Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Ultralyd Vurdering af Endotel-afhængige Flow-medieret Vasodilatation af pulsåren i den kliniske forskning

Published: October 22, 2014 doi: 10.3791/52070

Summary

Endothelial dysfunktion er forbundet med en række sygdomstilstande og er prædiktive for uønskede kardiovaskulære hændelser hos mennesker. Flow-medieret vasodilatation (FMD) er en non-invasiv ultralyd metode til at evaluere endotelfunktion. Metodiske valg og operatør erfaring kan påvirke resultaterne. En systematisk tilgang til MKS i humane studier diskuteres her.

Abstract

Det vaskulære endotel er et monolag af celler, der dækker det indre af blodkar og giver både strukturelle og funktionelle roller. Den endotel fungerer som en barriere, der forhindrer leukocytadhæsion og sammenlægning, samt kontrollere permeabilitet til plasma komponenter. Funktionelt, endothelium påvirker fartøjets tone.

Endotel dysfunktion er en ubalance mellem de kemiske stoffer, som regulerer fartøj tone, thombroresistance, cellulær proliferation og mitose. Det er det første skridt i åreforkalkning og er forbundet med koronararteriesygdom, perifer arterie sygdom, hjertesvigt, hypertension og hyperlipidæmi.

Den første demonstration af endotel dysfunktion involveret direkte infusion af acetylcholin og kvantitativ koronarangiografi. Acetylcholin bindes til muskarine receptorer på endotelcelleoverfladen, hvilket fører til en stigning i intracellulært calcium og øget nitriske oxid (NO) produktion. Hos forsøgspersoner med intakt endotel blev vasodilatation iagttaget, mens patienter med endotel skade oplevede paradoksalt vasokonstriktion.

Der findes en ikke-invasiv, in vivo-metoden til måling af endotelial funktion i perifere arterier ved hjælp af høj opløsning B-modus ultralyd. Den endotel funktion af perifere arterier er nært beslægtet med koronar funktion. Denne teknik måler den procentvise ændring diameter i brachialarterien i en periode af reaktiv hyperæmi efter iskæmi i lemmerne.

Denne teknik, der er kendt som endotel-afhængige, flow-medieret vasodilatation (FMD) har værdi i klinisk forskning indstillinger. En række fysiologiske og tekniske spørgsmål, kan dog påvirke nøjagtigheden af ​​de resultater og relevante retningslinjer for teknikken er blevet offentliggjort. Til trods for de retningslinjer, MKS fortsat meget operatørafhængig og præsenterer en stejl indlæringskurve.Denne artikel præsenterer en standardiseret metode til måling af MKS i brachialarterien på overarmen og giver forslag til at reducere variabilitet intra-operatør.

Introduction

Den humane vaskulære endotel indeholder strukturelle og funktionelle roller i kroppen. I histologiske sektioner forekommer lille endothelium, der omfatter et tyndt lag af celler 1-2 mikrometer tyk sidder oven på et lag af glatte muskelceller (medier) og et tykt lag af bindevæv (adventitia). Taget som en helhed, endothelium giver et bredt område for udveksling af information mellem blod og vaskulær glat muskelvæv. Ved et skøn, et tværsnitsareal på 700 m 2 og en masse på 1.000-1.500 gram i en 70 kg mand, er sammenlignelig i masse til leveren 1. En sund endotel giver mulighed for mekanisk at kemisk signal transduktion for at opretholde homeostase af blodkarret. Endotel dysfunktion er en ubalance af disse mediatorer og det første skridt i vaskulær sygdom, stede, inden det histologiske tegn på åreforkalkning. En ikke-invasiv, in vivo-metode til kvantificering vasodilaterende funktion af humanarterie eksisterer. Denne metode, endotel-afhængige, flow-medieret vasodilatation (FMD) er almindeligt anvendt i kliniske forsøg.

Den endotel fungerer som en strukturel komponent af vaskulaturen og fremstiller komponenter af den ekstracellulære matrix, såsom glycosaminoglycaner og fibronektin 2. Langsigtede ændringer i blodgennemstrømning og akut beskadigelse af arterien kan føre til strukturelle ændringer. Funktionelt, deltager de vaskulære endotelceller i reguleringen af ​​fartøjets tone, inflammatoriske processer, antithrombosis og antikoagulationsbehandling. Endotelceller påvirker vasokonstriktion gennem endothelin mens vasodilatation medieres af nitrogenoxid (NO), prostacyclin og endotel afledt hyperpolarisering faktor (EDHF) 3-6.

Endotel dysfunktion er en forringelse af nogen af ​​disse mæglere og det første skridt i åreforkalkning. Ikke overraskende, som en mekanisme til sygdom, er det forbundet med en række klinisk vigtigetilstande, såsom koronararteriesygdom, hypertension og diabetes mellitus 7-11. Vigtigt er det, kan observeres endotel dysfunktion hos individer uden diagnosticeret hjerte-karsygdomme og er en indikator for fremtidige kardiovaskulære hændelser 7,12,13. Et mål for endotel dysfunktion, i kombination med Framingham score, kan give yderligere prognostisk information over enten foranstaltning alene 14.

Foranstaltninger af endotel dysfunktion kan involvere direkte infusion af et farmakologisk middel. Intercoronary infusion af acetylcholin, for eksempel kombineret med kvantitativ angiografi viser vasodilatation hos patienter med en intakt endotel. Men personer med endotelødelæggelse erfaring paradoksale vasokonstriktion. 15 i perifere arterier, infusion af et farmakologisk middel med måling af flow af gauge-stammen plethysmografi er mulig 16.

Agents, der har direkte indvirkning på endotel og fremkalde en kemisk signal betegnes endotel-afhængige vasodilatatorer. Acetylcholin for eksempel virker på muskarine receptorer på endotelceller, hvilket fører til øget intra-cellulær calciumkoncentration, aktivering af nitrogenoxidsyntase og vasodilatation. Midler, som påvirker vasodilation uden involvering af endotel kaldes endotel-uafhængige midler. Nitroglycerin, for eksempel aktiverer opløselig guanyl-cyclase og cyklisk guanosin-3 '- 5'-monophasphate (cGMP), som formidler karudvidelse i karvæggen gennem proteinkinaser regulerer intracellulære calciumkoncentrationer 17.

Der er en non-invasiv, in vivo-metode til kvantificering af endotel dysfunktion indført ved Celermajer og associerede kaldet "flow-medieret, endotel-afhængige vasodilatation" (FMD) 18. Kort fortalt ændringer arteriel blodgennemstrømning åben forskydningsspænding følsomme ion channaler i endotelet. Signalet tranduced via en anden messenger kaskade og aktiverer endotel nitrogenoxidsyntase (eNOS), genererer NR. Denne art diffunderer gennem cellemembranen til tilstødende glatte muskelceller (SMC). Inden for SMC signalet transduceres, sænke intracellulære calciumkoncentration og påvirker vasorelaksation 19. Diameteren af ​​arterie lumen øges, hvilket fører til en stigning i flowet i overensstemmelse med Hagen-Poiseullie ligning blod. Effekten af MKS kan afskaffes med administration af en NO syntase inhibitor, såsom mono-methylarginin (L-NMMA) 20.

Celermajer et al. Nyskabende arbejde har tilladt brugen af høj opløsning B-mode ultralyd til at vurdere ændringen i arterie diameter under den reaktive hyperæmi der følger iskæmi. I denne teknik et menneske hviler liggende og diameteren af ​​brachialarterien måles i et langsgående plan. En blod-trykkogerre manchetten anvendes til at producere iskæmi i lemmerne. Efter frigivelse af blodtryksmanchet diameteren af ​​arterien måles igen. Den hurtige forandring i forskydningsspænding er den stimulus for NO medieret vasodilatation. En simpel ligning beskriver ændringen i diameter i forhold til basislinjen diameter (ligning 1). En fuld diskussion af parametrene i denne ligning, hyperæmi og baseline diameter, kan findes i protokollen og resultater sektioner.

I flere studier har procent FMD vist sig at forudsige kardiovaskulære hændelser hos patienter med nedsat kardiovaskulær sygdom 21-24. En sammenhæng mellem pulsåren procent MKS og koronar MKS blev etableret af Anderson et al., Dæmonertrating en sammenhæng mellem perifere målinger og de ​​mere klinisk relevante iskæmiske forandringer til hjertet 25. MKS ikke viser den maksimale vasodilatation af fartøjet. For at evaluere denne kan MKS efterfølges af endotel-afhængig, nitroglycerin-medieret vasodilatation af det samme fartøj.

Der er tekniske problemer, der påvirker måling af procent MKS. Siden indførelsen af den teknik, viste flere studier en høj grad af inden for individet og inter-operatør variabilitet 26. Det er blevet påvist, at fysiologiske faktorer såsom rygning, antihypertensiv medicin, tidspunkt på dagen, og fastende tilstand påvirker procent MKS. Ligeledes har tekniske valg, såsom placeringen af manchetten i forhold til stedet for måling og varigheden af okklusion vist sig at påvirke målingen 27,28. Retningslinjerne er offentliggjort, at beskrive den nuværende konsensus og give mulighed for standardisering af teknik mellemlaboratorier 19,29.

På trods af den større enighed om, teknik, flow-medieret vasodilatation fortsat meget afhænger af operatøren med en lang indlæringskurve. Corretti, for eksempel, anbefaler sonographer komplet 100 scanninger under tilsyn af en erfaren efterforsker før operere selvstændigt. For at opretholde et niveau af tilstrækkelig ekspertise, anbefales det teknikeren komplet 100 scanninger årligt. For efterforskerne med en lille prøve befolkning og begrænsede ressourcer, indlæringskurven præsenterer en adgangsbarriere. Denne artikel vil vise en metode til flow-medieret vasodilatation af pulsåren i overarmen og tilbyde tekniske forslag til at reducere variabilitet intra-operatør.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den følgende procedure, der er udviklet som en del af en investigator-indledte studie blev gennemgået og godkendt af University of California, gav San Francisco (UCSF) Udvalget om menneskelige Forskning (CHR) og alle deltagere informeret samtykke.

1. Udstyr

  1. Brug en EKG gated billedoptagelse system til at registrere og analysere MKS. Tilslut en Philips HD11 ultralyd til en stationær pc.
  2. Tilslut et videosignal fra ultralyd med en speciel ramme-grabber kort på pc'en.
  3. Relæ et lydsignal fra ultralyd til et EKG gating modul, som forstærker signalet. Bær det forstærkede signal til pc'en, for at tillade billedoptagelse software til at identificere og optage billeder på en konsekvent tidspunkt i hjertets cyklus. Generere signalet fra den skarpe afbøjning af R-bølge i EKG.
  4. Brug en 5-12 MHz lineær transducer for at optimere opløsning ved dybden af ​​brachialarterien.

2.Emne Forberedelse

  1. Sikre, at deltagerne hurtigt og undgå motion i 8 timer før eksamen samt undgå koffein eller nikotin i mindst fire fours. Sikre, at deltagerne undgår medicin, der påvirker vaskulære tone eller minutvolumen fire halveringstider.
    BEMÆRK: Kost, medicin, og tidspunkt på dagen kan påvirke resultaterne.
  2. Gennemføre eksamen i et stille, mørkt rum ved 21 ° C. Ved udførelse af longitudinelle studier, holde gentage eksamener på samme tid af dagen.

3. basisliniemålinger

  1. Spørg patienten ligge liggende på en eksamen bordet. Vedhæft en 3-lead EKG i en standard position. Løse eventuelle ortopædiske spørgsmål for at sikre emnet vil være komfortable og afstå fra bevægelse under eksamen.
  2. Lad emnet hvile i 10 minutter før starten af ​​prøven. Efter 5 min hvile, måle motivets blodtrykket ved en oscillometrisk, non-invasive blodtryk skærm.
    1. Anvend en 5 cm tilurniquet manchet i enten en proximal eller distal stand til at påvise overarmen teknik.
    2. Forlæng emnet arm sideværts og holdes ved niveauet af hjertet.
    3. Afhængig operatørens præference, skal du bruge et bord og pude til at begrænse emnet arm.
    4. Placer armen af ​​operatøren i en position, der modstår træthed og yder støtte til håndleddet. Prøv at minimere udvidelse af håndleddet og holde underarmen i anatomisk neutral position.
  3. Gennemføre et tværsnit scanning af brachialarterien, der begynder ved indsættelse af bicep og fortsætter proximalt. Brug farver flow imaging at kontrollere brachialarterien og at lokalisere sikkerhedsstillelse fartøjer, der kan tjene som pejlemærker.
  4. Når der findes en passende stilling, dreje sonden 90 °, så den proksimale kant vises på venstre side af ultralyd skærmen. Fastholde position på arterie ved hjælp af en betydelig praksis og en delikat touch. Verify orientering ved at skubbe vævet nær den distale kant. Markere emnet hud langs den bageste kant af sonden.
  5. Juster fokus indstillingen af ​​sonden med den dybe eller "langt" mur af brachialarterien at forbedre lateral opløsning af billedet. Varier probe indstillinger på den aksiale opløsning med en højere frekvens forbedre aksial opløsning.
  6. Juster vinklen af ​​sonden for at optimere kontrast opløsning af både den nærmeste og de yderste vægge. Små ændringer til den vinkel kan resultere i forbedret kontrast. Vurdere vinkel med en simpel vinkelmåler hvis serielle Eksamen afholdes om emnet.
  7. For at sikre høj kvalitet målinger sikre, at fartøjet er vandret og på linie med den langsgående akse. Foretag små ændringer i tryk (krængning ene kant af sonden) for at hjælpe med at rette arterien. Samlet set holde trykket lys for at forhindre træthed hos føreren.
  8. Når optimeret, sørge for, at "Double Lines of pignoli" kan ses in begge vægge, der svarer til intima-media tykkelse. Brug gain justeringer for at reducere ekko i karhulrummet. Tillade mindst 2 cm af intima-middelbare tykkelse (IMT) på begge sider til måling diameter nøjagtige.

4. basisliniemålinger

  1. Optag baseline hastighed ved hjælp af 2D Doppler-tilstand. Anbring prøven porte i midten af ​​hulrummet og opretholde en insonation vinkel på 60 °. Collect 60 sek af data.

5. Okklusion Fase

  1. Pump manchetten til 50 mm Hg over emnet systoliske blodtryk. Ved hjælp af en 5 cm tourniquetmanchetten vil overvurdere det systoliske tryk. Brug 2D Dopplerbilleddannelse at kontrollere okklusion.
  2. Brug en timer til at spore varigheden af ​​okklusionen som mange blodtryksmanchetter langsomt mister tryk i løbet af 5 minutter. Brug 2D Dopplerbilleddannelse at kontrollere fuldstændig okklusion.
  3. Efter 04:30 af okklusion, placere 2D-Dopplerportens lidt overfladisk på den langsgåendeakse af arterien. Juster den lodrette skala til at redegøre for hastigheder 2-3x højere end baseline.
  4. Juster indstillingerne på billedoptagelse software til 03:10 af optagelsen.
  5. Begynde at optage 10 sek før manchetfrigivelse at fange tidspunktet for manchetfrigivelse, en vigtig parameter, når man måler tiden til maksimal diameter under dataanalysen.

6. Hyperæmi

  1. Slip manchetten. Som arterien kan skifte overfladisk efter manchetfrigivelse, foretage små ændringer i sondens position, mens du lytter til forstærkning af lyden til at kompensere for skiftet. Flyt Dopplerprøvelinjen gate og insonation vinkel, hvis arterie skift.
  2. Efter 30 sek af hastighed optagelse, skifte ultralyd til B-mode.
  3. Da det er almindeligt, at sonden kan glide proksimalt under en eksamen, skal du bruge vartegn fartøj eller mærkning på forsøgspersonernes hud til at kontrollere sondens position. Denne fase af eksamen er kritisk for at opnå præcisresultater.
  4. Juster sonden position eller vinkel at optimere IMT på begge vægge som små ændringer grad kan forbedre billedet. Optag diameteren i 3 min.
  5. Hvis der planlægges gentagne målinger, skal du bruge mærkningen på patientens hud for at optage afstand fra antecubital fossa. Spørg motivet til at bøje deres arm 90 ° og markér den krølle. Mål fra denne linje til linje foretaget tidligere.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De vigtigste variable flow-medieret vasodilatation er vist i tabel 1.

Variabel Beskrivelse
Middel hastighed (cm / sek) Den gennemsnitlige arterielle hastighed af blod i den midterste 50% af hulrummet under en hjertecyklus estimeret ud fra Doppler spektrale bølgeformer, der er proportionale med blodgennemstrømningen og omvendt proportional med tværsnitsarealet (se figur 1).
Diameter (mm) Den intima-intima afstand målt fra et længdesnit langs aksen (se figur 2). Dette måles ved baseline og under reaktiv hyperæmi.
Flow (ml / min) Den massestrømning af væske i cirkulation, er matematisk fra gennemsnitlig hastighed og diameter (se ligning 2).
Forskydningsspænding (dyn / cm 2) Den friktionskraft, der udøves af cirkulerende blod på intima overflade, proportional med hastigheden og omvendt proportional med en diameter, der stammer fra gennemsnitlig hastighed og diameter (se ligning 3).
% MKS Ændringen i arterielt diameter efter okklusion som reaktion på hyperæmi over baseline diameter (se ligning 1).

Tabel 1. De vigtigste variable flow-medieret vasodilatation.

Denne MKS protokol vil give tilstrækkelige oplysninger til at måle% flow-medieret vasodilation, flow, og shear stress. Optagelse 60 sek af baseline data vil hjælpe konto til normal, fysiologisk variation i hjertefrekvens og respiration. Analyse software vil beregne diameter under baseline og hyperæmi faser. Nogle softwarepakker kan måle den gennemsnitlige hastighed (m / s) under et punkt i hjertecyklussen ved at integrere arealet under hastigheden spektrale bølgeform og dividere med tid til at nå en tidsgennemsnitlig hastighed. Diameter og Velocity vil tillade en investigator til at beregne følgende variabler.

Ligning 1.
% MKS er defineret som: Ligning 1 .

Ligning 2.
Mean Flow i ml / min er defineret som: Ligning 2 .

Ligning 3.
Forskydningsspænding er defineret som: Ligning 3 hvor T w er forskydningsspænding i dyn / cm 2, Q er gennemsnitlige volumenstrøm, og μ er viskositeten af blod, antages at være 0,035 poise.

ent "> Eksempel data fra studier udført på UCSF Vaskulære Integreret Fysiologi og Experimental Therapeutics Lab (VIPERx) er givet i tabel 2 og tabel 3. korthed eksempel kohorten er et tilfældigt valgt delmængde af deltagere i tværsnit arm af Omega-PAD forsøg (NCT01310270) 30. Alle deltagere var patienter henvist til ambulant karkirurgi klinik af San Francisco Veterans Affairs Medical Center til vurdering af perifer arterie sygdom (PAD). PAD diagnosen var baseret på de nuværende retningslinjer for en ankel-brachialis indeks <0,9. Patienter med usammentrykkelige arterier (ABI> 1.4) blev udelukket. Inklusion i "Ingen PAD" gruppe var baseret på ABI> 0,9 og fraværet af PAD, CAD, og ​​CVD. blev foretaget statistisk analyse af t-test for kontinuerlige variabler eller chi-kvadrat-test for kategoriske variable.

Eksemplet kohorte er næsten udelukkende mænd med en gennemsnitsalder er 68 ±9 år og hvide, 74%. Som helhed deltagerne bære en række kardiovaskulære risikofaktorer herunder: hypertension (84%), hyperlipidæmi (78%), rygevaner (86%), og fedme (middel BMI er 30 ± 6). Samlet set 16% af deltagerne foretage en diagnose af koronararteriesygdom (CAD) og 40% en diagnose af diabetes mellitus.

Forekomsten af hypertension var højere i PAD gruppe end den ikke-PAD-gruppen (96% vs 72%, p = 0,02), som var CAD (32% versus 0%, p <0,001) og diabetes (56% vs 24%, p = 0,02). PAD gruppe havde større abdominal fedme, men ikke til niveauet af signifikans (talje-hofte ratio på 1,04 mod 1,00, p = 0,065). Ligeledes PAD gruppe havde dårligere lavdensitetslipoprotein (LDL) end den ikke-PAD gruppe (68 vs 101 mg / dl, p <0,001), men bedre total kolesterol (142 versus 174 mg / dl, p = 0,002). Begge grupper blev forvaltes hensigtsmæssigt med medicin, hvilket viser udbredt brug of statiner og antihypertensiv medicin. PAD-koncernen viser en højere grad af aspirin (84% versus 48%, p = 0,007) og beta-blokkere (60% vs 28%, p = 0,023), i overensstemmelse med deres co-morbiditet.

Tabel 3 viser eksempel flow-medieret vasodilatation data fra de to grupper. De grundlæggende kendetegn, som svarer til hver gruppe viser lignende diameter, hastighed og flow. PAD-gruppen dog demonstrere dårligere flow-medieret vasodilation end den ikke-PAD-gruppen (6,8% versus 9,1%, p = 0,021). Resultater for både koncern falder inden for det forventede interval for personer med kardiovaskulære risikofaktorer (<10%). En gennemgang af flere undersøgelser tyder på en% MKS på 6-10% hos raske voksne og en% MKS på 0-5% i CAD-populationer ved hjælp af lavere arm okklusion 31-36. Værdier over 10% blev observeret hos unge, raske voksne ved hjælp af overarmen teknik 37. Den% MKS for hver gruppe har en bred standardafvigelse, PresenTing en mulighed for yderligere segment kohorten baseret på% MKS.

Figurerne 1-4 demonstrere Billederne er indsamlet i løbet af de faser af MKS. Figur 1 viser en dopplerspektraloptagelse bølgeform ved baseline. Pilene angiver omfanget af en hjertecyklus, som danner grundlag for beregning af det gennemsnitlige arterielle hastighed. Protokollen kræver gennemsnit af resultaterne af flere cyklusser indsamlet under 60 sek. I eksempel kohorte, var den gennemsnitlige baseline hastighed for alle deltagere var 17 ± 6 cm / sek. Ingen signifikant forskel mellem PAD og nr PAD kohorten blev set.

Figur 2 viser et eksempel B-mode image kardiameteren Baseline. Pilene angiver det sted, hvor intima-intima afstand, grundlaget for lumen diameter blev målt. I eksempel kohorte, var den gennemsnitlige baseline diameter for alle deltagere var 4,20 ± 0,57 mm. Ingen signifikant forskel mellem denPAD og Ingen PAD grupper blev set.

Figur 3 viser et eksempel dopplerspektraloptagelse bølgeform fremstillet umiddelbart efter manchetfrigivelse i det reaktive Hyperæmi fase. Den gule pil angiver tidspunktet for manchetfrigivelse. Kurver opnået i de første 5 sekunder efter manchet bruges til at beregne det reaktive Hyperæmi Velocity. For alle deltagere, var den gennemsnitlige reaktiv Hyperæmi Velocity var 74 ± 26 cm / s. Ingen signifikant forskel blev set mellem PAD og Ingen PAD grupper.

Figur 4 viser eksempel B-mode billede taget 60 sekunder efter manchetfrigivelse under reaktiv Hyperæmi fase. Ligesom Baseline diameter er intima-intima distance, der anvendes til at beregne reaktiv Hyperæmi diameter. For alle deltagere, var den gennemsnitlige reaktiv Hyperæmi diameter var 4,53 ± 0,59 mm. Forskellen mellem PAD og Ingen PAD undergrupper blev kontaktet, men ikke mødes, signifikans (p = 0,08). Forskellen mellem baseline og Reactive Hyperæmi diameter danner grundlag for tælleren i% MKS variabel.

Kendetegn Alle patienter
(N = 50)
PAD
(N = 25)
Ingen PAD
(N = 25)
P-værdi
Alder, gennemsnitlige (SD), y 68 ± 9 68 ± 6 68 ± 11 0,89
Mand Køn (%) 98 100 96 0.31
Kaukasisk (%) 74 84 64 0,37
BMI 30 ± 6 29 ± 7 30 ± 4 0,73
Talje-hofte ratio (%) 1,02 ± 0,06 1,04 ± 0,06 1,00 ± 0,05 0.07
Systolisk blodtryk (mm Hg) 13677; 19 139 ± 22 134 ± 15 0,33
Diastoliske blodtryk (mm Hg) 79 ± 10 78 ± 11 80 ± 10 0,47
Indeks ABI 0,93 ± 0,27 0,72 ± 0,16 1,14 ± 0,16 <0,001
Co-morbiditet
Hypertension (%) 84 96 72 0.02
Hyperlipidemia (%) 78 88 68 0.09
Hx CAD (%) 16 32 0 0.00
Diabetes mellitus (%) 40 56 24 0.02
Medicin
Aspirin (%) 66 84 48 0.01
ACE-hæmmer (%) 48 52 44 0,57
β-blokker (%) 44 60 28 0.02
Statin (%) 66 68 64 0.77
Insulin (%) 30 14 6 0,39
PAD Risikofaktorer
Historie af rygning (%) 86 92 79 0.24
Total kolesterol (mg / dl) 158 ± 38 142 ± 31 174 ± 37 0.00
LDL (mg / dl) 85 ± 32 68 ± 27 101 ± 29 <0,001
HDL (mg / dl) 44 ± 11 43 ± 11 46 ± 10 0.30
Triglycerider (mg / dl) 153 ± 119 165 ± 125 141 ± 115 0,49
Hæmoglobin A1c (%) 6,3 ± 1,5 6,5 ± 1,5 6,1 ± 1,6 0.38
Serumkreatinin (mg / dl) 1,11 ± 0,84 1,28 ± 1,15 0,95 ± 0,22 0,17
GFR (ml / min) 80 ± 21 75 ± 21 86 ± 21 0.10
Albumin (g / dl) 4,0 ± 0,3 4,0 ± 0,3 4,1 ± 0,3 0,43

Tabel 2. Baseline karakteristika for en prøve kohorte. De følgende data er arandomly valgte delmængde af deltagere i tværsnit arm af Omega-PAD forsøg (NCT01310270) og kohorte. Alle deltagere var patienter henvist til ambulant karkirurgi klinik af San Francisco Veterans Affairs Medical Center til vurdering af perifer arterie sygdom (PAD). PAD diagnosen var baseret på de nuværende retningslinjer for en ankel-brachialis indeks <0,9. Patienter med usammentrykkelige arterier (ABI> 1,4) blev udelukket. Optagelse i "No PAD" gruppe var baseret på ABI> 0,9 og fraværet af PAD, CAD, og ​​CVD.

Kendetegn Alle patienter
(N = 50)
PAD
(N = 25)
Ingen PAD
(N = 25)
P-værdi
Baseline arteriediameteren (SD), mm 4,20 ± 0,57 4,11 ± 0,60 4,29 ± 0,53 0.27
Baseline Velocity(SD), cm / sek 17 ± 6 18 ± 6 16 ± 5 0.13
Baseline Flow (SD), ml / min 145 ± 68 151 ± 84 138 ± 47 0,51
Baseline forskydningsspænding (SD), dyn / cm 2 12 ± 4 13 ± 5 11 ± 3 0.07
Reaktive Hyperæmi Diameter (SD), mm 4,53 ± 0,59 4,38 ± 0,60 4,68 ± 0,55 0.08
Reaktive Hyperæmi Velocity (SD), cm / sek 74 ± 26 70 ± 25 78 ± 27 0.32
Reaktive Hyperæmi Flow (SD), ml / min 735 ± 340 658 ± 327 812 ± 342 0.11
Reaktiv Hyperæmi forskydningsspænding (SD), dyn / cm 2 46 ± 18 46 ± 19 47 ± 18 0,79
Brachiale FMD (%) 8,0 ± 3,7 6,8 ± 3,5 9,1 ± 3,6 0.02

Tabel 3. Flow-medieret Vasodilatation analyse. Som beskrevet i protokollen, baseline-diameter og hastighed er middelværdien af 60 sek af data. Reaktiv hyperæmi diameter blev opnået på 60 sek efter okklusion. Reaktiv hyperæmi hastighed var den tidsgennemsnitlige hastighed af de første 5 sek af dopplerspektraloptagelse kurver opnået efter manchet-udgivelse.

Figur 1
Figur 1. Baseline hastighedsmålinger. Dopplerspektraloptagelse bølgeformer af brachialarterien opfanges af et billede analysesystem. En enkelt hjertecyklus er vist mellem pilene. Billedanalyse systemer kan beregne det gennemsnitlige arterielle hastighed. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. målinger Baseline diameter. Double-linjer pignoli, svarende til intima og media grænser er synlige på både de overfladiske og dybe kanter af pulsåren (gule pile). Billedet viser korrekt vandret og lodret justering. Klik her for at se en større version af dette tal.

52070fig3highres.jpg "width =" 500 "/>
Figur 3. hyperæmi hastighedsmålinger. Dopplerspektraloptagelse bølgeformer umiddelbart efter manchetfrigivelse er synlige. Tidspunktet for manchetten meddelelse kan forstås af den kraftige stigning i hastigheden til venstre for billedet (gul pil). Den øverste halvdel af billedet viser positioneringen af ​​prøven porten før manchetfrigivelse. Efter manchetfrigivelse, kan arterien skifte til en mere overfladisk stilling. Placering porten over aksen af okkluderede arterie hjælper kompensere for lodret forskydning af arterien efter manchetfrigivelse. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4. målinger diameter hyperæmi. Et længdesnitaf indekset segmentet efter manchetfrigivelse er synlig. Ændringen i diameter er lille og kan kvantificeres ved billedanalyse-software. IMT afgrænsning mod overfladiske væg er klart synlig langs indekset segment (gul pil). Bredden af pile repræsenterer en stigning på 10% fra baseline diameter. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Endotel dysfunktion er en ubalance i de kemiske mediatorer påvirker fartøj tone og et tidligt trin i udviklingen af ​​åreforkalkning. Måling reaktiviteten af ​​en arterie er en måde at vurdere tilstanden af ​​disse kemiske veje. Både direkte og indirekte metoder til vurdering reaktivitet findes for de forskellige kar, lige fra direkte infusion af en endotel-agonist i den koronare cirkulation til ikke-invasiv, puls bølgeform analyse i pegefingeren 38.

Pulsåren MKS er en etableret teknik til indirekte at vurdere endotelfunktion af højfrekvent ultralyd. Der er fordele ved at bruge MKS i kliniske forsøg. Første teknik er ikke-invasiv og let at forstå, hvilket letter hindringer for rekruttering. Desuden anvendelse af invasive teknikker, såsom koronarangiografi asymptomatiske patienter rejser etiske spørgsmål. Dernæst MKS kræver et minimum af emne FORBEREDELSEn i forhold til invasive teknikker og hele eksamen kan være afsluttet i løbet af kort tid. Så længe okklusion varighed holdes inden for retningslinjer og emner screenet korrekt, FMD præsenterer lidt bekymring for sikkerheden. Den relative lethed af et MKS undersøgelse gør serielle eksamener i forløbsundersøgelser muligt, men dens anvendelse i test behandlingseffekt er kontroversiel. Ligeledes i henhold til gældende kliniske retningslinjer, MKS er ikke egnet til at karakterisere en persons risiko for kardiovaskulære hændelser eller gøre kliniske beslutninger 39. Udviklingen af ​​en analyse software giver mulighed for hurtig analyse, blændende, og gentag analysen. Endelig teknik veletableret og en række undersøgelser er blevet offentliggjort under anvendelse af teknikken, der giver mulighed for sammenligning af resultater 40.

Der er dog udfordringer for vellykket brug af MKS i en retssag. Først teknikken præsenterer en lang indlæringskurve. De nuværende retningslinjer tyder på ennye tekniker komplet 100 scanninger under en erfaren operatør, før du arbejder selvstændigt. Dernæst kan omkostningerne til udstyr være uoverkommelige for mindre laboratorier. Emne forberedelse er vigtig som faktorer, såsom rygning, medicin, postcibal tilstand, hyperglykæmi, tid på dagen, omgivende temperatur, og de ​​seneste motion kan påvirke størrelsen af den reaktion 19,29. Det kræver omhyggelig instruktion til deltageren og streng overholdelse studere protokoller. I ældre personer, kan ændringer fartøj udspilingsevne mindske den prædiktive værdi af MKS 19.

Protokollen, som beskrevet ovenfor, måler% MKS på 60 sek efter okklusion. Undersøgelser har antydet højdepunkt MKS kan opstå uden for dette vindue 41,42. Denne protokol giver mulighed for opsamling af top MKS via kontinuerlig optagelse i 3 minutter efter deflation. Det skal bemærkes, dette kræver stor erfaring og fører til længere analyse tid. Ligeledes valget af overarm occlusion er kontroversiel. I en undersøgelse, som sammenlignede forskellige okklusion positioner med lignende shear stress stimuli, blev større vasodilatation set med overarmen teknik, hvilket tyder på en vis del af dilatation er ikke medieret af NO 20. I en meta-analyse af undersøgelser med anvendelse af MKS, Bots rapportere et al. En bred vifte af% MKS med størstedelen af studierne (81,2%), der anvendes overarmen teknik 43. Efter justering for alder, køn, tilstedeværelse af CHD og diabetes, blev den nederste arm teknik anset for at mindske% FMD (gennemsnitlig forskel 2,47%, CI 0,55-4,39). Mens placeringen af den iskæmiske udløser (øvre vs underarm) blev fundet at være vigtig, er placeringen af måling (antekubitale fossa vs ovenfor antecubital fossa) ikke signifikant relateret til betyde MKS. Forskellen i signalstyrken kan være relateret til størrelsen af ​​den iskæmiske sengen. Nuværende retningslinjer understøtte brugen af ​​enten overarmen eller lavere arm teknik, hvilket tyder på laboratories vedtager en konsekvent metode på tværs af studierne.

Der er en række kritiske trin i MKS. Første emne præparat er afgørende, da en række faktorer, såsom medicin, kost, nikotin og motion kan påvirke deltagerens svar. Sympatisk aktivering reducerer FMD, så tage passende skridt til at minimere distraktion eller ubehag for deltageren 44. Dernæst vil vælge en passende indeks segment af brachialarterien forbedre nøjagtigheden af ​​testen. Distinct intima linjer er vigtig for at måle ændringen i diameter efter okklusion. Ændringen i diameter er lille, typisk 5-10% af en 5 mm arterie eller 50-100 um, og diameteren af ​​arterien varierer i længderetningen. Operatør træthed er fælles, og ultralydsonden kan glide under eksamen til en del af fartøjet med en anden diameter. Det er vigtigt at have visuelt forskellige seværdigheder såsom sikkerhedsstillelse fartøjer eller områder af mediale forkalkning at kontrollere the indeks segment. Anvendelse af en stereotaktisk klemme til at holde sonden eller blot at markere patientens hud kan hjælpe med at opretholde indekset segmentet. Ligeledes skridt forhindre motivet i utilsigtet at bevæge deres arm, såsom skulder og underarm begrænsende puder, anbefales.

Hvis du holder sonden i hånden, skal der drages omsorg for at forhindre træthed eller gentagen brug skade. Vi foreslår at arrangere deltageren og alt udstyr, således at operatørens underarm er i anatomisk neutral position. Minimer den kraft, der kræves for at holde sonden ved at pakke det i skum bånd, eller anvend en lodret stilling for at klemme kablet, hvilket reducerer den kraft, der kræves for at holde sonden i en statisk position i 10 min.

Måling hastighed og diameter i hyperæmi der tekniske udfordringer. Denne protokol kræver måling 30 sek af dopplerspektraloptagelse bølgeformer til rekord hastighed og derefter skifte til B-mode scanning for diameter overvåNTS. Den maksimale hastighed vil ske mellem 5-10 sek efter manchetfrigivelse og fartøjet kan skifte position i løbet af denne tid. Hvis sonden er slukket længdeaksen eller insonation vinklen er> 60 °, vil størrelsen af ​​bølgeformerne være unøjagtige. Placering af prøven porten lidt over den langsgående akse af fartøjet vil hjælpe hensyn til enhver forskydning. Når der skiftes fra Doppler til B-tilstand, er det vigtigt at opretholde en position over indekset segmentet. Det er sandsynligt, arterien er flyttet og der er kun kort tid vindue (25 sek) for at optimere billedet til måling af hyperæmi diameter. Ofte er nødvendig for at producere en kvalitet billede af indekset segmentet kun små ændringer i sonde pres, justering i længderetningen og vinkel. Hvis fartøjet er helt tabt, en hurtig tværgående scanne op arterien vil tillade identifikation af indeks-segmentet, den mest ekkogen del af intima, og den korrekte indfaldsvinkel. Derefter dreje sonden til en langsgåendevis vil vende tilbage til en egnet visning af indekset segmentet.

Enkle trin kan forbedre kvaliteten og sammenhængen i MKS studier. UCSF Vascular Integreret fysiologi og Experimental Therapeutics (VIPERx) lab bruger en kvalitetskontrol protokol, når de foretager MKS studier. Først får deltagerne standard instruktioner og præ-besøg telefonopkald til at sikre, at de undgår medicin og adfærd, der påvirker forsøget. Dernæst et standard sæt af flow-sheets bruges af undersøgelsen personale til at sikre, at prøven afholdes på samme måde for hver enkelt deltager og kritiske trin er ikke overset. Endelig er en post-eksamen seks-trins system, der anvendes til at bedømme hver undersøgelse. Vigtige faktorer såsom tilpasning af fartøjet i forhold til sonden, tilstedeværelsen af ​​anatomiske kendetegn, og omfanget af intima linjer er inkluderet for at sikre, at disse vigtige skridt er opfyldt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at afsløre.

Acknowledgments

Fra det vaskulære Integreret fysiologi og Experimental Therapeutics (VIPERx) Laboratory, blev dette arbejde støttet af midler fra Institut for Kirurgi, University of California, San Francisco og det nordlige Californien Institut for Forskning og Uddannelse. Den beskrevne Projektet blev støttet af Award nummer KL2RR024130 fra National Center for Research Resources. Indholdet er alene forfatternes ansvar og repræsenterer ikke nødvendigvis de officielle synspunkter National Center for Forskning Ressourcer eller National Institutes of Health.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Philips HD 11XE ultrasound Philips Healthcare
5-12 MHz linear array transducer Philips Healthcare L12-5
Ultrasound gel Parker Laboratories
Vascular Research Tools v.5.0 Medical Imaging Applications, LLC
MIA Gating module Medical Imaging Applications, LLC
Windows XP Microsoft, Inc
Hand-held aneroid manometer Welch Allyn DS66

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gerlach, E., Nees, S., Becker, B. F. The vascular endothelium: a survey of some newly evolving biochemical and physiological features. Basic Res Cardiol. 80, 459-474 (1985).
  2. Sato, T., Arai, K., Ishiharajima, S., Asano, G. Role of glycosaminoglycan and fibronectin in endothelial cell growth. Experimental and molecular pathology. 47, 202-210 (1987).
  3. Yanagisawa, M., et al. A novel potent vasoconstrictor peptide produced by vascular endothelial cells. Nature. 332, 411-415 (1988).
  4. Ignarro, L. J., Buga, G. M., Wood, K. S., Byrns, R. E., Chaudhuri, G. Endothelium-derived relaxing factor produced and released from artery and vein is nitric oxide. Proceedings of the National Academy of Sciences. 84, 9265-9269 (1987).
  5. Moncada, S., Higgs, E. A., Vane, J. R. Human arterial and venous tissues generate prostacyclin (prostaglandin x), a potent inhibitor of platelet aggregation. The Lancet. 309, 18-21 (1977).
  6. Ozkor, M. A., et al. Endothelium-derived hyperpolarizing factor determines resting and stimulated forearm vasodilator tone in health and in disease. Circulation. 123, 2244-2253 (2011).
  7. Suwaidi, J. A., et al. Long-Term Follow-Up of Patients With Mild Coronary Artery Disease and Endothelial Dysfunction. Circulation. 101, 948-954 (2000).
  8. Neunteufl, T., et al. Systemic endothelial dysfunction is related to the extent and severity of coronary artery disease. Atherosclerosis. 129, 111-118 (1997).
  9. Taddei, S., et al. Hypertension Causes Premature Aging of Endothelial Function in Humans. Hypertension. 29, 736-743 (1997).
  10. Perticone, F., et al. Prognostic Significance of Endothelial Dysfunction in Hypertensive Patients. Circulation. 104, 191-196 (2001).
  11. Williams, S. B., Cusco, J. A., Roddy, M. -A., Johnstone, M. T., Creager, M. A. Impaired nitric oxide-mediated vasodilation in patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus. Journal of the American College of Cardiology. 27, 567-574 (1996).
  12. Schindler, T. H., et al. Prognostic value of abnormal vasoreactivity of epicardial coronary arteries to sympathetic stimulation in patients with normal coronary angiograms. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 23, 495-501 (2003).
  13. Halcox, J. P., et al. Prognostic value of coronary vascular endothelial dysfunction. Circulation. 106, 653-658 (2002).
  14. 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).
  15. Ludmer, P. L., et al. Paradoxical vasoconstriction induced by acetylcholine in atherosclerotic coronary arteries. New England Journal of Medicine. 315, 1046-1051 (1986).
  16. Higashi, Y., et al. Effect of the angiotensin-converting enzyme inhibitor imidapril on reactive hyperemia in patients with essential hypertension: relationship between treatment periods and resistance artery endothelial function. Journal of the American College of Cardiology. 37, 863-870 (2001).
  17. Linke, A., Erbs, S., Hambrecht, R. Exercise and the coronary circulation—alterations and adaptations in coronary artery disease. Progress in cardiovascular diseases. 48, 270-284 (2006).
  18. Celermajer, D. S., et al. Non-invasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of atherosclerosis. The Lancet. 340, 1111-1115 (1992).
  19. Thijssen, D. H. J., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: a methodological and physiological guideline. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 300, (2011).
  20. Doshi, S. N., et al. Flow-mediated dilatation following wrist and upper arm occlusion in humans: the contribution of nitric oxide. Clinical science. 101, London, England. 629-635 (2001).
  21. 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, 2093-2098 (2003).
  22. Neunteufl, T., et al. Late prognostic value of flow-mediated dilation in the brachial artery of patients with chest pain. The American Journal of Cardiology. 86, 207-210 (2000).
  23. Gokce, N., et al. Predictive value of noninvasivelydetermined endothelial dysfunction for long-term cardiovascular events inpatients with peripheral vascular disease. Journal of the American College of Cardiology. 41, 1769-1775 (2003).
  24. Gokce, N., et al. Risk Stratification for Postoperative Cardiovascular Events via Noninvasive Assessment of Endothelial Function: A Prospective Study. Circulation. 105, 1567-1572 (2002).
  25. Anderson, T. J., et al. Close relation of endothelial function in the human coronary and peripheral circulations. Journal of the American College of Cardiology. 26, 1235-1241 (1995).
  26. De 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 medicin., & biology. 29, 401-406 (2003).
  27. Berry, K. L., Skyrme-Jones, R. A., Meredith, I. T. Occlusion cuff position is an important determinant of the time course and magnitude of human brachial artery flow-mediated dilation. Clinical science. 99, London, England. 261-267 (2000).
  28. 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. Heart and circulatory physiology. 286, 442-448 (2004).
  29. Corretti, M. C., et al. Guidelines for the ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodilation of the brachial arteryA report of the International Brachial Artery Reactivity Task Force. Journal of the American College of Cardiology. 39 (1001), 257-265 (2002).
  30. Grenon, S. M., et al. n-3 Polyunsaturated fatty acids supplementation in peripheral artery disease: the OMEGA-PAD trial. Vascular medicine. 18, London, England. 263-274 (2013).
  31. Moens, A. L., Goovaerts, I., Claeys, M. J., Vrints, C. J. Flow-mediated vasodilation. Chest. 127, 2254-2263 (2005).
  32. Gnasso, A., et al. Association between wall shear stress and flow-mediated vasodilation in healthy men. Atherosclerosis. 156, 171-176 (2001).
  33. Verma, S., et al. Cross-sectional evaluation of brachial artery flow-mediated vasodilation and C-reactive protein in healthy individuals. European Heart Journal. 25, 1754-1760 (2004).
  34. Donald, A. E., et al. Methodological Approaches to Optimize Reproducibility and Power in Clinical Studies of Flow-Mediated Dilation. Journal of the American College of Cardiology. 51, 1959-1964 (2008).
  35. Witte, D. R., et al. Is the Association Between Flow-Mediated Dilation and Cardiovascular Risk Limited to Low-Risk Populations. Journal of the American College of Cardiology. 45, 1987-1993 (2005).
  36. Benjamin, E. J., et al. Clinical Correlates and Heritability of Flow-Mediated Dilation in the Community: The Framingham Heart Study. Circulation. 109, 613-619 (2004).
  37. Nosova, E. V., et al. Short-term Physical Inactivity Impairs Vascular Function. Journal of Surgical Research. 10, (2014).
  38. Axtell, A. L., Gomari, F. A., Cooke, J. P. Assessing Endothelial Vasodilator Function with the Endo-PAT. Journal of Visualized Experiments. , (2000).
  39. Greenland, P., et al. ACCF/AHA Guideline for Assessment of Cardiovascular Risk in Asymptomatic AdultsA Report of the American College of Cardiology Foundation/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines Developed in Collaboration With the American Society of Echocardiography, American Society of Nuclear Cardiology, Society of Atherosclerosis Imaging and Prevention, Society for Cardiovascular Angiography and Interventions, Society of Cardiovascular Computed Tomography, and Society for Cardiovascular Magnetic Resonance. Journal of the American College of Cardiology. 56, (2010).
  40. Inaba, Y., Chen, J. A., Bergmann, S. R. Prediction of future cardiovascular outcomes by flow-mediated vasodilatation of brachial artery: a meta-analysis. The international journal of cardiovascular imaging. 26, 631-640 (2010).
  41. Black, M. A., Cable, N. T., Thijssen, D. H. J., Green, D. J. Importance of Measuring the Time Course of Flow-Mediated Dilatation in Humans. Hypertension. 51, 203-210 (2008).
  42. Chironi, G., Craiem, D., Miranda-Lacet, J., Levenson, J., Simon, A. Impact of shear stimulus, risk factor burden and early atherosclerosis on the time-course of brachial artery flow-mediated vasodilation. Journal of Hypertension. 26, 508-515 (2008).
  43. Bots, M. L., Westerink, J., Rabelink, T. J., Pd Koning, E. J. Assessment of flow-mediated vasodilatation (FMD) of the brachial artery: effects of technical aspects of the FMD measurement on the FMD response. European Heart Journal. 26, 363-368 (2005).
  44. Hijmering, M. L., et al. Sympathetic activation markedly reduces endothelium-dependent, flow-mediated vasodilation. Journal of the American College of Cardiology. 39, 683-688 (2002).

Tags

Medicin endotelfunktion endotel dysfunktion pulsåren perifer arteriesygdom ultralyd vaskulær endotel hjertekarsygdomme.
Ultralyd Vurdering af Endotel-afhængige Flow-medieret Vasodilatation af pulsåren i den kliniske forskning
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Alley, H., Owens, C. D., Gasper, W.More

Alley, H., Owens, C. D., Gasper, W. J., Grenon, S. M. Ultrasound Assessment of Endothelial-Dependent Flow-Mediated Vasodilation of the Brachial Artery in Clinical Research. J. Vis. Exp. (92), e52070, doi:10.3791/52070 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter