Einen methodischen Ansatz, um Nicht-invasive Assessments der Gefäßfunktion und Morphologie

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, subklinische Arteriosklerose in verschiedenen Gefäßgebieten zu untersuchen. Zunächst wird die Laser-Doppler-Bildgebung in Kombination mit der Iontophorese vasodilatierender Arzneimittel verwendet, um die endotheliale Funktion der Mikrogefäße zu prüfen. Anschließend kommen die flussvermittelte Dilatation und die Glycerintrinitrat-vermittelte Dilatation zum Einsatz, um die endotheliale Funktion großer Gefäße zu untersuchen.

Zuletzt wird die Dicke der intimen Media der Arteria carotis auf fortgeschrittene morphologische Veränderungen analysiert. Die Ergebnisse zeigen Veränderungen der endothelialen Funktion von Mikrogefäßen und großen Gefäßen als Reaktion auf eine Stimulierung. Zusätzlich wird auch die Gefäßwand der Arteria carotis charakterisiert.

Mithilfe dieser Methoden lassen sich zentrale Fragen auf dem Gebiet der kardiovaskulären Physiologie beantworten, beispielsweise die Auswirkung von Interventionen auf die Gefäßgesundheit bei verschiedenen klinischen Populationen. Bereiten Sie zunächst den Laser-Doppler-Imager vor. Lassen Sie ihn eine halbe Stunde oder länger aufwärmen.

Kalibrieren Sie das Gerät und bereiten Sie die Software für die Nutzung vor. Bereiten Sie außerdem die Lösungen in der Plexiglas-Kammer vor. Bringen Sie dann den Studienteilnehmer zum Sitz des Abbildungsgeräts, wobei der Teilnehmer leicht zurückgelehnt auf einem festen Kissen sitzt, einen Ellbogen im 90-Grad-Winkel gebeugt hat und der entsprechende Unterarm bequem auf einer schwarzen Matte aufliegt.

Stellen Sie sicher, dass der Unterarm auf dem Kissen fixiert wird, damit er auf der Matte an Ort und Stelle bleibt. Bereiten Sie als Nächstes die Plexiglas-Kammern vor. Befestigen Sie zunächst die Stecker an der Iontophorese-Steuerungseinheit.

Dann befestigen Sie die Kammer mit Acetylcholin an der anodalen Anschlussstelle und die Kammer mit Natriumnitroprussid an der kathodalen Anschlussstelle. Anschließend verbinden Sie die beiden Kammern mit der Volarfläche des fixierten Unterarms mithilfe von doppelseitigen Klebepads. Zudem decken Sie die Kammern mit 32 mm großen Deckgläsern ab.

Öffnen Sie nun in der Scanner-Software das Scanner-Einstellungsfenster in der oberen linken Ecke des Startbildschirms. Wählen Sie den Reiter „Bildscan“ und bestimmen Sie den zu scannenden Bereich, indem Sie die Markierungstaste in der unteren rechten Ecke des Fensters anklicken. Positionieren Sie den Scannerkopf gegebenenfalls sorgfältig, damit der gewünschte Bereich genau erfasst wird.

Ändern Sie den interessierenden Bereich manuell, indem Sie die Größe des Abtastbereichs im Abschnitt „Scan-Bereich“ nahe der oberen Fensterkante eingeben. Stellen Sie sicher, dass der interessierende Bereich den Durchmesser jeder Iontophoresekammer umfasst und groß genug ist, um die Variabilität der Hautdurchblutung zu begrenzen. Der Scan kann nun nach Abschluss der Vorbereitung gestartet werden.

Verwenden Sie die LDI-Bildanalyse-Software, um die Datendatei zu öffnen. Wählen Sie im Hauptfenster die Option Bildüberprüfung aus.

Markieren Sie nun einen interessierenden Bereich um die Außenabmessungen jeder Kammer. Klicken Sie dann auf das Statistik-Symbol, und eine Spalte mit den medianen Perfusionseinheiten für jede Kammer wird aus den 12 Scans jeder Kammer angezeigt. Notieren Sie sich die Ausgangs-Perfusionseinheit und die höchste Perfusionseinheit.

Beginnen Sie mit dem Einrichten des Doppler-Ultraschallgeräts und der Software für die Live-Bildanalyse von Gefäßen. Stellen Sie anschließend dem Teilnehmer die Einrichtung vor und lassen Sie den Teilnehmer bequem auf dem Stuhl entspannen. Bitten Sie den Probanden, jeglichen Schmuck vom Handgelenk zu entfernen, und reichen Sie ein Kissen, auf dem der Arm bequem ruhen kann.

Dann legen Sie eine Blutdruckmanschette um das Handgelenk des Teilnehmers. Diese muss so still wie möglich gehalten werden. Befestigen Sie anschließend den linearen Wandlerkopf des Geräts an einer stereotaktischen Klammer.

Dann ziehen Sie die Klemme am Wandler fest. Danach rufen Sie das Menü am Ultraschallgerät auf. Stellen Sie die Abtastfrequenz auf fünf Megahertz ein und die Tiefe auf etwa 3,5 Zentimeter.

Verwenden Sie nun den Wandler, um mit einer Längsabtastung die Arteria brachialis zu lokalisieren. Diese befindet sich gewöhnlich zwei bis zehn Zentimeter oberhalb der Ellenbeuge. Stellen Sie anschließend die Verstärkung so ein, dass die Nahe- und Fernwand des Gefäßes symmetrisch hell erscheinen.

Die Farbdopplersonographie zeigt das arterielle Blut, das pulsierend durch die Arterie fließt, wodurch diese von eventuellen Venen unterschieden werden kann. Stellen Sie die Ansicht der Arteria brachialis so ein, dass sie klar und horizontal auf dem Bildschirm zu sehen ist. Sie sollte in der Software als zwei solide parallele Linien erscheinen, die durch einen klaren Bereich zwischen den Linien getrennt sind.

Markieren Sie mithilfe des Cursors den interessierenden Bereich, und die Aufnahme erfolgt automatisch über die Software. Die Anpassung des Gefäßdurchmessers des Bereichs kann über die X- und Y-Tasten auf dem Hauptbildschirm vorgenommen werden. Klicken Sie nun auf die Schaltfläche „Start“ und nehmen Sie die Arterie zwei Minuten lang auf.

Drücken Sie dann „Aufpumpen“, um fünf Minuten lang aufzuzeichnen, während die Blutdruckmanschette auf systolische Drücke aufgepumpt wird. Nach dem Entleeren der Manschette sollte der Blutfluss zur Hand durch die Manschette unterbunden sein. Setzen Sie die Aufzeichnung drei Minuten lang fort.

An diesem Punkt wird Hyperämie induziert, was eine durch Stickstoffmonoxid vermittelte Vasodilatation stimuliert. Danach eine 10-minütige Ruhephase einlegen. Als Nächstes die A. brachialis erneut lokalisieren und zwei Minuten lang eine neue Basislinienaufzeichnung des Arteriendurchmessers anfertigen.

Bitten Sie nun den Teilnehmer, eine 500-Milligramm-Glyceroltrinitrat-Tablette sublingual einzunehmen, und setzen Sie die Aufzeichnung fünf Minuten lang fort. Nach fünf Minuten sollte die Tablette entfernt werden, und der Teilnehmer ist auf unerwünschte Wirkungen zu überwachen. Bei der Datenanalyse überprüfen Sie unbedingt den Basislinienbereich auf Artefakte und schließen Sie alle Artefakte aus, bevor Sie die verbleibenden Werte mitteln, um den Basisliniendurchmesser zu erhalten.

Außerdem sollte während der Analyse der flussvermittelten Dilatation die automatisch erkannte Region der maximalen Dilatation überprüft werden. Falls diese fehlerhaft identifiziert wurde, manuell einen begrenzteren Bereich auswählen, der das Maximum enthält. Für diese Messung sollte die Versuchsperson bequem auf einem Bett mit einem Kissen liegen.

Danach die EKG-Ableitungen für eine Grundmessung vorbereiten. Diese an beiden Armen und am linken Knöchel anbringen. Anschließend im Menü die Abtastrate auf 10 Megahertz und die Aufzeichnungstiefe auf drei bis vier Zentimeter einstellen.

Danach die Verstärkung wie zuvor einstellen. Bitten Sie nun den Probanden, den Kopf leicht nach links zu drehen, und scannen Sie mit dem linearen Array-Wandler die rechte A. carotis. Suchen Sie nach einem Teilungspunkt im Gefäß, da dieser die Aufspaltung der Arteria carotis communis in die Arteria carotis interna und die Arteria carotis externa zeigt.

Scannen Sie die Arteria carotis entlang aller Abschnitte in einer Längsebene. Identifizieren Sie die Arteria carotis communis, interna und externa, falls Plaques sichtbar sind. Speichern Sie die Bilder jetzt.

Nehmen Sie mindestens drei Bilder eines Bereichs auf, der frei von Plaques ist und etwa einen Zentimeter vom Karotisbulbus entfernt liegt. Lassen Sie die Versuchsperson ihren Kopf zur anderen Seite drehen und wiederholen Sie den Vorgang, um die linke A. carotis zu dokumentieren. Analysieren Sie die Bilder anschließend offline mithilfe des Arterienmesssoftwarepakets, während Sie die Werte für CIMT und Lumendurchmesser erfassen.

Beachten Sie, dass genaue Messungen nahe der Wand nicht möglich sind; analysieren Sie daher nur die Messwerte von der gegenüberliegenden Wand. Die Laser-Doppler-Bildgebung in Kombination mit Iontophorese wurde bei einer gesunden Frau mittleren Alters ohne kardiovaskuläre Erkrankung angewendet. Es zeigte sich ein deutlicher Anstieg des medianen Blutflusses unter beiden Reizen.

Der maximale Blutfluss erreichte 455 Perfusions­einheiten für Acetylcholin und 446 Perfusions­einheiten für Natriumnitroprussid. Die durch Fluss vermittelte Dilatation und die durch Glyceroltrinitrat vermittelte Dilatation wurden beide bei einer gesunden jungen Frau ohne kardiovaskuläre Erkrankungen untersucht. Der Test zur flussvermittelten Dilatation erhöhte den Arterien­durchmesser um etwa 10 %, und die durch Glyceroltrinitrat vermittelte Dilatation erhöhte den Arterien­durchmesser um etwa 30 %. Die Dicke der intimomedialen Schicht der Arteria carotis wurde in der linken Arteria carotis eines gesunden Individuums untersucht.

Der CIMT-Wert für die Fernwand betrug 0,83 Millimeter und der Lumendurchmesser 7,71 Millimeter. Die gleichen Messungen an der rechten A. carotis betrugen nach deren Entwicklung 0,87 Millimeter und 7,8 Millimeter. Diese Techniken ebneten Forschern der kardiovaskulären Physiologie den Weg, um die Mechanismen kardiovaskulärer Erkrankungen in verschiedenen klinischen Populationen zu verstehen.