Summary
Burada, reaktif hiperemi, nörovasküler kaplin ve kas iskelet oksidatif kapasite tek bir klinik veya laboratuvar ziyaret değerlendirmek için yakın kızılötesi Spektroskopi kullanarak basit, non-invaziv bir yaklaşım açıklar.
Abstract
Egzersiz Metabolik isteğe bağlı oksijen teslim eşleşmesi için son derece koordineli nörovasküler yanıt gerektiren bir büyük hemodinamik stres temsil eder. Reaktif hiperemi (doku iskemi kısa bir süre yanıt) olarak kardiyovasküler olaylar bağımsız bir tahmin ve damar sağlığı ve vasodilatory kapasitesi önemli bilgi sağlar. Kas iskelet oksidatif kapasite sağlık ve hastalık, eşit derecede önemli olduğu myocellular işlemler için enerji kaynağı belirler. Burada, her biri bu büyük klinik bitiş noktaları (Reaktif hiperemi, nörovasküler kaplin ve kas oksidatif kapasite) tek bir klinik veya laboratuvar ziyaret sırasında değerlendirmek için yakın kızılötesi Spektroskopi kullanarak basit, non-invaziv bir yaklaşım açıklar. Doppler ultrason, manyetik rezonans görüntüleri/spektroskopisi, veya invaziv kateter tabanlı akış ölçümleri veya Kas biyopsisi farklı olarak, bizim daha az operatöre bağlı, düşük maliyetli ve tamamen non-invaziv bir yaklaşımdır. Temsilcisi laboratuarımıza Özet verileri önceden yayınlanmış edebiyat ile birlikte alınan verilerden yardımcı programı her birinin bu endpoints göstermektedir. Bu teknik hakim sonra klinik nüfus uygulaması önemli mekanik kavrama içine egzersiz intoleransı ve kardiyovasküler disfonksiyon sağlayacak.
Introduction
Hiperemik doku iskemi kısa bir süre yanıt (mikro) vasküler işlev anahtar bir non-invaziv ölçüsü olarak ortaya çıkmıştır. Bir boru arter tıkanıklığı sırasında aşağı akım arteriyoller iskemik hakaret dengelemek için bir çaba genişletmek. Tıkanıklığı serbest bırakılmasıyla, hiperemi, hangi büyüklüğü aşağı akım microvasculature genişletmek için kişinin yeteneği tarafından dikte azalmış vasküler direnç sonuçlanır. Reaktif hiperemi kardiyovasküler olaylar1,2 ve bu nedenle klinik olarak anlamlı bir bitiş noktası bir güçlü bağımsız tahmin olmakla birlikte, fonksiyonel önemini egzersiz toleransı ve yaşam kalitesi için daha az açıktır.
Gerçekten de, dinamik egzersiz Metabolik isteğe bağlı oksijen teslim eşleşmesi için son derece koordineli nörovasküler yanıt gerektiren bir büyük kardiyovasküler stres temsil eder. Örneğin, kas iskelet kan akışını neredeyse 100-fold sırasında hemodinamik yanıt tüm vücut egzersiz için yaygınlaştırılması Eğer kalbin pompalama kapasitesi boğmak izole kas kasılmaları3, artırabilirsiniz. Buna göre şiddetli hipotansiyon, sempatik (Yani, vasoconstrictor) önlemek için gergin aktiviteyi artırır kardiyak çıkış etkin olmayan ve visseral dokularda uzak ve etkin kas iskelet4doğru yeniden dağıtmak için. Sempatik çıkış da egzersiz kas iskelet5' e yönlendirilir; Ancak, yerel metabolik sinyal vasoconstrictor yanıt yeterli doku oksijen teslim6,7,8,9,10, sağlamak için azaltarak 11. toplu olarak, bu işlem fonksiyonel sympatholysis12olarak adlandırılır ve egzersiz sırasında kas iskelet kan akımı normal düzenlenmesi zorunludur. İskelet kası kan akımı aerobik kapasite önemli bir belirleyici olduğundan — yaşam kalitesi ve kardiyovasküler hastalık morbidite ve mortalite13bağımsız bir tahmin — iskelet kası kan akışı ve doku oksijen denetimini anlama egzersiz sırasında teslimat büyük klinik önemi olur.
Oksijen teslim sadece yarısı Fick eşit olarak, ancak, diğer yarısı eşit olarak tatmin edici oksijen kullanımı ile bu. Arasında büyük oksijen kullanımı belirlemiştir, mitokondriyal oksidatif fosforilasyon hücresel süreçler istirahat ve egzersiz sırasında için yeterli enerji sağlayan önemli bir rol oynar. Nitekim, kas oksidatif kapasite bozukluğu fonksiyonel kapasite yaşam kalitesi14,15,ve16sınırlayabilirsiniz. Çeşitli önlemler sık kas oksidatif kapasite invaziv Kas biyopsisi ve pahalı ve zaman alıcı manyetik rezonans spektroskopi (MRS) teknikleri de dahil olmak üzere, bir dizin sağlamak için kullanılır.
Burada, biz yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS), her biri bu üç önemli klinik bitiş noktaları (Reaktif hiperemi, sympatholysis ve kas oksidatif kapasite) tek bir klinik veya laboratuvar ziyaret değerlendirmek için kullanarak roman, non-invaziv bir yaklaşım öneriyorum. Üç kat bu yaklaşım önemli avantajları: ilk olarak, bu kolayca taşınabilir, nispeten düşük maliyetli ve gerçekleştirmek kolay bir tekniktir. Reaktif hiperemi ölçmek için geçerli Doppler ultrason yaklaşımlar son derece operatöre bağlı — geniş beceri gerektiren ve eğitim — ve sofistike, yüksek maliyetli veri edinme donanım ve Post-işleme yazılımı gerektirir. Ayrıca, bu makul klinik ve/veya izleme veya tedavi edici etkinliği test başucu için büyük klinik denemeler içine tanıttı. İkinci olarak, Metodolojisi sayesinde kas iskelet microvasculature üzerinde özellikle teknik genel özgüllüğü artırmak, bu teknik odaklanır. Alternatif yaklaşımlar Doppler ultrason kullanarak tamamen ters yönde kanalı gemiler üzerinde odaklanmak ve değişiklikler, sinyal nemlendirin sonucuna. Üçüncü olarak, bu tamamen non-invaziv bir tekniktir. Kas iskelet oksidatif kapasite ile invaziv geleneksel olarak değerlendirildiğini ve ağrılı kas biyopsisi ve fonksiyonel sympatholysis sympathomimetics ve sympatholytics içi Arteryel enjeksiyon ile tespit edilebilir. Bu yaklaşım hep birlikte bu gereksinimleri önler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bu iletişim kuralı Kurumsal değerlendirme Komitesi Arlington Texas Üniversitesi'nde kuralları izler ve Helsinki Deklarasyonu en son sürümü tarafından ayarla standartlarına uygundur. Buna göre yazılı Onam yapıldı (ve olmalıdır) araştırma yordamlar başlamasından için elde edilen rahip.
1. araçları
Not: Aşağıdaki araçları açıklama bizim laboratuarda kullanılan yakın kızılötesi (Nur) Spektrometre ve veri toplama sistemine bağlıdır ( Tablo malzemelerigörmek). Böylece, bu cihazların en uygun işlev için gerekli olan adımlar yönergeleri içerir. Bu adımlar eşlik eden yazılım ve Kalibrasyon hayalet kullanarak NIR sonda Kalibrasyonu ve ortam ışığı dışlamak için karanlık bir bez uygulama içerir. Farklı veri toplama donanım ve/veya yazılım kullanılan olay bu müfettişler kalibrasyon ve ortam ışık konuları için kendi özel kullanım kılavuzları danışmalısınız. Şekil 1 deneysel kurulum ve hemen aşağıda açıklanan araçları gösterir.
- Onların kemer hattı yaklaşık LBNP kutusunu açılmasıyla bile böylece bir daha düşük vücut negatif basınç (LBNP) odası içinde (şekil 1A), kendi ayakları ile sırtüstü yatmak konu talimat. Başvurular17. nasıl bir LBNP odası kurmak için yönergeleri için bkz:
- Konuyla ilgili üç Elektrokardiyogram elektrotlar yer: iki alt, orta-klavikular bir konumda ve bir konu üzerinde sol yan medial iliyak kret. Bu yapılandırma en iyi sonuçları nedeniyle alt ekstremite, üst ekstremite ve kol hareketi araçları el kavrama egzersiz sırasında sınırlı erişim sağlar.
- Bir non-invaziv kan basıncı İzleyicisi modülü ilgilinin baskın bileğine yerleştirin. Her parmağında parmak tansiyon kelepçesi yere takıp onları modülü (şekil 1B) bağlayın. Parmak tansiyon kelepçesi düzgün aygıtınız eşlik eden kullanıcı rehberine göre kalibre emin olun.
- Konu biraz kaçırılan bir pozisyonda onların baskın kollu el kavrama dinamometre (HGD) kavramak için talimat. Kol konforlu bir komidinin yerleştirilmiş olmalıdır. Mesafe ve HGD açısı için en uygun tutuş gücü en az kol hareketi (şekil 1 c) ile izin vermek için ayarlanmalıdır.
- HGD bir başucundaki için güvenli.
- Katılımcının en büyük gönüllü kasılma (MVC) ölçmek. Katılımcı istendiğinde, onlar HGD kadar sert sadece el ve ön kol kaslarında gerçekleştirirken sıkmak gerekir, söyle. Konu onlar onların üst kol, göğüs, omuz veya karın kaslarının en fazla kavrama işlemi sırasında işe kaçınmalıdır talimat.
- Tekrar adım 1.6 üç kez, en az 60 s. kaydında elde en fazla kuvvet (en iyi 3) ayrılmış. Bu maksimum güç egzersiz yoğunluğu kas iskelet oksidatif kapasite ve (aşağıda) kaplin nörovasküler için hesaplamak için kullanılır.
- Hızlı-enflasyon manşet egzersiz el üst kol çevresinde koyun. Havayolu için manşet hızlı enflasyon denetleyicisinden bağlanmak.
- Fleksör digitorum profundus tanımlayın. Bir cilt marker hissedilir kas sınırlarını ayırma için kullanın.
- Aygıtınızla birlikte dahil kullanıcı kılavuzuna göre NIR Spektrometre düzgün kalibre edilmiş emin olun. Temiz cilt üzerinde bir alkol hazırlık silme ile NIR sonda yerleştirilir.
- NIR sonda göbek kas (fleksör digitorum profundus) Merkezi yerleştirin ve güvenli bir şekilde ön kol için yapıştırmayın.
- Sonda sarın ve ortam ışığı (şekil 1 c, şekil 1 d) müdahalelerden minimize karanlık bezle ön kol.
- Hazır olduğunuzda çalışma fonksiyonel sympatholysis bölümünü gerçekleştirmek, konu LBNP odasına kapatın.
2. iskelet kas oksidatif kapasite
Not: iskelet kası oksidatif kapasite ölçüm için deneysel bir işlem gösteren bir temsilcisi veri izleme Şekil 2'tasvir edilir. Bu deneysel bir yaklaşım içinde vivo fosfor MRS18 ve in situ kas basınçlırespirometri19karşı önceden doğrulandı ve yaygın kabul20kazanıyor.
- Konu (araçları) belirtildiği gibi araç.
- Konu hala 2 izleme deoxyhemoglobin iken (HHb) min ve oksihemoglobin (HbO2) NIR sonda ile yalan için talimat.
Not: Bu dinlenme süresi konu araçları işlemle ilişkili herhangi bir hareket artefaktı kurtarmak için izin verir ve istikrarlı temel ölçü birimlerinin sağlar. 2 dakika sonra hiçbir önemli dalgalanmalar oluştuysa, konu bir kararlı duruma veya dinlenme temel kabul edilebilir. - Manşet tıkanıklığı önce konuyu manşet şişirme bildirin. Üst kol kol en az 30 mmHg sistolik kan basıncında 5 min (Örneğin, suprasystolic) için yukarıda şişirmek. Konu hala ve hem manşet enflasyon ve aşağıdaki manşet deflasyon sırasında mümkün olduğunca rahat olarak kollarını tutmak için talimat.
Not: Bu 5 dk Brakiyal arter manşet tıkanıklığı Protokolü yakından21,22,23,24,25damar tıkanıklığı için şu anda kabul edilen klinik standart testleri yansıtır. - İlk satır taban çizgisi değeri (önce manşet tıkanıklık) ve doku doygunluk (StO2) manşet tıkanıklığı sırasında nadir değerini kaydeder ve bu iki değer arasındaki orta nokta belirlemek.
- Manşet tıkanıklığı kurtarmak ve dinlenme temel değerleri konu izin. Bir kez konu en az 1 tam min için bir dinlenme temel ettirmiştir, sonraki adıma geçin.
- Tabi sıkmak talimat ve onların MVC % 50 bir izometrik el kavrama korumak. Konu doku % 50 oranında desaturates kadar onların izometrik kasılma korumak için teşvik ediyoruz. Bu değer elde etmek üzerine konu onların el rahatla ve daha fazla egzersiz veya hareket gerektiğini bildirmek için söyle.
- 3-5 s içinde aşağıdaki bırakma egzersiz, aşağıdaki hızlı manşet tıkanıklığı serisi yönetmek (bir dizi = 1 enflasyon + 1 deflasyon), daha önce kurulan18:
Serisi #1 - 6: 5 s/5 s off
Serisi #7 - 10: 7 s/10 üzerinde s off
Serisi #11-14:10 s/15 s off
Serisi #15-18:10 sn/20 sn kapalı - 18inci Enflasyon/deflasyon serisi tamamladıktan sonra dinlenmek için konu doku doygunluk ilk temel değerlere dönmek izin isteyin. Bu değerler en az 2 min için tutarlı kalmıştır sonra 2.4 ve 2.5 adımları yineleyin.
-
Kas iskelet oksidatif kapasite hesaplama
- Tanrı'nın askerleri2değişiklik beher-in şekil 2Ciçinde resimli monoexponential kurtarma noktalarını oluşturan bireysel 18 kol occlusions eğimini hesaplayın.
- 2.7 hesaplanan verileri aşağıdaki monoexponential eğrisi18,19,26 uygun
y = sonu - Δ e-kt x
Not: 'y' göreli kas oksijen tüketim oranını (mV̇O2) manşet enflasyon sırasında 'End' egzersiz kesilmesi hemen ardından mV̇O2 temsil eder; Delta ('Δ') egzersiz sonuna mV̇O2 diğer değişikliği ettiğinizi; 'k' uydurma olduğunu oranı sabit; 't' zamanı. Tau 1/k hesaplanır.
3. reaktif hiperemi
Not: reaktif hiperemi ölçmek için deneysel bir işlem gösteren bir temsilcisi veri izleme şekil 3' te tasvir edilir.
- Sırtüstü ve Araçlı yalan konu ile (araçları) açıklandığı gibi konuyu mümkün olduğunca hareketsiz yatmasını isteyin.
- Konu tutarlı bir dinlenme duruma elde etti, en az 1 dk temel veri kaydetmek ve sonra hızla suprasystolic basınç (30 mmHg sistolik kan basıncı yukarıda) için üst kol üzerinde kan basıncı manşet şişirmek devam.
- 5 min işareti olarak hızla Hiperemik yanıt kaydederken manşet havasını boşaltmak.
- Konunun kurtarma yakalamak için en az 3 dakikadır kayıt devam etmek.
-
Reaktif hiperemi hesaplama
Not: şekil 3'te hesaplanan NIRS parametreleri tasvir edilmektedir.- Temel StO2 1 tam dk önceden üzerinde ortalama StO2 olarak arteriyel manşet tıkanıklığı başlangıcı için hesaplayın.
- İskelet kas istirahat metabolizma hızı sırasında kol (yamaç 1 olarak tanımladığınız) tıkanıklığı27,28Desatürasyon oranı (Yani, ortalama yamaç) belirleyin.
- Reaktif hiperemi aşağıdaki gibi hesaplar:
a) manşet yayın (yamaç 2Yani, reperfüzyon hızı, tanımlı), takip ortalama o andan itibaren manşet yayın rebound izleme doğrusal olarak artan faz üzerinden hesaplanır;
b) en yüksek Tanrı'nın askerleri2 değeri (StO2maxbelirtilir) manşet yayımlanmasından sonra ulaştı;
c) Reaktif hiperemi alanı altında eğrisi (AUC); 1-hesaplanan, manşet yayın saati--dan 2 ve 3-dak sonrası manşet-tıkanıklığı (AUC 1-min, AUC 2-min ve AUC 3-min, sırasıyla); ve
d) Hiperemik rezerv, Tanrı'nın askerleri2 satır taban çizgisi üzerinde değişiklik olarak hesaplanır ve yüzde (%) değişiklik olarak bildirdi. Bu değer en yüksek doygunluk adım 3.5.1 (yukarı bakın) hesaplanan ortalama doygunluk eksi rebound sonrası occlusive sırasında elde olarak hesaplanır.
Not: Temel veriler büyük farklılıklar büyük ölçüde Hiperemik rezerv yorumlayabilmek etkiler.
4. işlevsel Sympatholysis
Not: fonksiyonel sympatholysis ölçmek için deneysel bir işlem gösteren bir temsilcisi veri izleme şekil 4' te tasvir edilir.
- Konu (araçları) belirtildiği gibi araç.
- Hava geçirmez bir mühür LBNP odasında olun.
- Hala ve rahat yalan konu ile 3 dk temel veri toplamak.
- 3 dk. işareti olarak vakum üzerine açın. LBNP odası içinde basınç arasında-20 ve -30 mmHg vakum ayarlamak. Vakum için 2 dk ilgilinin yanıt izleme sırasında çalışması izin.
- 5 min işareti vakum açmak ve konu için 3 dk dinlenmeye izin.
- 8 dk. işareti olarak konu ritmik el kavrama egzersiz yoluyla rehberlik ses istemi başlatmak (% 20 MVC).
- Konu onların sıkmak sürükleyici her aşama tamamı boyunca sürdürmek ve tamamen sırasında her yinelenişi rahatlatıcı emin olun. Kuvvet çıktılarını izlemek ve % 20 elde onaylamak MVC her kavrama ile. Egzersiz 11 dk işareti kadar devam edin.
- 11 dk işareti olarak konu onların ritmik egzersiz devam etmek için teşvik vakum açmak. 11-13 dk koşmak, o zaman kapatmak için vakum izin.
- Ritmik el kavrama egzersiz onların MVC % 20 için bir ek 2 dk gerçekleştirmeden devam edin konu var. Egzersiz bırakma, sessizce konu dinlen ve hala yalan.
-
Fonksiyonel Sympatholysis hesaplama
- 5 dk manşet tıkanıklığı sırasında belirlenen toplam değişken sinyal (TLS) için LBNP ile oksihemoglobin değişikliği normalize:
- Her olay, her olay son 20 dk ortalama hesaplayın.
- Oksihemoglobin azaltma egzersizden kaynaklanan zayıflama Hesapla:
- 5 dk manşet tıkanıklığı sırasında belirlenen toplam değişken sinyal (TLS) için LBNP ile oksihemoglobin değişikliği normalize:
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Kas iskelet oksidatif kapasite
Şekil 2 bir iskelet kası NIRS kaynaklı oksidatif kapasite değerlendirme sırasında bir temsilcisi katılımcı tepki gösterir. Paneli A gösterir doku doygunluk profil bir 5 dk sırasında Arteryel oklüzyon protokolü, grip egzersiz ve egzersiz kurtarma sırasında aralıklı Arteryel oklüzyon kelepçele. Panel B aralıklı arteriyel iyileşme süresi sırasında sırasında beklenen doku Desatürasyon/yeniden-saturation profil gösterir. Desatürasyon oranı doğrudan kas oksijen tüketim hızı ile doğru orantılıdır ve Panel C'de her aralıklı manşet tıkanıklığı dönemleri için çizilir. Hesaplanan kas oksijen tüketimi kurtarma veri sonra bir monoexponential eğriyi uydurmak ve kurtarma zaman sabit türetilmiş. Aynı yaklaşımı kullanarak, çalışmalar giderek artan sayıda iskelet kas oksidatif kapasite sağlığı ve hastalığı, kas gruplarını (tablo 1) çeşitli değerlendirdi.
Reaktif hiperemi
Şekil 3 NIRS elde edilen reaktif hiperemi profil temsilcisi damar tıkanıklığı test sırasında gösterir. Bu aynı yaklaşımı çok çeşitli çalışma nüfus ve iyi bir başarı (tablo 2) kas gruplarının arasında kullanılmış. Test kolayca uyarlanabilir ve klinik olarak anlamlı ama bu verileri bu NIRS elde edilen reaktif hiperemi sadece vasküler reaktivite, içine değerli bilgiler sağlar gösterir.
İşlevsel Sympatholysis
Tablo 3 fonksiyonel sympatholysis, mekanik ve klinik sonuçları gösterilen ölçmek için burada açıklanan yaklaşım kaplin tam aynı nörovasküler kullanarak varolan edebiyat özetler. Ne zaman LBNP hafif grip bölümünde, eklenmiş olan kas oksijenasyonu refleks düşüş sağlıklı bireylerde ~ 50 oranında (şekil 4) zayıflatılmış. Başarısızlık ile kardiyovasküler veya nörolojik hastalıklar gibi (tablo 3), egzersiz sırasında sempatik (vasoconstrictor) sinir etkinliği azaltmak için oksijen teslim ve kullanımı arasındaki dengeyi bozan ve fonksiyonel kas neden olur iskemi.
Şekil 1. Deneysel set-up ve enstrümantasyon. (A) temsilcisi deneysel kurulumu, bacaklarını açıp LBNP odası içinde bir yatakta sırtüstü ve tam olarak belgelenmiş yalan tipik bir konu. (B) baskın kol beat beat arteryel kan basıncı ölçümü için bir non-invaziv beat beat kan basıncı cihazı ve kalibrasyon ve doğrulama beat beat sistemi için Brakiyal arter kan basıncı eline kelepçe ile Enstrümante. (C) araçları baskın kolun. El rahat (veri toplama sistemine bağlı) bir grip dinamometre sürükleyici ve önkol kas yakın kızılötesi spektroskopi sonda ile Enstrümante. (D) Enstrümante sonra NIRS optodes (ortam ışığı müdahalelerden ortadan kaldırmak için) bir siyah vinil bez ile kaplıdır. Buna ek olarak, bir hızlı manşet enflasyon sistemi Brakiyal arter yerleştirilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2. Kas iskelet oksidatif kapasite protokolü. (A) ham veri izleme temsilcisi bir konudan ölçülen NIRS, doku doygunluk (StO2) Zaman içinde gösterilen üzerinden. İstikrarlı bir temel kurulduktan sonra beş dakikadır ilgilinin Desatürasyon rezerv (temel StO2 ve nadir arasındaki fark) oluşturmak amacıyla tıkandı baskın kol Brakiyal arter. Tıkanıklığı kurtarma sonra konu kas oksijen tüketimi kurtarma Kinetik değerlendirmek için 18 hızlı manşet enflasyon sıra % 50 izometrik grip gerçekleştirmek için talimat verdi. (B) analiz sonra çevrimdışı her kol tıkanıklığı serisi aşağıdaki ortalama eğimi hesaplayarak veri egzersiz; burada varsayımsal manşet tıkanıklığı serisi verileri kullanarak gösterilmiştir. (C) kas oksijenasyonu kurtarma zamanı sabiti hesaplamak için her biri 18 hızlı kol occlusions (Yani, sonrası egzersiz kas oksijen tüketimi, mV̇O2) A'dan eğimi zamana karşı çizilen ve uygun bir monoexponential eğri. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3. Reaktif hiperemi deneysel protokol. İle belgili tanımlık kul sırtüstü yatan, en az 1 dk ardından 5 min Toplam Arteryel manşet tıkanıklığı ve en az 3 dk manşet yayın takip kurtarma temel verilerin kayıt. Kas iskelet oksidatif kapasite Protokolü (Şekil 2) ve bu protokol arasında bariz örtüşme unutmayın. 'Temel' Arteryel manşet tıkanıklığı önce süreyi tanımlar. ' Yamaç 1' Desatürasyon oranı manşet tıkanıklığı sırasında tanımlar ve istirahat metabolizma hızı kas iskelet bir ölçü kabul edilir. İskemi sırasında alınan en düşük StO2 değeri ' Tanrı'nın askerleri2 en az ' olarak tanımlanır ve vasodilate için iskemik uyarıcı bir ölçüsü olarak kabul edilir. Doku doygunluk reperfüzyon oranı 'Yamaç 2' olarak gösterilir ve reaktif hiperemi dizinidir; Tanrı'nın askerleri2 maksimum ve reaktif hiperemi 'eğri altındaki alan' olarak (AUC). Hiperemik rezerv bir anlayış kazanmak için Tanrı'nın askerleri2 maksimum taban çizgisinden yüzde değişiklik olarak ifade edilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4. Fonksiyonel sympatholysis deneysel protokol. Sol kapı aynası: ham veri izleme temsilcisi bir konudan. İle belgili tanımlık kul LBNP odasında sırtüstü yatan, kararlı durum temel veri toplama 3 dk. izin. LBNP üzerinde açmak için -20 mmHg 2 dk. oksihemoglobin/miyoglobin için yanıt refleks sempatik vazokonstriksiyona (mavi daire, gölgeli alan) olarak azaltmak. Kurtarma için 2 dk izin. % 20 ritmik grip egzersiz yapmak konu sormak MVC (veri toplama önce ölçülür). Konu egzersiz devam ederken ritmik egzersiz 3 dk sonra LBNP olmadan Egzersiz 2 dk ardından-20 mmHg LBNP 2 min için yineleyin. Oksihemoglobin/miyoglobin azalma önemli ölçüde zayıflatılmış (kırmızı daire, gölgeli alan) olmalıdır. Zaten yükselttiyseniz Desatürasyon dizi konunun kurmak 5 min için egzersiz kol Brakiyal arter üzerine kan basıncı manşet şişirmek. Şekildeki gölgeli alanlarda sadece oksihemoglobin/miyoglobin değişiklikleri vurgulamak içindir dikkat edin; sympatholysis hesaplamak için kullanılan sonuç değişkeni çözümlemek için Ayrıntılar iletişim kuralı bakın. Doğru kapı aynası: LBNP kaynaklı değişiklik oksihemoglobin/miyoglobin istirahat ve grip egzersiz sırasında sol tarafta verilerden hesaplanan. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| Başvuru/veri kümesi | Çalışma nüfus | Örnek boyutu (n) |
Katılımcıların yaş (yıl ± SD) |
Tau (τ) (s) |
Kas grubu | NIRS bildirilen değişken | Aygıt |
| Brizendine ve ark. (2013) | Kondisyon atletler | 8 | 25 ± 3 | 19 | Vastus kasılmasına | HBdifftamsayısının kan hacmi | Sürekli dalga (Oxymon MK III) |
| Ryan ve ark. (2014) | Genç, sağlıklı | 21 | 26 ± 2 | 55 | Vastus kasılmasına | HHb | Sürekli dalga (Oxymon MK III) |
| Güney ve ark. (2015) | Yaşlı | 23 | 61 ± 5 | 63 | Bilek fleksör | HBdiff | Sürekli dalga (Oxymon MK III) |
| Yaşlı + kalp yetmezliği | 16 | 65 ± 7 | 77 | Bilek fleksör | Sürekli dalga (Oxymon MK III) |
||
| Adami ve ark. (2017) | Normal Spirometri ile sigara içenler | 23 | 63 ± 7 | 80 | Medial önkol | Doku doygunluk dizin (TSI) | Sürekli dalga (Portamon) |
| KOAH altın 2-4 | 16 | 64 ± 9 | 100 | Medial önkol | Sürekli dalga (Portamon) |
||
| Erickson ve ark. (2013) | Medulla Spinalis Yaralanmalarında | 9 | 43 ± 11 | 143 | Vastus kasılmasına | HbO2 | Sürekli dalga (Oxymon MK III) |
Tablo 1: Kas iskelet oksidatif kapasite ölçmek için yakın kızılötesi Spektroskopi kullanarak sağlık sürekli karşısında daha önce yayımlanmış bir rapor özetini.
| Başvuru | Çalışma nüfus | Kas grubu | Bildirilen sonuçlar | Sonuç değeri |
| Lacroix, J Biomed tercih, 2012 | Sağlıklı erkek | Önkol | En yüksek oksihemoglobin | 28.05 ± 3,15 MİKRON |
| En yüksek toplam Hemoglobin | 10.56 ± 1.80 MİKRON | |||
| Artış oranı en yüksek HbO için2 | 0,75 ± 0,22 mikron/sn | |||
| Artış oranı en yüksek toplam Hb için | 0,52 ± 0,16 mikron/sn | |||
| Kragelj, Ann Biomed Eng, 2001 | Periferik damar hastalığı | Önkol | Oksijen tüketimi | 0.68 ± 0,04 mL/dk |
| Zirve için zaman | 153 ± 16 sn | |||
| HbO2 maximal mutlak Değiştir | 2,93 ± 0,22 mikron/100 mL | |||
| Suffoletto, canlandırma, 2012 | Sonrası kardiyak Arrest yoğun bakım Admittants | Tenar Hazretleri | Desatürasyon oranı | -5.6 ± 2 %/min |
| Resaturation oranı | 0.9 ± 0,6 %/sec | |||
| Dimopoulos, Respir Bakımı, 2013 | Pulmoner arter hipertansiyon | Tenar Hazretleri | Temel doygunluk % 21 O2 ile | %14,9 65.8 ± |
| O2 Tüketimi oranı % 21 O2 ile | 35.3 ± 9.1 %/min | |||
| Reperfüzyon oranı % 21 O2 ile | 535 ± 179 %/min | |||
| Doerschug, J Physiol kalp Circ Physiol kulüpler, 2007 | Organ yetmezliği ve Sepsis | Önkol | Temel doygunluk | % 84 |
| Reoxygenation oranı | 3.6 %/s | |||
| Mayeur, Hematokrit bakım Med, 2011 | Septik şok | Tenar Hazretleri | Temel doygunluk | %1.0 80 ± |
| Desatürasyon yamaç | -9.8 ± 3.7 %/min | |||
| Kurtarma yamaç | 2.3 ± 1.4 %/sec | |||
| McLay, Exp Physiol, 2016 | Sağlıklı erkek | Tibialis Anterior | Temel doygunluk | 71,3 ± % 2.9 |
| En düşük doygunluk | 44,8 ± % 8,6 | |||
| Desatürasyon yamaç | -0.1 ± 0.03 %/s | |||
| Kurtarma yamaç | 1.63 ± 0.5 %/s | |||
| En yüksek doygunluk | 82,6 ± %2.3 | |||
| McLay, Physiol Rep, 2016 | Sağlıklı erkek | Tibialis Anterior | Temel doygunluk | 71.1 ± % 2.4 |
| En düşük doygunluk | 46,2 ± % 7,5 | |||
| En yüksek doygunluk | 82.1 ± % 1,4 | |||
| Kurtarma yamaç | 1.32 ± 0,38 %/s |
Tablo 2: Reaktif hiperemi ölçmek için yakın kızılötesi Spektroskopi kullanarak sağlık sürekli karşısında daha önce yayımlanmış bir rapor özetini.
| Başvuru | Çalışma nüfus | % Zayıflama |
| Nelson MD, J. Physiol, 2015 | Sağlıklı | -57 |
| Becker Musküler Distrofi | -13 | |
| Vongpatanasin, J. Physiol, 2011 | Sağlıklı | -93 |
| Hipertansiyon | -14 | |
| Fadel, J. Physiol, 2004 | Öncesi menopoz | -84 |
| Sonrası menopoz | -19 | |
| Sander, PNAS, 2000 | Sağlıklı | -74 |
| Duchenne kas distrofisi | . 7 | |
| Nelson MD, Nöroloji, 2014 | Sağlıklı | -54 |
| Duchenne kas distrofisi | -7 | |
| Fiyat, hipertansiyon, 2013 | Hipertansiyon ön arıtma | -52 |
| Hipertansiyon Post-Nebivololün tedavi | -97 | |
| Hansen, J. Clin. Yatırım., 1996 | % 20 MVC, sağlıklı egzersiz | -92 |
| % 30 MVC, sağlıklı egzersiz | -125 |
Tablo 3: Özet fonksiyonel sympatholysis değerlendirmek için daha düşük vücut negatif basınç ve grip egzersiz, birlikte yakın kızılötesi spektroskopi, kullanarak sağlık sürekli karşısında daha önce yayımlanmış raporlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Burada açıklanan yöntemleri non-invaziv, klinik değerlendirme reaktif hiperemi, nörovasküler kaplin ve kas iskelet oksidatif kapasite içinde tek bir klinik veya laboratuvar ziyaret etkinleştirin.
Kritik konuları
NIRS nispeten sağlam ve kullanımı kolay olsa da, bu veri toplama gerekir dikkatli optodes kas göbek üzerinde yerleşimini sıkıca yerde hareket artefaktı önlemek için güvenli ve loş bir odada önlemek için bir siyah vinil levha ile kaplı dış ışık yakın kızılötesi girişim. Ayrıca, kaliteli veri alma ağır test ve konu ve sınama ekibi arasında açık iletişim kullanır. Biz ve diğerleri, uygun bakım ve dikkat ile gerçekleştirildiğinde, NIRS içinde bir tek çalışma ziyareti ve birden fazla ziyaret10,11,24,29arasında son derece tekrarlanabilir olduğunu bulduk. Ayrıca, burada bildirilen fizyolojik sonuç değişkenleri (Yani, kas iskelet oksidatif kapasite, reaktif hiperemi ve nörovasküler kaplin) deneysel/klinik müdahale, hem içinde hem de çalışma ziyaretleri arasında duyarlıdır 30 , 31 , 10 , 11.
NIRS sonucu değişkenlerin uygun raporlama üzerinde şu anda sınırlı fikir birliği yoktur. Örneğin, kas iskelet oksidatif kapasite ölçerken, HbO232, HHb19, sert kapak ciltlidiff30 ve doku O2 doygunluk (Bu da çalışmanın ve diğerleri33 kurtarma Kinetik müfettişler uygun ). Aynı şekilde, benzer formaya sonucu değişkenleri de bildirilmiştir NIRS-esaslı reaktif hiperemi için. 34 , 35 , 36 , 37 Bazı Bu tutarsızlık kullanılan NIRS aygıt türü ile ilişkili olabilir. Örneğin, (burada kullanıldığı şekliyle) frekans etki alanı aygıtlar HbO2 ve HHb mutlak miktar sağlamak ve böylece toplam Hb içerik (verileri düzeltmek gereğini inkâr) Akut değişiklikleri tarafından etkilenip etkilenmedikleri sınanmamıştır. Buna ek olarak ancak, sürekli cihazlar büyük ölçüde toplam hemoglobin, veri düzeltme25gerektiren akut değişikliklerden etkilenir.
Değişiklikler ve sorun giderme
Bir önemli ve şu anda kaçınılmaz NIRS sınırlı penetrasyon derinliği (~ 2 cm) kısıtlamasıdır. Bu nedenle, bacak obezite önemli ölçüde azaltabilir — ve hatta tamamen ortadan kaldırmak — NIRS sinyal ve potansiyel konular eleme zaman düşünülmelidir. Bunun için denetlemek için müfettişler ölçmek için teşvik edilir deri kıvrım kalınlığı forearm ve katılımcılar ile önemli çevresel obezite hariç.
Vasküler yanıt, nörovasküler kaplin ve/veya kas iskelet oksidatif kapasite (Yani, ilaç, Genetik mutasyonlar, vb) modüle herhangi bir faktör gerçekten burada açıklanan birincil noktalardan ölçümleri etkiler . Araştırmacılar bu nedenle bu protokolü adapte zaman bu faktörlerin dikkate teşvik ve gelecekteki deneme planlama.
Fonksiyonel sympatholysis belirlenmesi için müfettişler sinyal hala mevcut ve egzersiz-LBNP sırasında gözlenen farklılıklar değil sadece sinyal veya ölçüm hatası kaybı nedeniyle vardı emin olmak için ikinci bir dinlenme LBNP sorun eklemek isteyebilirsiniz. Bu 3-5 dk dinlenme LBNP meydan tekrarlanmadan önce oksihemoglobin sinyal temel değerlerine tam kurtarma için izin vermek izin vermek için tavsiye edilir.
Gelecekteki uygulamalar veya bu teknik mastering sonra yön
NIR spektroskopisi lazer ışık doku oksijenli ve deoxygenated hemoglobin konsantrasyonu değerlendirmek için kullanılır. Reaktif hiperemi ve fonksiyonel sympatholysis ölçüm sırasında bu parametreler göreli değişiklikleri değişiklikleri mikrovasküler akışı temsil inanılıyor. Diffüz korelasyon spektroskopisi (DCS) olduğunu ortaya çıkan yakın kızılötesi görüntüleme oksi konsantrasyonu değerlendirilmesi yanı sıra, yaklaşım- ve deoxyhemoglobin, ayrıca mikrovasküler perfüzyon38ölçmek. Bu iki görüntüleme yaklaşım arasında bariz benzerlikler göz önüne alındığında, DCS birleşme önerilen teknikleri içine neredeyse kusursuz olacak ve ek miktar mikrovasküler işlevi ve perfüzyon içgörü sağlayabilir.
Bir kere bu tekniğin hakim, kalp yetmezliği, olanlar gibi klinik nüfus uygulaması önemli mekanik kavrama içine egzersiz intoleransı ve kardiyovasküler disfonksiyon sağlayacak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.
Acknowledgments
Bu eser bir Arlington disiplinler arası araştırma programı hibe Texas Üniversitesi tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Huang, A. L., et al. Predictive value of reactive hyperemia for cardiovascular events in patients with peripheral arterial disease undergoing vascular surgery. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 27 (10), 2113-2119 (2007).
- Suryapranata, H., et al. Predictive value of reactive hyperemic response on reperfusion on recovery of regional myocardial function after coronary angioplasty in acute myocardial infarction. Circulation. 89 (3), 1109-1117 (1994).
- Richardson, R. S., et al. High Muscle Blood-Flow in Man - Is Maximal O2 Extraction Compromised. J of Appl Physiol. 75 (4), 1911-1916 (1993).
- Clifford, P. S., Hellsten, Y. Vasodilatory mechanisms in contracting skeletal muscle. J Appl Physiol. 97 (1), 393-403 (2004).
- Hansen, J., Thomas, G. D., Jacobsen, T. N., Victor, R. G. Muscle metaboreflex triggers parallel sympathetic activation in exercising and resting human skeletal muscle. Am J Physiol. 266 (6 Pt 2), H2508-H2514 (1994).
- Thomas, G. D., Victor, R. G. Nitric oxide mediates contraction-induced attenuation of sympathetic vasoconstriction in rat skeletal muscle. J Physiol. 506 (Pt 3), 817-826 (1998).
- Hansen, J., Thomas, G. D., Harris, S. A., Parsons, W. J., Victor, R. G. Differential sympathetic neural control of oxygenation in resting and exercising human skeletal muscle. J Clin Invest. 98 (2), 584-596 (1996).
- Rosenmeier, J. B., Fritzlar, S. J., Dinenno, F. A., Joyner, M. J. Exogenous NO administration and alpha-adrenergic vasoconstriction in human limbs. J Appl Physiol. 95 (6), 2370-2374 (2003).
- Fadel, P. J., Keller, D. M., Watanabe, H., Raven, P. B., Thomas, G. D. Noninvasive assessment of sympathetic vasoconstriction in human and rodent skeletal muscle using near-infrared spectroscopy and Doppler ultrasound. J Appl Physiol. 96 (4), 1323-1330 (2004).
- Nelson, M. D., et al. PDE5 inhibition alleviates functional muscle ischemia in boys with Duchenne muscular dystrophy. Neurology. 82 (23), 2085-2091 (2014).
- Nelson, M. D., et al. Sodium nitrate alleviates functional muscle ischaemia in patients with Becker muscular dystrophy. J Physiol. 593 (23), 5183-5200 (2015).
- Remensnyder, J. P., Mitchell, J. H., Sarnoff, S. J. Functional sympatholysis during muscular activity. Observations on influence of carotid sinus on oxygen uptake. Circ Res. 11, 370-380 (1962).
- Kodama, S., et al. Cardiorespiratory fitness as a quantitative predictor of all-cause mortality and cardiovascular events in healthy men and women: A meta-analysis. JAMA. 301 (19), 2024-2035 (2009).
- Westerblad, H., Place, N., Yamada, T. Muscle Biophysics: From Molecules to Cells. Rassier, D. E. , Springer. New York. 279-296 (2010).
- Tyni-Lenné, R., Gordon, A., Jansson, E., Bermann, G., Sylvén, C. Skeletal muscle endurance training improves peripheral oxidative capacity, exercise tolerance, and health-related quality of life in women with chronic congestive heart failure secondary to either ischemic cardiomyopathy or idiopathic dilated cardiomyopathy. Am J of Cardiol. 80 (8), 1025-1029 (1997).
- Cabalzar, A. L., et al. Muscle function and quality of life in the Crohn's disease. Fisioter Mov. 30, 337-345 (2017).
- Esch, B. T., Scott, J. M., Warburton, D. E. Construction of a lower body negative pressure chamber. Adv Physiol Educ. 31 (1), 76-81 (2007).
- Ryan, T. E., Southern, W. M., Reynolds, M. A., McCully, K. K. A cross-validation of near-infrared spectroscopy measurements of skeletal muscle oxidative capacity with phosphorus magnetic resonance spectroscopy. J Appl Physiol. 115 (12), 1757-1766 (2013).
- Ryan, T. E., Brophy, P., Lin, C. T., Hickner, R. C., Neufer, P. D. Assessment of in vivo skeletal muscle mitochondrial respiratory capacity in humans by near-infrared spectroscopy: a comparison with in situ measurements. J Physiol. 592 (15), 3231-3241 (2014).
- Adami, A., Rossiter, H. B. Principles, insights and potential pitfalls of the non-invasive determination of muscle oxidative capacity by near-infrared spectroscopy. J Appl Physiol. , (2017).
- 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 (2), 257-265 (2002).
- Thijssen, D. H., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: a methodological and physiological guideline. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 300 (1), H2-H12 (2011).
- Green, D. J., Jones, H., Thijssen, D., Cable, N. T., Atkinson, G. Flow-mediated dilation and cardiovascular event prediction: does nitric oxide matter? Hypertension. 57 (3), 363-369 (2011).
- Southern, W. M., Ryan, T. E., Reynolds, M. A., McCully, K. Reproducibility of near-infrared spectroscopy measurements of oxidative function and postexercise recovery kinetics in the medial gastrocnemius muscle. Appl Physiol Nutr Metab. 39 (5), 521-529 (2014).
- Ryan, T. E., Erickson, M. L., Brizendine, J. T., Young, H. J., McCully, K. K. Noninvasive evaluation of skeletal muscle mitochondrial capacity with near-infrared spectroscopy: correcting for blood volume changes. J Appl Physiol. 113 (2), 175-183 (2012).
- Ryan, T. E., et al. Skeletal muscle oxidative capacity in amyotrophic lateral sclerosis. Muscle Nerve. 50 (5), 767-774 (2014).
- Mayeur, C., Campard, S., Richard, C., Teboul, J. L. Comparison of four different vascular occlusion tests for assessing reactive hyperemia using near-infrared spectroscopy. Crit Care Med. 39 (4), 695-701 (2011).
- McLay, K. M., et al. Vascular responsiveness determined by near-infrared spectroscopy measures of oxygen saturation. Exp Physiol. 101 (1), 34-40 (2016).
- McLay, K. M., Nederveen, J. P., Pogliaghi, S., Paterson, D. H., Murias, J. M. Repeatability of vascular responsiveness measures derived from near-infrared spectroscopy. Physiol Rep. 4 (9), (2016).
- Ryan, T. E., Southern, W. M., Brizendine, J. T., McCully, K. K. Activity-induced changes in skeletal muscle metabolism measured with optical spectroscopy. Med Sci Sports Exerc. 45 (12), 2346-2352 (2013).
- Southern, W. M., et al. Reduced skeletal muscle oxidative capacity and impaired training adaptations in heart failure. Physiol Rep. 3 (4), (2015).
- Ryan, T. E., Brizendine, J. T., McCully, K. K. A comparison of exercise type and intensity on the noninvasive assessment of skeletal muscle mitochondrial function using near-infrared spectroscopy. J Appl Physiol. 114 (2), 230-237 (2013).
- Adami, A., Cao, R., Porszasz, J., Casaburi, R., Rossiter, H. B. Reproducibility of NIRS assessment of muscle oxidative capacity in smokers with and without COPD. Respir Physiol Neurobiol. 235, 18-26 (2017).
- Lacroix, S., et al. Reproducibility of near-infrared spectroscopy parameters measured during brachial artery occlusion and reactive hyperemia in healthy men. J Biomed Opt. 17 (7), 077010 (2012).
- Bopp, C. M., Townsend, D. K., Warren, S., Barstow, T. J. Relationship between brachial artery blood flow and total [hemoglobin+myoglobin] during post-occlusive reactive hyperemia. Microvasc Res. 91, 37-43 (2014).
- Willingham, T. B., Southern, W. M., McCully, K. K. Measuring reactive hyperemia in the lower limb using near-infrared spectroscopy. J Biomed Opt. 21 (9), 091302 (2016).
- Kragelj, R., Jarm, T., Erjavec, T., Presern-Strukelj, M., Miklavcic, D. Parameters of postocclusive reactive hyperemia measured by near infrared spectroscopy in patients with peripheral vascular disease and in healthy volunteers. Ann Biomed Eng. 29 (4), 311-320 (2001).
- Gurley, K., Shang, Y., Yu, G. Noninvasive optical quantification of absolute blood flow, blood oxygenation, and oxygen consumption rate in exercising skeletal muscle. J Biomed Opt. 17 (7), 075010 (2012).
