Summary
כאן, אנו מתארים גישה פשוטה, לא פולשנית באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום כדי להעריך hyperemia תגובתי, נוירו-וסקולריים צימוד וקיבולת חמצוני שרירי השלד, ביקור במרפאה או מעבדה בודד.
Abstract
תרגיל מייצג הלחץ והמודינמיקה הגדולות הדורשת תגובה נוירו-וסקולריים גבוהה מתואם כדי להתאים חמצן משלוח דרישה מטבולית. Hyperemia ריאקטיבי (בתגובה תקופה קצרה של רקמות איסכמיה) חזאי עצמאית של אירועי לב וכלי דם ומספק תובנה חשובה לבריאות כלי הדם ויכולת vasodilatory. קיבולת חמצוני שרירי השלד חשוב באותה מידה על בריאות ומחלה, כמו זה קובע את אספקת האנרגיה עבור תהליכים myocellular. כאן, אנו מתארים גישה פשוטה, לא פולשנית באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום כדי להעריך כל אחד אלה קצה קליניים עיקריים (hyperemia תגובתי, נוירו-וסקולריים צימוד והקיבולת שריר חמצוני) במהלך ביקור במרפאה או מעבדה בודדת. שלא כמו אולטרסאונד דופלר, תהודה מגנטית תמונות/ספקטרוסקופיה, או מדידות זרימה ספירליים פולשני או ביופסיות שריר, הגישה שלנו היא פחות תלוי המפעיל נמוכים, לחלוטין בלתי-פולשנית. נציג נתונים מהמעבדה שלנו ויחד עם נתוני סיכום מן הספרות שפורסמו בעבר ממחישים את התועלת של כל אלה והגישור. ברגע בטכניקה זו הוא שולט, ליישום אוכלוסיות קליניות תספק תובנות מכניסטית חשוב התרגיל הסובלנות ואי תפקוד לב וכלי דם.
Introduction
התגובה hyperemic תקופה קצרה של רקמות איסכמיה התפתחה כאמצעי לא פולשנית מפתח של תפקוד כלי הדם (מיקרו). במהלך חסימה של עורק conduit, רבים במורד הזרם להתרחב בניסיון לקזז את העלבון איסכמי. עם שחרורם של סגר, ההתנגדות כלי הדם ירד תוצאות hyperemia, שסדר מוכתב על ידי היכולת להתרחב את microvasculature במורד הזרם. בעוד hyperemia תגובתי היא מנבא חזק עצמאית של אירועי לב וכלי דם1,2 , ולפיכך נקודת קצה של משמעות קלינית, את משמעותו הפונקציונלית לממש סובלנות ואת איכות החיים הוא פחות ברור.
אכן, תרגול דינאמי מייצג הלחץ הלב וכלי הדם הגדולים הדורשת תגובה נוירו-וסקולריים גבוהה מתואם כדי להתאים חמצן משלוח דרישה מטבולית. לדוגמה, זרימת הדם שרירי השלד יכול להגדיל כמעט 100-fold במהלך שריר מבודד התכווצויות3, אשר להציף את יכולת השאיבה של הלב אם תגובה כזו והמודינמיקה היו אומדן לממש לכל הגוף. בהתאם לכך, כדי למנוע לחץ. דם, סימפטי (קרי, מצר את כלי הדם) האימננטיים לפעילות מגביר להפיץ תוצא מן הרקמות לא פעילה ולא מהבטן וכלפי פעיל שרירי השלד4. יצוא סימפטי מופנית גם פעילות גופנית שרירי השלד5; עם זאת, איתות מטבולית המקומי נחלש התגובה מצר את כלי הדם על מנת להבטיח רקמה מספקת חמצן משלוח6,7,8,9,10, 11. באופן קולקטיבי, תהליך זה נקרא sympatholysis תפקודית12, והוא לבריאותה של ויסות זרימת הדם שרירי השלד נורמלי במהלך פעילות גופנית. כיוון זרימת הדם שרירי השלד הוא דטרמיננטה מפתח יכולת אירובית — חזאי עצמאית של איכות חיים, מחלות לב וכלי דם התחלואה והתמותה13— הבנת השליטה של החמצן בדם שרירי השלד זרימה ורקמות משלוח במהלך פעילות גופנית היא בעלת משמעות קלינית רבה.
אספקת החמצן היא רק חצי מהמשוואה Fick, עם זאת, עם ניצול חמצן מספקת את החצי השני של המשוואה. בין העיקריות determinates ניצול החמצן, זרחון חמצוני מיטוכונדריאלי ממלא תפקיד חיוני באספקת אנרגיה נאותה עבור תהליכים תאיים גם במנוחה וגם במהלך פעילות גופנית. אכן, בעלי קיבולת חמצוני שריר ניתן להגביל פונקציונלי קיבולת ואת איכות החיים14,15,16. אמצעים שונים משמשים כדי לספק מדד של קיבולת חמצוני שריר, כולל ביופסיות שריר פולשנית וטכניקות ספקטרוסקופיה (MRS) יקרים ולגזול תהודה מגנטית.
כאן, אנו מציעים גישה חדשנית, לא פולשנית, באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום (NIRS), כדי להעריך את כל אלה שלוש הגדולות קליניים נקודות הקצה (תגובתי hyperemia, sympatholysis, ויכולת שריר חמצוני) בביקור במרפאה או מעבדה בודדת. היתרונות הגדולים של גישה זו הם: מורכבת משלושה שלבים: ראשית, טכניקה זו היא ניידת בקלות, עלות נמוכה יחסית וקל לביצוע. לגישות אולטרסאונד דופלר למדידת תגובתי hyperemia הם מאוד תלוי המפעיל — המצריכה מיומנות מקיף והדרכה – דורשים נתונים מתוחכמת, עלות גבוהה, רכישת חומרה, שלאחר עיבוד תוכנה. יתר על כן, זה יכול שכעיקרון להזרים את המרפאה ו/או ניסויים קליניים גדולים על מיטתה ניטור או בדיקות יעילות טיפולית. שנית, בזכות המתודולוגיה, טכניקה זו מתמקד במיוחד microvasculature שרירי השלד, הגדלת יחודיות הכוללת של הטכניקה. גישות חלופיות באמצעות אולטרסאונד דופלר להתמקד אך ורק על כלי שיט במעלה צינור, להסיק שינויים במורד הזרם, אשר ניתן לצנן את האות. שלישית, טכניקה זו היא לחלוטין בלתי-פולשנית. קיבולת חמצוני שרירי השלד מוערך באופן מסורתי עם פולשני, ביופסיות שריר כואב ולאחר sympatholysis פונקציונלי עשויים להידרש עם הזרקת התוך עורקי של sympathomimetics ושל sympatholytics. גישה זו מונע דרישות אלה כולם יחד.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
פרוטוקול זה עוקב אחר הקווים המנחים של ועדת הבדיקה מוסדיים ב אוניברסיטת טקסס בארלינגטון, תואמת הסטנדרטים שנקבעו על-ידי הגירסה העדכנית ביותר של הצהרת הלסינקי. בהתאם לכך, בכתב הסכמה מדעת היה (,) שהושג לפני תחילת המחקר הליכים.
1. אינסטרומנטציה
הערה: התיאור הבא של ומכשור מבוסס על אינפרא אדום (ניר) ספקטרומטר ונתונים רכישת המערכת בשימוש המעבדה שלנו (ראה טבלה של חומרים). לכן, ההוראות כוללות השלבים הדרושים לתפקוד אופטימלי של התקנים אלה. השלבים הבאים כוללים הכיול של המכשיר ניר באמצעות תוכנה הנלווית כיול פנטום, והיישום של בד כהה כדי לא לכלול אור מקיף. בכל מקרה שבו נתונים שונים אוסף חומרה ו/או תוכנה משמשים, חוקרים צריך להתייעץ עם המדריכים למשתמש ספציפי משלהם עבור כיול ושיקולים אור הסביבה. איור 1 מדגימה הגדרת ניסיוני ומכשור מיד המתוארים להלן.
- להורות את הנושא לשכב פרקדן עם הרגליים שלהם בתוך תא לחץ שלילי (LBNP) הגוף התחתון (איור 1 א'), כך קו החגורה שלהם הוא כ אפילו עם פתיחת תיבת LBNP. לקבלת הוראות על איך לבנות תא LBNP, ראה הפניות17.
- במקום שלוש אלקטרודות רל על הנושא: שניים במיקום נחות, האמצע-בריחי ואחד על הנושא של צד שמאל המדיאלי האגן. תצורה זו מספקת את התוצאות הטובות ביותר בשל גישה מוגבלת הגפיים התחתונות, מכשור של הגפיים העליונות, וכן תנועת היד במהלך תרגיל אחיזת יד.
- במקום מודול צג פולשני לחץ דם על היד הדומיננטית של הנושא. מניחים את האזיקים לחץ הדם באצבע על כל אצבע ולחבר אותם במודול (איור 1B). ודא שהאזיקים לחץ הדם באצבע מכוילים כהלכה לפי ההדרכה המלווה את המכשיר.
- להורות את הנושא להבין dynamometer אחיזת יד (HGD) עם היד הלא-הדומיננטי שלהם בעמדה מעט החטוף. הזרוע צריך להיות ממוקם בנוחות על השולחן שליד המיטה. המרחק והזווית של HGD צריך להיות מותאם כדי לאפשר לכוח לאחיזה אופטימלית עם תנועת הזרוע מינימלי (איור 1C).
- אבטח את HGD לטבלה שליד המיטה.
- למדוד התכווצות מרצון המרבי (MVC) של המשתתף. תגיד המשתתף, כשתתבקש, הם חייבים לסחוט את HGD הכי חזק ככל האפשר תוך ניצול רק את שרירי היד, האמה. להורות הנושא כי הם חייבים להימנע גיוס שלהם זרוע, החזה, הכתפיים או שרירי הבטן בעת ביצוע האחיזה המרבית.
- 1.6 שלב אני חוזר שלוש פעמים, מופרדים על ידי שיא ס' 60 לפחות הכוח המרבי הושג (מומלץ של 3). כוח מרבי זה ישמש כדי לחשב את עוצמת פעילות גופנית לצורך בקיבולת חמצוני שרירי השלד נוירו-וסקולריים מצמד (להלן).
- המקום מגבון מהירה-האינפלציה סביב הזרוע של היד פעילות גופנית. לחבר את חברת התעופה מן הבקר האינפלציה המהירה בקזינו.
- לזהות את השריר כופף האצבעות העמוק. להשתמש בסמן העור לתיחום הגבול של שריר מוחשי.
- להבטיח כי ספקטרומטר ניר כראוי מכויל בהתאם במדריך למשתמש המצורף להתקן. לנקות את העור מעל אשר ימוקמו החללית ניר עם מגבון ההכנה אלכוהול.
- למקם את המכשיר ניר מעל למרכז הבטן של השריר (כופף האצבעות העמוק), יצויינו זה בצורה מאובטחת האמה.
- לעטוף את החללית, לזרוע עם בד בצבע כהה, מזעור ההפרעות תאורת (1C איור, איור 1D).
- כאשר מוכן לבצע את החלק sympatholysis תפקודית של המחקר, חותם את הנושא אל החדר LBNP.
2. קיבולת חמצוני שרירי השלד
הערה: עקיבה נציג נתונים הממחישות ההליך ניסיוני. למדידת קיבולת חמצוני שרירי השלד מתוארת באיור 2. זו גישה נסיונית בעבר אומתה נגד ויוו זרחן גברת18 ו בחיי עיר שריר respirometry19, הוא צובר קבלת נרחב20.
- כלי נגינה הנושא כמצוין לעיל (מכשור).
- להורות את הנושא כדי לשכב במנוחה במשך 2 דקות תוך ניטור deoxyhemoglobin (HHb) ו oxyhemoglobin (HbO2) באמצעות המכשיר ניר.
הערה: תקופת מנוחה זו מאפשרת את הנושא להתאושש כל החפץ תנועה המשויכים לתהליך אינסטרומנטציה, ומבטיחה למדידות בסיסית יציבה. אם לאחר 2 דקות שאין תנודות משמעותיות אירעו, הנושא עשויים להיחשב מצב יציב, או בזמן מנוחה בסיסית. - לפני השרוול סגר, הודע הנושא שלך כי אתה להיות ניפוח בקזינו. מנפח את מ מ כספית השרוול לפחות 30 הזרוע מעל לחץ הדם הסיסטולי במשך 5 דקות (קרי: suprasystolic). להורות את הנושא כדי לשמור, על זרוע שלהם עדיין ורגועה ככל האפשר הן במהלך השרוול האינפלציה, הבאים השרוול דפלציה.
הערה: זה 5 דקות עורק הזרוע השרוול סגר פרוטוקול מקרוב משקף שתקן קליני מקובל כיום חסימת כלי דם בדיקות21,22,23,24,25. - להקליט את הערך ההתחלתי/בסיסית (לפני השרוול סגר) ואת הערך נדיר של רקמה רוויה (StO2) במהלך סגר השרוול וקובעים נקודת האמצע בין שני ערכים אלה.
- לאפשר את הנושא להתאושש סגר השרוול ולחזור אל הערכים הבסיסיים מנוחתו. ברגע הנושא הקפיד בסיס מנוחה לפחות 1 דקות מלאות, המשך לשלב הבא.
- להורות על לחיץ ולתחזק של אחיזת יד איזומטרי ב 50% MVC שלהם. לעודד את הנושא כדי לשמור על כיווץ איזומטרי שלהם עד הרקמה desaturates ב-50%. על השגת ערך זה, תגיד את הנושא כדי להירגע היד שלהם. ולהודיע להם כי אין יותר פעילות גופנית או תנועה נדרש.
- בתוך 3-5 s בעקבות תרגיל הפסקתה, לנהל סדרות סגר השרוול מהירה (סדרה אחת = אינפלציה 1 + 1 דפלציה), כפי שצוין בעבר הקים18:
סדרת #1 - 6: 5 s s ב/5.
סדרת #7 - 10: 7 s s על/10.
#11-14:10 סידרה s s ב/15.
#15-18:10 סידרה s ב- 20/s. - לאחר השלמת הסדרה האינפלציה/דפלציהה 18, להורות את הנושא לנוח, ומאפשר רקמה רוויה לשוב ערכי התוכנית הבסיסית הראשונית. אחרי ערכים אלה נותרו עקביים למשך לפחות 2 דקות, חזור על שלבים 2.4 ו- 2.5.
-
חישוב קיבולת חמצוני שרירי השלד
- לחשב את השיפוע של שינוי StO2עבור כל אחד occlusions הבודדים השרוול 18, ויוצרים את נקודות השחזור monoexponential אילוסטרייטד ב- 2C איור.
- להתאים את הנתונים מחושבים מ 2.7 הבאים monoexponential עקומה18,19,26
y = סוף - Δ x e-קאפה -טאו
הערה: 'y' הוא הקצב צריכת חמצן שריר היחסי (mV̇O2) בתקופת האינפלציה השרוול, 'End' מייצג את mV̇O2 מיד לאחר הפסקת פעילות גופנית; דלתא '(Δ) מסמל את השינוי mV̇O2 משאר בסוף התרגיל; 'k' הוא ההתאמה קבוע קצב; אל ' זמן. טאו מחושבת 1/k.
3. תגובתי Hyperemia
הערה: עקיבה נציג נתונים הממחישות ההליך ניסיוני. למדידת hyperemia תגובתי מתואר באיור3.
- עם הנושא שוכב פרקדן, שעברו אינסטרומנטציה כמתואר לעיל (מכשור), להורות את הנושא לשקר תזוזה ככל.
- ברגע הנושא השיגה מצב מנוחה עקבית, להמשיך להקליט לפחות 1 דקות של בסיסי נתונים, ואז מנפח במהירות לחץ דם השרוול על הזרוע ללחץ suprasystolic (30 מ מ כספית מעל לחץ הדם הסיסטולי).
- -הסימן 5 דקות, במהירות השטחת קצה שהקפל בעת הקלטת את התגובה hyperemic.
- להמשך ההקלטה למשך לפחות 3 דקות כדי ללכוד השחזור של הנושא.
-
חישוב Hyperemia ריאקטיבי
הערה: הפרמטרים NIRS מחושב מתוארת באיור 3.- חישוב בסיסית StO2 כמו StO2 ממוצע מעל 1 דקות מלאה לפני תחילתה של השרוול עורקי סגר.
- לקבוע את קצב חילוף החומרים במנוחה שרירי השלד כמו הקצב desaturation (קרי, שיפוע ממוצע) במהלך השרוול סגר (כהגדרתו מדרון 1)27,28.
- לחשב את תגובתי hyperemia כדלקמן:
a) במעלה המדרון הממוצע בעקבות שחרור השרוול (קרי, פגיעה reperfusion קצב, כהגדרתו שיפוע 2), מחושב מרגע השחרור שהקפל דרך השלב הגוברת באופן ליניארי של ריבאונד המעקב;
b) הערך2 StO הגבוה ביותר הגיעה אחרי שחרור השרוול (מסומן בתור StO2מקסימום);
ג) אזור hyperemia תגובתי תחת עקומת (AUC); מחושב מרגע השחרור השרוול כדי 1-, 2 - ו 3-מין פוסט השרוול-סגר (2 חאן אל 1-מין, חאן אל-מין, וחאן אל 3-מין, בהתאמה); ו
ד) hyperemic מילואים, מחושבת בשינוי StO2 מעל הבסיס ודיווח כשינוי אחוזים (%). ערך זה מחושב ככל שהרוויה הגבוה ביותר שהושג במהלך occlusive שאחרי ריבאונד מינוס הרוויה הממוצע שחושבו בצעד 3.5.1 (ראה לעיל).
הערה: הבדלים גדולים נתוני התוכנית הבסיסית ישפיע מאוד על הפרשנות של שמורת hyperemic.
4. פונקציונלי Sympatholysis
הערה: עקיבה נציג נתונים הממחישות ההליך ניסיוני. למדידת sympatholysis תפקודית מתואר באיור4.
- כלי נגינה הנושא כמצוין לעיל (מכשור).
- ודא של החותם אטום בבית הבליעה LBNP.
- עם הנושא משקר עדיין, במצב מנוחה, לאסוף 3 דקות של בסיסי נתונים.
- ב סימן 3 דקות, להפוך את הריב. להתאים את הואקום כך הלחץ בתוך החדר LBNP הוא בין-20 ו-30 מ מ כספית. לאפשר את הואקום לפעול למשך 2 דקות תוך מעקב אחר התגובה של הנבדק.
- -הסימן 5 דקות, לכבות את שואב האבק ולאפשר את הנושא לנוח במשך 3 דקות.
- -הסימן 8 דקות, ליזום את שורת הקול המנחה את הנושא דרך התרגיל אחיזת יד אומנותית (20% MVC).
- לאשר כי הנושא הוא שמירה על המאמץ שלהם לאורך כל מכלול של כל שלב מרתק, מרגיע לחלוטין במהלך בין כל חזרה. לפקח על התפוקה שלהם כוח, לאשר כי הם משיגים 20% MVC עם כל אחיזה. המשך פעילות גופנית עד הסימן 11 דקות.
- ב סימן 11 דקות, להפוך את הריב לעידוד הנושא כדי להמשיך שלהם התעמלות אומנותית. לאפשר את הריק בין 11-13 דקות, ולאחר מכן כבה את זה.
- יש נושא המשך ביצוע תרגיל אחיזת יד אומנותית לפחות 20% של MVC שלהם למשך 2 דקות נוספות. עם הפסקת פעילות גופנית, יש את השאר הנושא בשקט, שכב בשקט.
-
חישוב Sympatholysis תפקודית
- לנרמל את השינוי שחל oxyhemoglobin עם LBNP לאות יציב הכולל (TLS), נקבע במהלך 5 דקות השרוול סגר:
- לחשב כל אירוע כמו הממוצע הסופי 20 דקות של כל אירוע.
- לחשב את התרגיל-induced הנחתה של ההפחתה oxyhemoglobin:
- לנרמל את השינוי שחל oxyhemoglobin עם LBNP לאות יציב הכולל (TLS), נקבע במהלך 5 דקות השרוול סגר:
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
קיבולת חמצוני שרירי השלד
איור 2 מדגימה תגובה משתתף נציג במהלך הערכה קיבולת חמצוני נגזר NIRS שרירי השלד. פאנל A מראה הרוויה ברקמות פרופיל במהלך 5 דקות עורקי תאזוק סגר פרוטוקול handgrip תרגיל, סגר עורקי לסירוגין במהלך ההתאוששות מן התרגול. פאנל B ממחישה את רקמת הצפוי desaturation/מחדש-saturation הפרופיל במהלך occlusions העורקים לסירוגין במהלך תקופת ההחלמה. הקצב של desaturation הוא ביחס ישר קצב צריכת החמצן של שריר, מותווים לוח ג' לכל אחת התקופות סגר השרוול לסירוגין. הנתונים התאוששות השריר מחושב צריכת חמצן מתאים ואז לעקומה monoexponential, נגזר קבוע זמן התאוששות. באמצעות אותה גישה, מספר גדל והולך של מחקרים העריכו קיבולת חמצוני שרירי השלד גם בריאות וגם המחלה, על פני מגוון רחב של קבוצות השרירים (טבלה 1).
Hyperemia ריאקטיבי
איור 3 ממחיש את הפרופיל NIRS, נגזר hyperemia תגובתי במהלך בדיקה נציג חסימת כלי דם. זו אותה גישה שימש במגוון רחב של אוכלוסיות מחקר וקבוצות שרירים עם הצלחה טובה (טבלה 2). הנתונים מצביעים על שזה נגזר NIRS hyperemia תגובתי לא רק מספק תובנות בעלות ערך לתוך כלי הדם תגובתיות, אבל זה המבחן הוא וניתנת משמעותיים קלינית בקלות.
Sympatholysis פונקציונלית
טבלה 3 מסכם את הספרות הקיימת באמצעות את בדיוק באותו נוירו-וסקולריים צימוד הגישה המתוארים בזאת כדי למדוד sympatholysis תפקודית, מציג תוצאות מכניסטית והן הרלוונטית קלינית. במקצועות הבקרה בריא, כאשר LBNP יונחו על handgrip מתון, הירידה רפלקס חמצון השריר הוא הקלוש ~ 50% (איור 4). כשל כדי להחליש את פעילות העצבים הסימפתטית (מצר את כלי הדם) במהלך פעילות גופנית, כמו עם מחלת לב וכלי דם או נוירולוגיות (טבלה 3), משבשת את האיזון בין אספקת חמצן וסילוק, וגורמת השתלת שריר פעיל איסכמיה.
איור 1. מכשור הקמה ניסיוני. (א) נציג ניסיוני. סיפור, עם נושא אופייני שוכב פרקדן על המיטה עם הרגליים שלהם בתוך תא LBNP, מלא שעברו אינסטרומנטציה (B) היד הדומיננטית שעברו אינסטרומנטציה עם מכשיר לחץ דם מקצב-כדי פולשני למדידה מקצב-כדי לחץ דם עורקי, לחץ דם בעורק הזרוע השרוול על כיול ואימות של מערכת מקצב-כדי. (ג) אינסטרומנטציה של הזרוע האחרת. היד בנוחות מרתק של dynamometer handgrip (מחובר למערכת רכישת נתונים), מעקב היא לשריר הזרוע עם החללית ספקטרוסקופיית אינפרא אדום. (ד) לאחר שעברו אינסטרומנטציה, optodes NIRS מכוסים בד ויניל שחור (כדי למנוע הפרעה תאורת). בנוסף, מערכת האינפלציה השרוול מהירה ממוקם מעל עורק הזרוע. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
באיור 2. פרוטוקול קיבולת חמצוני שרירי השלד. (א) נתונים גולמיים עקיבה מנושא נציג נמדד באמצעות NIRS, מציג רקמה רוויה (StO2) לאורך זמן. לאחר הקמת בסיס יציב, עורק הזרוע של הזרוע האחרת היא occluded למשך חמש דקות כדי לבסס שמורת desaturation בשוליים של הנושא (ההפרש בין הבסיס StO2 לבין נקודת השפל). לאחר התאוששות סגר, הנושא הוא הורה לבצע handgrip איזומטרי של 50%, ואחריה 18 סדרת האינפלציה השרוול מהירה כדי להעריך קינטיקה שחזור של צריכת חמצן שריר. (B) נתונים ניתוח ואז מתבצע במצב לא מקוון על-ידי חישוב השיפוע הממוצע של כל הבאים בסדרה סגר השרוול פעילות גופנית; מאויר כאן שימוש היפותטי, השרוול סגר סדרת נתונים. (ג) על מנת לחשב קבוע זמן התאוששות השריר חמצון, השיפוע של כל אחד occlusions-השרוול מהיר 18 (קרי, צריכת החמצן של שריר שלאחר פעילות גופנית, mV̇O2) א להתוות נגד הזמן וזה מתאים עקומת monoexponential. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3. Hyperemia ריאקטיבי נסיוני. עם הנושא שוכב פרקדן, להקליט לפחות 1 דקות של בסיסי נתונים, ואחריו 5 דקות של סגר מוחלט השרוול עורקי, לפחות 3 דקות של התאוששות בעקבות שחרור השרוול. הערה את החפיפה ברור בין פרוטוקול קיבולת חמצוני שרירי השלד (איור 2) פרוטוקול זה. 'בסיסית' מגדיר את פרק הזמן לפני השרוול עורקי סגר. "מדרון 1' מגדיר את קצב desaturation במהלך השרוול סגר, ונחשב כאמצעי של נח קצב חילוף החומרים שרירי השלד. הערך הנמוך ביותר של2 StO שהתקבל במהלך איסכמיה מוגדרת בתור ' StO2 מינימלי ', נחשב כמדד הגירוי איסכמי vasodilate. הקצב פגיעה reperfusion רקמה רוויה זה מסומן בתור 'שיפוע 2', הוא אינדקס של תגובתי hyperemia; כמו גם StO2 , ומקסימום את תגובתי hyperemia 'השטח מתחת לעקומה' (AUC). כדי לזכות בתובנה שמורת hyperemic, StO2 המרבית מבוטאת שינוי אחוז מקו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
באיור 4. Sympatholysis פונקציונלית פרוטוקול נסיוני. פאנל שמאלי: מעקב אחר נתונים גולמיים מנושא נציג. עם הנושא שוכב פרקדן תא LBNP, לאפשר 3 דקות של איסוף נתונים של מצב יציב בסיסית. הפעל LBNP ל-20 מ מ כספית עבור 2 דק Oxyhemoglobin/מיוגלובין אמורה להפחית בתגובה רפלקס vasoconstriction אוהדת (העיגול הכחול, אזור מוצל). אפשר 2 דקות להתאוששות. תשאל את הנושא כדי לבצע התעמלות אומנותית handgrip ב-20% MVC (נמדד לפני איסוף נתונים). לאחר 3 דקות של פעילות גופנית קצבית, חזור על-20 מ מ כספית LBNP למשך 2 דקות בעוד הנושא ממשיכה לממש, ואחריו 2 דקות של פעילות גופנית מבלי LBNP. הירידה oxyhemoglobin/מיוגלובין צריך להיות נחלש באופן משמעותי (עיגול אדום, אזור מוצל). אם טרם שבוצעה, מנפח לחץ דם השרוול מעל עורק הזרוע של הזרוע פעילות גופנית במשך 5 דקות כדי לקבוע הטווח של הנושא desaturation בשוליים. שימו לב: אזורים מוצללים באיור נועדו רק כדי להדגיש את השינויים oxyhemoglobin/מיוגלובין; ראה פרוטוקול לקבלת פרטים כיצד לנתח את משתני תוצאה המשמש לחישוב sympatholysis. לוח נכון: LBNP-induced שינוי oxyhemoglobin/מיוגלובין מנוחה ובעת handgrip תרגיל מחושב מתוך הנתונים בצד השמאל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| ערכת הפניה/נתונים | אוכלוסיית המחקר | גודל המדגם (n) |
גיל המשתתפים (שנים ± SD) |
טאו (τ) (s) |
קבוצת שרירים | דיווח NIRS משתנה | התקן |
| Brizendine et al. (2013) | ספורטאים סיבולת | 8 | 25 ± 3 | 19 | Vastus lateralis | נפח דם /totaldiffעל בסיס חצי פנסיון | גל רציף (Oxymon MK III) |
| ריאן ואח. (2014) | צעירים, בריאים | 21 | 26 ± 2 | 55 | Vastus lateralis | HHb | גל רציף (Oxymon MK III) |
| דרום ואח. (2015) | קשישים | 23 | 61 ± 5 | 63 | השריר כופף שורש כף היד | Hbdiff | גל רציף (Oxymon MK III) |
| קשישים + אי ספיקת לב | 16 | 65 ± 7 | 77 | השריר כופף שורש כף היד | גל רציף (Oxymon MK III) |
||
| Adami et al. (2017) | מעשנים עם ספירומטריה נורמלי | 23 | 63 ± 7 | 80 | האמה המדיאלי | רקמה רוויה אינדקס (TSI) | גל רציף (Portamon) |
| COPD זהב 2-4 | 16 | 64 ± 9 | 100 | האמה המדיאלי | גל רציף (Portamon) |
||
| אריקסון ואח. (2013) | פגיעה בחוט השדרה | 9 | 43 ± 11 | 143 | Vastus lateralis | HbO2 | גל רציף (Oxymon MK III) |
טבלה 1: סיכום של דוחות שפורסמו בעבר על פני הרצף בריאות באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום למדידת קיבולת חמצוני שרירי השלד.
| הפניה | אוכלוסיית המחקר | קבוצת שרירים | דיווח תוצאות | ערך התוצאה |
| לקרואה, J ביומד לבחור, 2012 | גברים בריאים | האמה | שיא Oxyhemoglobin | 28.05 ± 3.15 ΜM |
| המוגלובין הכולל שיא | ΜM 10.56 ± 1.80 | |||
| להגביר את קצב ל- HbO שיא2 | 0.75 ± 0.22 μM/s | |||
| להגביר את קצב ל- Hb הכולל שיא | 0.52 ± 0.16 μM/s | |||
| Kragelj, Eng ביומד אן, 2001 | מחלת כלי דם היקפיים | האמה | צריכת חמצן | 0.68 ± 0.04 mL/min |
| זמן שיא | 153 ± 16 s | |||
| שינוי מוחלט מקסימלי HbO2 | 2.93 ± 0.22 μM/100 מ | |||
| Suffoletto, החייאה, 2012 | Admittants טיפול נמרץ לב שלאחר המעצר | בליטת כף היד | קצב desaturation בשוליים | -5.6 %/min ± 2 |
| Resaturation קצב | %/sec 0.9 ± 0.6 | |||
| Dimopoulos, טיפול Respir, 2013 | יתר לחץ דם עורק הריאה | בליטת כף היד | רוויה בסיסית עם 21% O2 | 65.8 ± 14.9% |
| O2 קצב צריכת עם 21% O2 | %/min 35.3 ± 9.1 | |||
| פגיעה reperfusion קצב עם 21% O2 | 535 ± 179 %/min | |||
| Doerschug, אני J Physiol הלב מעו Physiol, 2007 | כשל איברים & אלח דם | האמה | רוויה בסיסית | 84% |
| Reoxygenation קצב | 3.6 %/s | |||
| Mayeur, הסימנים החיוניים לטיפול הרפואי, 2011 | להלם זיהומי | בליטת כף היד | רוויה בסיסית | 80 ± 1.0% |
| מדרון desaturation בשוליים | -9.8 %/min ± 3.7 | |||
| שחזור מדרון | %/sec 2.3 ± 1.4 | |||
| McLay, Exp Physiol, 2016 | גברים בריאים | השוקתי הקדמי | רוויה בסיסית | 71.3 ± 2.9% |
| רוויה מינימלי | 44.8 ± 8.6% | |||
| מדרון desaturation בשוליים | -0.1 ± 0.03 נקודות %/s | |||
| שחזור מדרון | 1.63 ± 0.5 %/s | |||
| שיא רוויה | 82.6 ± 2.3% | |||
| McLay, נציג Physiol, 2016 | גברים בריאים | השוקתי הקדמי | רוויה בסיסית | 71.1 ± 2.4% |
| רוויה מינימלי | 46.2 ± 7.5% | |||
| שיא רוויה | 82.1 ± 1.4% | |||
| שחזור מדרון | 1.32 ± 0.38 %/s |
טבלה 2: סיכום של דוחות שפורסמו בעבר על פני הרצף בריאות באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום למדידת hyperemia תגובתי.
| הפניה | אוכלוסיית המחקר | % הנחתה |
| נלסון MD, Physiol ג', 2015 | בריא | -57 |
| בקר ניוון שרירים | -13 | |
| Vongpatanasin, Physiol ג', 2011 | בריא | -93 |
| יתר לחץ דם | -14 | |
| פדל, ג'יי Physiol, 2004 | טרום גיל המעבר | -84 |
| לאחר גיל המעבר | -19 | |
| סנדר, PNAS, 2000 | בריא | -74 |
| ניוון שרירים על שם דושן | . +7 | |
| נלסון MD, נוירולוגיה, 2014 | בריא | הערך-54 |
| ניוון שרירים על שם דושן | -7 | |
| מחיר, יתר לחץ דם, 2013 | טיפול טרום יתר לחץ דם | -52 |
| טיפול פוסט-Nebivolol יתר לחץ דם | -97 | |
| . הנסן, ג' לאחר ניתוח מעקפים. להשקיע., 1996 | פעילות גופנית בריאה ב MVC 20% | -92 |
| פעילות גופנית בריאה ב MVC 30% | -125 |
טבלה 3: סיכום של דוחות שפורסמו בעבר על פני הרצף בריאות באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום, בשילוב עם התחתון גוף שלילי הלחץ ואת handgrip תרגיל, כדי להעריך sympatholysis תפקודית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בשיטות המתוארות בזאת מאפשרים הערכה לא פולשנית, קליני של hyperemia תגובתי, נוירו-וסקולריים צימוד והקיבולת שרירי השלד חמצוני ב ביקור במרפאה או מעבדה בודדת.
שיקולים קריטי
למרות NIRS חזקים יחסית, קל לשימוש, אוסף של נתונים אלה דורשות זהירות הצבת optodes ישירות מעל שריר הבטן, מאובטחות בחוזקה במקום כדי למנוע תנועת החפץ, ולא מכוסה סדין ויניל שחור בחדר בתאורה להימנע הפרעה של האינפרא-אדום ליד האור החיצוני. בנוסף, קבלת נתונים באיכות טובה מתבסס בעיקר על תקשורת ברורה בין הבודק את הנושא ואת צוות בדיקה. אנחנו, ואחרים, מצאו כי כאשר מבוצעת עם תשומת הלב והטיפול המתאים, NIRS הוא מאוד לשחזור בתוך ביקור מחקר יחיד, ועל -פני24,11,10,ביקורים מספר29. יתר על כן, התוצאה הפיזיולוגיים המשתנים דיווח בזאת (קרי, קיבולת חמצוני שרירי השלד, תגובתי hyperemia ו צימוד נוירו-וסקולריים) רגישים התערבות ניסויית/קליני, הן בתוך והן בין הביקורים המחקר 30 , 31 , 10 , 11.
יש קונצנזוס מוגבלת כעת הדיווח המתאימה של המשתנים התוצאה NIRS. לדוגמה, כאשר מודדים את קיבולת חמצוני שרירי השלד, חוקרים יש להתאים את השחזור קינטיקה של HbO232, HHb19, על בסיס חצי פנסיוןdiff30 רקמה רוויה2 O (המחקר הנוכחי ואחרים33 ). באופן דומה, כפולה דומה בהמשתנים התוצאה גם דווחו על-מבוססות NIRS hyperemia תגובתי. 34 , 35 , 36 , 37 חלק אי-התאמה זו עשויים להתייחס לסוג המכשיר NIRS בשימוש. לדוגמה, התקני התדר (משמש כאן) מספקים כימות מוחלטת של HbO2 ו- HHb, ובכך לא מושפעות משינויים חריפה תוכן על בסיס חצי פנסיון הכולל (שלילת הצורך לתקן את הנתונים). לעומת זאת עם זאת, התקנים מכ מושפעים מאוד חריפה לשינויים המוגלובין הכולל, הדורשים תיקון נתונים25.
שינויים ופתרון בעיות
מגבלה אחת חשובה ולא כעת בלתי נמנע של NIRS היא העומק שלה חדירה מוגבל (~ 2 ס מ). לכן, האיבר השמנה להפחית באופן משמעותי – ולחסום לגמרי אפילו – האות NIRS, יש לקחת בחשבון בעת הקרנת נושאים פוטנציאליים. כדי לשלוט על זה, חוקרים מעודדים למדוד לזרוע עובי skinfold, ולהשמיט את המשתתפים עם השמנה היקפיים משמעותית.
כל גורם יכול לווסת היענות וסקולרית, נוירו-וסקולריים צימוד, ו/או קיבולת חמצוני שרירי השלד (קרי, תרופות, מוטציות גנטיות, וכו ') אכן ישפיעו על המדידות מובילים ראשי המתוארים בזאת . החוקרים ולכן מומלץ לקחת גורמים אלה בחשבון בעת התאמת פרוטוקול זה תכנון ניסויים עתידיים.
עבור sympatholysis תפקודית נחישות, חוקרים ייתכן שתרצה לכלול האתגר השני LBNP מנוחה על מנת להבטיח האות עדיין קיימת, כי ההבדלים ציין במהלך פעילות גופנית-LBNP לא היו פשוט בגלל איבוד אות או מדידה שגיאה. מומלץ לאפשר 3-5 דקות לאפשר את האות oxyhemoglobin להחלמה מלאה על ערכים של תוכנית בסיסית לפני האתגר LBNP המנוחה.
יישומים עתידיים או הוראות לאחר שליטה בטכניקה זו
ניר ספקטרוסקופיה משתמשת אור לייזר כדי להעריך את ריכוז המוגלובין רווית חמצן, ברקמות. במהלך המדידה של תגובתי hyperemia ו sympatholysis תפקודית, השינויים בפרמטרים האלה הם האמינו לייצג את השינויים בזרימת microvascular. מתאם ' מאטום לשקוף ' ספקטרוסקופיה (DC) הוא לדימות-סגול המתעוררים הגישה אשר, בנוסף הערכת הריכוז של אוקסי- ו deoxyhemoglobin, גם יכולים לכמת זלוף microvascular38. לאור הדמיון הברור בין שתי הגישות האלה הדמיה, תיאגוד DCS לתוך הטכניקות המוצע יהיה כמעט ללא תפרים, עשוי לספק תובנות נוספות כימות של פונקציה microvascular זלוף.
ברגע בטכניקה זו הוא שולט, ליישום קליני אוכלוסיות, כגון אלה עם אי ספיקת לב, יספק תובנות מכניסטית חשוב התרגיל הסובלנות ואי תפקוד לב וכלי דם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה על ידי אונ' טקסס תכנית המחקר הבינתחומי ארלינגטון גרנט.
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).
