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Methodenartikel

Ultraschall Beurteilung der Endothelial Abhängige Fluss Vasodilatation der Arteria brachialis in der klinischen Forschung

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DOI:

10.3791/52070

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22. Oktober 2014

 ,  ,  , 
1Department of Surgery, University of California, San Francisco, 2Department of Surgery, Veterans Affairs Medical Center, San Francisco, 3VipeRx Lab, Veterans Affairs Medical Center, San Francisco

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Endotheliale Dysfunktion ist mit zahlreichen Krankheitszuständen verbunden und prädiktiv für unerwünschte kardiovaskuläre Ereignisse bei Menschen. Flussvermittelte Vasodilatation (FMD) ein nicht-invasiven Ultraschall Verfahren zur Bewertung der endothelialen Funktion. Methodische Entscheidungen und Erfahrung des Bedieners können die Ergebnisse beeinflussen. Ein systematischer Ansatz zur Bekämpfung der MKS in Studien am Menschen wird hier diskutiert.

Zusammenfassung

Das vaskuläre Endothelium ist ein Monolayer von Zellen, die das Innere der Blutgefäße abdecken und sowohl strukturelle und funktionelle Rollen. Das Endothel wirkt als Barriere, die Verhütung Leukozytenadhäsion und Aggregation sowie Steuern Permeabilität der Plasmakomponenten. Funktionell, wirkt das Endothel Schiff Ton.

Endotheliale Dysfunktion ist ein Ungleichgewicht zwischen den chemischen Spezies, die den Gefäßtonus, thombroresistance, Zellproliferation und der Mitose regulieren. Es ist der erste Schritt bei der Atherosklerose und ist mit koronarer Herzerkrankung, peripherer Gefäßerkrankung, Herzversagen, Bluthochdruck und Hyperlipidämie verbunden.

Die erste Demonstration der endothelialen Dysfunktion beteiligt direkte Infusion von Acetylcholin und quantitative Koronarangiographie. Acetylcholin bindet an Muscarin-Rezeptoren auf der Oberfläche von Endothelzellen, die zu einer Erhöhung der intrazellulären Calcium und erhöhten NiTric-Oxid (NO)-Produktion. Bei Patienten mit einem intakten Endothel wurde Vasodilatation beobachtet, während Patienten mit endothelialer Schädigungen erfahren paradoxen Vasokonstriktion.

Es existiert eine nicht-invasive, In-vivo-Verfahren zur Messung der Endothelfunktion in peripheren Arterien unter Verwendung von hochauflösenden B-Mode-Ultraschall. Die endotheliale Funktion der peripheren Arterien ist eng mit koronarer Herzfunktion beziehen. Dieses Verfahren misst die Veränderung Prozent Durchmesser der Oberarmarterie während eines Zeitraums von reaktiven Hyperämie folgenden Extremitäten-Ischämie.

Diese Technik, die als Endothel-abhängige, flussvermittelte Vasodilatation bekannt (MKS) hat den Wert in der klinischen Forschung Einstellungen. Jedoch kann eine Reihe von physiologischen und technischen Fragen auf die Genauigkeit der Ergebnisse und entsprechende Richtlinien für die Technik sind veröffentlicht worden. Trotz der Leitlinien bleibt MKS stark abhängig vom Netzbetreiber und präsentiert eine steile Lernkurve.Dieser Artikel stellt eine standardisierte Methode zur Messung von MKS in der Arteria brachialis am Oberarm und bietet Vorschläge für den inner Betreiber Variabilität zu reduzieren.

Einleitung

Das menschliche vaskuläre Endothel eine strukturelle und funktionelle Rollen innerhalb des Körpers. In histologischen Schnitten, erscheint das Endothel kleinen, mit einer dünnen Schicht von Zellen 1-2 Mikrometer dick sitzt oben auf einer Schicht aus glatten Muskelzellen (der Medien) und einer dicken Schicht von Bindegewebe (Adventitia). Insgesamt betrachtet stellt die Endothel eine große Fläche für den Informationsaustausch zwischen dem Blut und der vaskulären glatten Muskulatur. Laut einer Schätzung, einer Querschnittsfläche von 700 m 2 und einer Masse von 1000-1500 Gramm in einem 70 kg schweren Mann, ist in der Masse der Leber 1 vergleichbar. Eine gesunde Endothel ermöglicht mechanischen zur chemischen Signaltransduktion, die Homöostase des Blutgefäßes zu halten. Endotheldysfunktion ein Ungleichgewicht dieser Mediatoren und der erste Schritt in Gefäßerkrankung haben, vor der histologische Nachweis von Atherosklerose. Eine nicht-invasive, In-vivo-Verfahren zur Quantifizierung der gefäßerweiternde Funktion des menschlichenArterie vorhanden ist. Dieses Verfahren, Endothel-abhängige, flussvermittelte Vasodilatation (FMD) ist weit verbreitet in klinischen Studien verwendet.

Das Endothel dient als eine strukturelle Komponente des Gefäßsystems und stellt Komponenten der extrazellulären Matrix, wie Glykosaminoglykane und Fibronektin 2. Langfristige Veränderungen des Blutflusses und akuter Verletzung der Arterie kann zu strukturellen Veränderungen führen kann. Funktionell sind die vaskulären Endothelzellen beteiligt an der Regulation des Gefäßtonus, entzündliche Prozesse, Thrombose und Antikoagulation. Endothelzellen beeinflussen Vasokonstriktion durch Endothelin während Vasodilatation durch Stickstoffmonoxid (NO), Prostacyclin und Endothelzellen abgeleitet hyperpolarisierender Faktor (EDHF) 3-6 vermittelt.

Endothelialen Dysfunktion ist eine Beeinträchtigung der jeder dieser Mediatoren und der erste Schritt bei der Atherosklerose. Nicht überraschend, als ein Mechanismus der Krankheit, mit einer Reihe von klinisch wichtigen zugeordnet istErkrankungen wie koronarer Herzkrankheit, Bluthochdruck und Diabetes mellitus 7-11. Wichtig ist, dass die endotheliale Dysfunktion bei Patienten ohne kardiovaskuläre Erkrankungen diagnostiziert beobachtet werden und ist prädiktiv für zukünftige kardiovaskuläre Ereignisse 7,12,13. Ein Maß der endothelialen Dysfunktion, in Kombination mit dem Framingham-Score, können zusätzliche prognostische Informationen über beiden Maßnahme allein 14 liefern.

Maßnahmen der endothelialen Dysfunktion kann es sich um die direkte Infusion eines pharmakologischen Wirkstoffs. Intercoronary Infusion von Acetylcholin, beispielsweise in Verbindung mit quantitativen Angiographie zeigt Vasodilatation in Patienten mit intaktem Endothel. Jedoch Personen mit Endothelschädigungen Erfahrung paradoxen Vasokonstriktion. In 15 peripheren Arterien, ist die Infusion von einem pharmakologischen Wirkstoff mit der Messung der Durchflussmesser von Stamm-Plethysmographie möglich 16.

Agents, die sich unmittelbar auf die Endothel und entlocken ein chemisches Signal werden als Endothel-abhängige Vasodilatatoren. Acetylcholin, beispielsweise wirkt auf Muscarin-Rezeptoren auf Endothelzellen, die zu intrazellulären Calcium-Konzentration, die Aktivierung der NO-Synthase und Vasodilatation erhöht. Agenten, die Vasodilatation beeinflussen ohne Beteiligung des Endothels sind Endothel-unabhängige Agenten genannt. Nitroglycerin, zum Beispiel aktiviert die lösliche Guanylzyklase und cyclische Guanosin-3 ', - 5'-monophasphate (cGMP), die Vasodilatation durch Proteinkinasen in der Gefäßwand Regulierung der intrazellulären Calciumkonzentrationen 17.

Es ist eine nicht-invasive, In-vivo-Verfahren zur Quantifizierung von endothelialen Dysfunktion Celermajer und assoziierten eingeführt sogenannte "Flow-vermittelte, Endothel-abhängige Vasodilatation" (FMD) 18. Kurz gesagt, Änderungen an den Blutfluss offen Schubspannung empfindlich Ionen-chan arteriellenKanäle im Endothel. Das Signal wird über eine zweite Kaskade-messenger tranduced und aktiviert endotheliale NO-Synthase (eNOS), Erzeugung von NO. Diese Art diffundiert durch die Zellmembran zu benachbarten glatten Muskelzellen (SMC). Innerhalb der SMC wird das Signal transduziert, Senken intrazellulären Calciumkonzentration und beeinflussen Vasorelaxation 19. Der Durchmesser der Arterie Lumen erhöht, was zu einer Zunahme des Blutflusses im Einklang mit der Gleichung Hagen-Poiseullie. Die Wirkung von MKS kann mit der Verabreichung eines NO-Synthase-Inhibitor, wie Mono-Methyl (L-NMMA) 20 abgeschafft werden.

Celermajer et al. Die innovative Arbeit hat die Verwendung von hochauflösenden B-Mode-Ultraschall erlaubt, um die Änderung in der Arterie Durchmesser während der Ischämie, die reaktive Hyperämie folgt zu beurteilen. Bei diesem Verfahren liegt ein menschliches Subjekt Rücken und der Durchmesser der Oberarmarterie in einer Längsebene gemessen. Ein blut pressuWieder Manschette wird verwendet, um Ischämie in der Extremität zu erzeugen. Nach der Freigabe der Blutdruckmanschette der Durchmesser der Arterie wird erneut gemessen. Der rasche Wandel in Schubspannung ist der Reiz für NO-vermittelte Vasodilatation. Eine einfache Gleichung beschreibt die Änderung des Durchmessers gegenüber dem Basisdurchmesser (Gleichung 1). Eine vollständige Diskussion der Parameter dieser Gleichung, Hyperämie und Grundliniendurchmesser kann im Protokoll gefunden werden und Ergebnisse Abschnitte.

In mehreren Studien, MKS Prozent wurde festgestellt, kardiovaskuläre Ereignisse bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Krankheit etabliert 21-24 vorherzusagen. Eine Korrelation zwischen Arteria brachialis Prozent MKS und koronare Herz MKS wurde von Anderson et al etabliert., Dämonenschaulicht die Verbindung zwischen Peripheriemessungen und den klinisch-relevanten ischämischen Veränderungen der Herz 25. FMD nicht die maximale Vasodilatation des Schiffes zu demonstrieren. Um dies zu bewerten, kann MKS durch Endothel-abhängige, Nitroglycerin-vermittelte Vasodilatation des gleichen Schiffes verfolgt werden.

Es gibt technische Fragen, die die Messung der FMD Prozent. Seit der Einführung der Technik, zeigten mehrere Studien eine hohe intraindividuelle und Inter-Operator-Variabilität 26. Es hat sich gezeigt, dass physiologische Faktoren wie Rauchen, blutdrucksenkende Medikamente, die Tageszeit und nüchternen Zustand beeinflussen Prozent MKS. Ebenso technischen Entscheidungen, wie die Position der Manschette relativ zu dem Ort der Messung und die Dauer der Okklusion wurde gezeigt, dass die Messung 27,28 beeinflussen. Leitlinien wurden veröffentlicht, die den aktuellen Konsens zu beschreiben und damit für Standardisierung der Technik zwischenLaboratorien 19,29.

Trotz der sich entwickelnden Konsens über Technik, bleibt flussvermittelte Vasodilatation stark abhängig vom Netzbetreiber mit einer langen Lernkurve. Corretti, zum Beispiel, empfiehlt die Untersucher komplette 100 Scans unter der Aufsicht eines erfahrenen Ermittler vor unabhängig arbeitet. Auf ein Niveau von ausreichend Know-how zu erhalten, ist es die Techniker komplette 100 Scans pro Jahr empfohlen. Für die Ermittler mit einer kleinen Stichprobe und der begrenzten Ressourcen, stellt die Lernkurve eine Eintrittsbarriere. Dieser Artikel wird ein Verfahren zum flussvermittelte Vasodilatation der Arteria brachialis in den Oberarm zu demonstrieren und bieten technische Vorschläge, um intra-Betreiber Variabilität zu reduzieren.

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Protokoll

Die folgende Vorgehensweise, als Teil einer Forschern initiierte Studie entwickelt wurde, überprüft und von der Universität von Kalifornien zugelassen, San Francisco (UCSF) Ausschuss für Human Research (CHR) und alle Teilnehmer gaben ihr Einverständnis.

1. Ausrüstung

  1. Verwenden Sie ein EKG gated Bilderfassungssystem zu erfassen und zu analysieren, die MKS. Schließen Sie einen Philips HD11 Ultraschall zu einem Desktop-PC.
  2. Verbinden eines Videosignals von der Ultraschall mit einem besonderen Frame-Grabber-Karte auf dem PC.
  3. Relais ein Audiosignal von dem Ultraschall auf ein EKG-Gating-Modul, das das Signal verstärkt. Tragen das verstärkte Signal an den PC, damit der Bildaufnahmesoftware zu einem konsistenten Punkt im Herzzyklus zu identifizieren und speichern. Generieren Sie das Signal von der scharfen Umlenkung der R-Welle im EKG.
  4. Verwenden Sie ein 5-12 MHz-Linear Array-Schallkopf, um die Auflösung in der Tiefe von der Arteria brachialis zu optimieren.

2.Thema Vorbereitung

  1. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer schnell und vermeiden Übung für 8 Stunden vor der Prüfung sowie die Vermeidung von Koffein oder Nikotin für mindestens vier Vieren. Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer zu vermeiden Medikamente beeinflussen vaskulären Tonus oder der Herzleistung für vier Halbwertszeiten.
    HINWEIS: Diät, Medikamente und Tageszeit können die Ergebnisse beeinflussen.
  2. Führen die Prüfung in einem ruhigen, abgedunkelten Raum bei 21 ° C. Bei der Durchführung von Längsschnittstudien, halten Wiederholungsprüfungen zur gleichen Tageszeit.

3. Baseline-Messungen

  1. Bitten Sie das Motiv auf einem Untersuchungstisch liegen in Rückenlage. Bringen Sie ein 3-Kanal-EKG in einer Standardposition. Wenden Sie sich bei Fragen, um sicherzustellen, orthopädische Gegenstand bequem sein wird und alles unterlassen Bewegung während der Prüfung.
  2. Dass sich das Motiv 10 min vor Beginn der Prüfung ruhen. Nach 5 min Ruhe, messen der Person Blutdruck von einer oszillometrischen, nicht-invasive Blutdruckmessgerät.
    1. Tragen Sie eine 5 cmurniquet Manschette entweder in einer proximalen oder distalen Position, um den Oberarm Technik zu demonstrieren.
    2. Erweitern Sie das Thema Arm seitlich und halten auf der Ebene des Herzens.
    3. Je nach Präferenz des Betreibers, verwenden Sie einen Tisch und Kissen zu der Person Arm beschränken.
    4. Legen Sie den Arm des Bedieners in einer Position, die Müdigkeit wider und bietet Unterstützung für das Handgelenk. Versuchen Sie, Streckung des Handgelenks minimieren und den Unterarm in der anatomischen Neutralstellung.
  3. Führen Sie eine Querschnitts Scan der Arteria brachialis, beginnend mit dem Einsetzen der Bizeps und proximal verläuft. Verwenden Sie Farbfluss-Bildgebung, die Arteria brachialis Akkreditierung und Kollateralen, die als Landmarken dienen können zu lokalisieren.
  4. Wenn eine geeignete Position gefunden ist, drehen Sie die Sonde 90 °, so dass der proximale Rand auf der linken Seite des Ultraschall-Bildschirm erscheint. Pflegen Position auf der Arterie mit erheblichen Praxis und eine feine Note. Verify die Orientierung, indem das Gewebe in der Nähe des distalen Rand. Markieren Sie die Haut des Patienten entlang der distalen Rand der Sonde.
  5. Richten Sie die Fokuseinstellung der Sonde mit dem tiefen oder "weit" Wand der Arteria brachialis zur Verbesserung der lateralen Auflösung des Bildes. Variieren Sonde Einstellungen auf der axiale Auflösung mit einer höheren Frequenz Verbesserung axiale Auflösung.
  6. Stellen Sie den Winkel der Sonde an Kontrastauflösung sowohl der in der Nähe und der Ferne Mauern zu optimieren. Kleine Änderungen an der Winkel kann in verbesserten Kontrast führen. Schätzen Sie die Winkel mit einem einfachen Winkelmesser, wenn die Serien Prüfungen werden zu dem Thema durchgeführt.
  7. Die Qualitätsmessungen zu gewährleisten, dass der Behälter horizontal und mit der Längsachse ausgerichtet ist. Machen Sie kleine Änderungen im Druck (Krängung einer Kante der Sonde) zum Ausrichten der Arterie. Insgesamt halten Druck Licht, um zu verhindern Ermüdungserscheinungen.
  8. Wenn optimiert, sicherzustellen, dass das "Double Lines of Pignoli" Kann ich sehenn beide Wände, auf die Intima-Media-Dicke entsprechend. Verwenden Verstärkungseinstellungen, um Echo in das Gefäßlumen zu reduzieren. Lassen Sie mindestens 2 cm von der Intima-schen-Dicke (IMT) auf beiden Seiten für genaue Messungen des Durchmessers.

4. Baseline-Messungen

  1. Nehmen Sie die Grundlinie Geschwindigkeit mit Hilfe von 2D-Doppler-Modus. Die Probe wird Gates in der Mitte des Lumens und eine Beschallungswinkel von 60 ° erhalten. Sammeln Sie 60 Sekunden von Daten.

5. Occlusion Phase

  1. Pumpen Sie die Manschette auf 50 mm Hg über dem systolischen Blutdruck. Mit einem 5 cm Staumanschette wird den systolischen Druck zu überschätzen. Verwenden Sie die 2D-Doppler-Modus, um die Okklusion zu überprüfen.
  2. Verwenden Sie einen Timer, um die Dauer der Okklusion verfolgen, wie viele Blutdruckmanschetten wird der Druck über 5 min langsam zu verlieren. Verwenden Sie 2D-Doppler-Modus, um die vollständige Okklusion überprüfen.
  3. Nach 04.30 Uhr der Okklusion, legen Sie die 2D-Doppler-Gate etwas oberflächlich auf die LängsAchse der Arterie. Stellen Sie die vertikale Skala für Geschwindigkeiten 2-3 x höher als Ausgangswert zu berücksichtigen.
  4. Passen Sie die Einstellungen auf das Bild-Capture-Software für 03.10 der Aufnahme.
  5. Starten Sie die Aufnahme 10 Sekunden vor Manschette Freisetzung in die Zeit der Manschette Release, ein wichtiger Parameter bei der Messung von Zeit-zu-Durchmesser bei der Datenanalyse Höhepunkt zu erfassen.

6. Hyperämie

  1. Lassen Sie die Manschette. Da die Arterie kann oberflächlich nach Manschette Release zu verschieben, machen kleine Änderungen, die Position der Sonde beim Hören zur Verstärkung des Klangs zu helfen, einen Ausgleich für die Verschiebung. Positionieren Sie den Doppler-Probe Tor und Beschallungswinkel, wenn die Arterienschichten.
  2. Nach 30 Sekunden der Geschwindigkeitsaufzeichnung, schalten Sie den Ultraschall zur B-Mode.
  3. Da ist es üblich, die Sonde nach proximal während einer Prüfung schieben, Gefäßlandmarken oder die Markierung verwenden auf der Haut der Probanden, um die Sondenposition überprüfen. Diese Phase der Prüfung entscheidend, um genau istErgebnisse.
  4. Stellen Sie die Sonde Position oder der Winkel, um den IMT an beiden Wänden zu optimieren, wie kleine Veränderungen können wesentlich das Bild zu verbessern. Notieren Sie den Durchmesser für 3 min.
  5. Wenn bei Nachmessungen sind geplant, verwenden Sie die Markierung auf die Haut des Patienten auf Rekord Abstand von der Ellenbeuge. Bitten Sie das Motiv auf dem Arm 90 ° biegen und markieren Sie die Bügelfalte. Messen Sie von dieser Linie an die Leitung früher gemacht.

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Ergebnisse

Die Hauptvariablen flussvermittelte Vasodilatation sind in Tabelle 1 gezeigt.

Variable Beschreibung
Mittlere Geschwindigkeit (cm / sec) Der mittlere arterielle Blutgeschwindigkeit in der Mitte 50% des Lumens während eines Herzzyklus von spektralen Doppler-Wellenformen, um den Blutstrom proportional und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche geschätzt (...

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Diskussion

Endotheliale Dysfunktion ist ein Ungleichgewicht in den chemischen Mediatoren zu beeinflussen Schiff Ton und einen frühen Schritt in der Entwicklung von Atherosklerose. Messen der Reaktivität einer Arterie ist ein Weg, um den Zustand dieser Synthesewege zu bewerten. Direkte und indirekte Methoden zur Beurteilung der Reaktivität existieren für die verschiedenen Gefäßbetten, die von direkten Infusion einer Endothel-Agonisten in der Herz-Kreislauf, um nicht-invasive, Pulswellenformanalyse in den Zeigefinger 38. ...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

Aus dem Gefäß Integrierte Physiologie und Experimental Therapeutics (VIPERx) Labor wurde diese Arbeit durch Mittel aus der Abteilung für Chirurgie, Universität von Kalifornien, San Francisco und dem Northern California Institute für Forschung und Bildung unterstützt. Das beschriebene Projekt wurde von Auszeichnungen Anzahl KL2RR024130 vom National Center for Research Resources unterstützt. Der Inhalt ist allein in der Verantwortung der Autoren und nicht unbedingt die offizielle Meinung des National Center for Research Resources oder der National Institutes of Health.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Philips HD 11XE UltraschallPhilips Healthcare
5-12 MHz Linear-Array-SchallkopfPhilips HealthcareL12-5
UltraschallgelParker Laboratories
Vascular Research Tools v.5.0Medical Imaging Applications, LLC
MIA Gating-ModulMedical Imaging Applications, LLC
Windows XPMicrosoft, Inc
Tragbares Aneroid-ManometerWelch AllynDS66

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