-427 (2013).
  49. 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, 203-210 (2008).
  50. Padilla, J., et al. Adjusting flow-mediated dilation for shear stress stimulus allows demonstration of endothelial dysfunction in a population with moderate cardiovascular risk. J Vasc Res. 46, 592-600 (2009).
  51. Liuni, A., et al. Observations of time-based measures of flow-mediated dilation of forearm conduit arteries: implications for the accurate assessment of endothelial function. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 299, 939-945 (2010).
  52. Yeboah, J., Crouse, J. R., Hsu, F. C., Burke, G. L., Herrington, D. M. Brachial flow-mediated dilation predicts incident cardiovascular events in older adults: the Cardiovascular Health Study. Circulation. 115, 2390-2397 (2007).
  53. Yeboah, J., et al. Predictive value of brachial flow-mediated dilation for incident cardiovascular events in a population-based study: the multi-ethnic study of atherosclerosis. Circulation. 120, 502-509 (2009).
  54. Rundek, T., et al. Endothelial dysfunction is associated with carotid plaque: a cross-sectional study from the population based Northern Manhattan Study. BMC Cardiovasc Disord. 6, 35 (2006).
  55. Joannides, R., et al. Nitric oxide is responsible for flow-dependent dilatation of human peripheral conduit arteries in vivo. Circulation. 91, 1314-1319 (1995).
  56. Kooijman, M., et al. Flow-mediated dilatation in the superficial femoral artery is nitric oxide mediated in humans. J Physiol. 586, 1137-1145 (2008).
  57. Charakida, M., et al. Variability and reproducibility of flow-mediated dilatation in a multicentre clinical trial. Eur Heart J. 34, 3501-3507 (2013).
  58. Corretti, M. C., Plotnick, G. D., Vogel, R. A. Technical aspects of evaluating brachial artery vasodilatation using high-frequency ultrasound. Am J Physiol. 268, 1397-1404 (1995).
  59. Leeson, P., et al. Non-invasive measurement of endothelial function: effect on brachial artery dilatation of graded endothelial dependent and independent stimuli. Heart (British Cardiac Society). 78, 22-27 (1997).
  60. Zweier, J. L., Talukder, M. A. The role of oxidants and free radicals in reperfusion injury. Cardiovasc Res. 70, 181-190 (2006).
  61. Gemignani, V., et al. Ultrasound measurement of the brachial artery flow-mediated dilation without ECG gating. Ultrasound Med Biol. 34, 385-391 (2008).
  62. Gemignani, V., Faita, F., Ghiadoni, L., Poggianti, E., Demi, M. A system for real-time measurement of the brachial artery diameter in B-mode ultrasound images. IEEE Trans Med Imaging. 26, 393-404 (2007).
  63. Doshi, S. N., et al. Flow-mediated dilatation following wrist and upper arm occlusion in humans: the contribution of nitric oxide. Clin Sci (Lond). 101, 629-635 (2001).
  64. Betik, A. C., Luckham, V. B., Hughson, R. L. Flow-mediated dilation in human brachial artery after different circulatory occlusion conditions. American journal of physiology. 286, 442-448 (2004).
  65. Agewall, S., et al. Comparison of ultrasound assessment of flow-mediated dilatation in the radial and brachial artery with upper and forearm cuff positions. Clin Physiol. 21, 9-14 (2001).

Tags

Keywords: UltrasoundEndothelial FunctionFlow-mediated DilationFMD TestCardiovascularVascular HealthNoninvasive AssessmentBrachial ArteryECGForearm CuffHemodynamic Steady StateB-modeColor Flow ModeAnatomical Landmarks
check_url/54011?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Rodriguez-Miguelez, P., Seigler, N., Harris, R. A. Ultrasound Assessment of Endothelial Function: A Technical Guideline of the Flow-mediated Dilation Test. J. Vis. Exp. (110), e54011, doi:10.3791/54011 (2016).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image