מוצג כאן פרוטוקול להדמיה ומדידה של תגובתיות כלי דם במוח בבני אדם עם ספקטרוסקופיה אינפרא אדום קרוב תפקודית (fNIRS). fNIRS היא שיטת הדמיה חדשה הלוכדת את שינויי הריכוז של מיני המוגלובין בקליפת המוח החיצונית ביותר תחת גירויים ספציפיים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מוצג כאן פרוטוקול להדמיה ומדידה של תגובתיות כלי דם במוח בבני אדם עם ספקטרוסקופיה אינפרא אדום קרוב תפקודית (fNIRS). fNIRS היא שיטת הדמיה חדשה הלוכדת את שינויי הריכוז של מיני המוגלובין בקליפת המוח החיצונית ביותר תחת גירויים ספציפיים.
תגובתיות מוחית (CVR) היא היכולת של כלי דם במוח לשנות את זרימת הדם במוח (עם התרחבות או התכווצות) בתגובה לגירויים כימיים או פיזיים. כמות התגובתיות במיקרו-כלי הדם במוח תלויה בשלמות כלי הדם בקיבול והיא התפקיד העיקרי של תאי האנדותל. CVR הוא, אם כן, אינדיקטור לפיזיולוגיה ולבריאות הכללית של המיקרו-כלי דם. שיטות הדמיה שיכולות למדוד CVR זמינות אך עלולות להיות יקרות, ודורשות מרכזי הדמיה בתהודה מגנטית ומומחיות טכנית. במחקר זה, השתמשנו בטכנולוגיית fNIRS כדי לנטר שינויים של אוקסיהמוגלובין (HbO) ודאוקסיהמוגלובין (HbR) במיקרו-כלי דם במוח כדי להעריך את ה-CVR של 15 בקרות בריאות (HC) בתגובה לגירוי כלי דם (5% פחמן דו-חמצני בשאיפה או CO2). התוצאות שלנו מצביעות על כך שמדובר בטכנולוגיית הדמיה מבטיחה המציעה שיטה לא פולשנית, מדויקת, ניידת וחסכונית למיפוי CVR בקליפת המוח ותפקוד מיקרו-כלי דם נלווים, הנובעים מפגיעה מוחית טראומטית או מצבים אחרים הקשורים למיקרו-וסקולופתיה מוחית.
ניתן למדוד את בריאות כלי הדם בקליפת המוח באמצעות יכולתם של כלי הדם להתכווץ או להתרחב בתנאים פיזיולוגיים משתנים. מדידת תגובתיות כלי הדם יכולה להיות שימושית באבחון וניהול של מצבים נוירולוגיים הקשורים לתפקוד לקוי של כלי דם במוח, כמו דמנציה, פגיעה מוחית טראומטית (TBI) ואפילו הזדקנות 1,2,3,4. בנוסף, CVR יכול לשמש כסמן ביולוגי מנבא ו/או פרמקודינמי להפרעות נוירולוגיות כגון אלצהיימר5 או TBI 6,7,8,9,10. קיימות שיטות הדמיה מבוססות לחקר CVR בבני אדם ובעלי חיים. שיטה טיפוסית כוללת הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) בשילוב עם גירוי אקסוגני או אנדוגני, כגון היפרקפניה11, עצירת נשימה או אצטזולאמיד2. Lu et al.12,13 הראו שמערכת אספקת גז פשוטה בשילוב עם הדמיית MRI - תלויה ברמת חמצן בדם (MRI-BOLD) מייצרת מפות CVR מדויקות של כל המוח.
שיבושים בזרימת הדם, בנפח ובקצב חילוף החומרים של החמצן בכלי הדם במוח מייצרים שינויים בריכוזי הרקמות של HbO ו-HbR. ספיגת האור ברקמות בתחום האינפרא אדום הקרוב רגישה לשינויים בריכוז מיני ההמוגלובין, כגון HbO ו-HbR. לכן, מדידת אור מפוזר לאחור לאורך זמן יכולה לכמת שינויים בריכוז ה-HbO וה-HbR בקליפת המוח החיצונית ביותר (כ-2 ס"מ)15, וניתן להשתמש בה כדי להעריך שינויים המודינמיים זמניים16 כולל תגובתיות כלי דם במוח (CVR)17.
בפרדיגמת המחקר שלנו, אנו משתמשים במכשיר fNIRS עם פונקציית גל רציף. המכשיר מורכב מ-4 מקורות ו-10 גלאים, היוצרים 16 זוגות גלאי מקור (ראה איור 1). זוגות גלאי המקור מעוצבים יחד על רצועת סיליקון שניתן להניח בקלות על המצח ולהחזיק במקומה עם עטיפה דבוקה בעצמה. המכשיר מודד את עוצמת האור ב-730 ו-850 ננומטר ויש לו תדר רכישה של 2 הרץ. המערכת הזו נבחרה מאחר שהיא ידידותית למטופלים, קלה ללבישה, ואוספת נתונים מקליפת המוח הקדם-מצחית, אזור במוח פגיע במיוחד ל-TBI. למרבה המזל, רוב מערכות ה-fNIRS האחרות תואמות לטכניקת רכישת ה-CVR שלנו, ונבדלות רק באזורים בקליפת המוח שנמדדו בהתבסס על אזור המוח המבוקש.
בעוד ש-fMRI נחשב לתקן הזהב להדמיית מוח תפקודית, לטכנולוגיית fNIRS יש יתרונות ייחודיים להערכת CVR בהשוואה ל-fMRI. טכניקת ההדמיה fNIRS מספקת רזולוציה זמנית גבוהה (עם פירוט של אלפיות השנייה) ויכולה לכמת שינויים הן בריכוז HbO והן בריכוז HbR, בעוד ש-fMRI מודד רק שינויים ב-HbR 18,19,20. יתר על כן, מכשירי fNIRS הם ניידים, חסכוניים וקלים יותר לתפעול מאשר fMRI. לבסוף, טכנולוגיית fNIRS פותרת טוב יותר את תנועת הנושא, וזה הכרחי בהתחשב בכך שאתגרים וסקולריים כמו היפרקפניה משמשים לעתים קרובות בשילוב עם משימות לימוד קוגניטיביות או פיזיות21.
במאמר זה, מוצג אתגר היפרקפניה, בשילוב עם טכנולוגיית fNIRS. מדדנו ערכי CVR ולמדנו את יכולת השחזור של שיטה זו, בתקווה להציע אלטרנטיבה אמינה למדדי fMRI CVR.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המשתתפים גויסו תחת פרוטוקול שאושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית (ClinicalTrials.gov NCT01789164). הציוד המתואר בפרוטוקול מאושר אתית על ידי המוסד שלנו.
1. להכין את החומרים המשמשים לאתגר ההיפרקפניה (איור 2)
2. נהלים במהלך הניסוי
3. נהלי ניקוי
4. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
fNIRS בוצע עם אתגר היפרקפניה על 15 משתתפים בריאים. קריטריוני ההכללה היו היסטוריה של TBI, הפרעות נוירולוגיות או פסיכיאטריות קיימות או הריון. הגיל הממוצע של המשתתפים היה 37.7 ±-16 שנים (טווח 20-55) ו-20% היו נשים. כפי שהוצג במחקר fMRI דומה28, שאיפה של 60 שניות של 5% CO2 לוותה בעלייה בלחץ EtCO2 כפי שנמדד על ידי קפנוגרפיה. במחקר שלנו, עקבות EtCO2 לוו בעלייה ב-HbO וירידה ב-HbR (איור 4).
מבחינה פיזיולוגית, HbO ו-H...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הצלחנו למדוד CVR באמצעות fNIRS וטכניקת שאיפת גזCO2 ב-15 מתנדבים בריאים. ערך ה-CVR הנמדד הוא המתאם בין אות ה-fNIRS הנרכש לבין ה-EtCO2. האתגר הוא ליישר במדויק את עקבות ה-EtCO2 הטמפורליות עם אות ה-fNIRS, במילים אחרות, להסביר את הזמן שלוקח לדם לעבור ממערכת כלי הדם הריאתיים ללב ומשם לכלי הדם במוח. השונות הבין-ערוצית נמוכה (30%) ומציגה ערך CVR אחיד בקליפת המוח התואם לתוצאות fMRI קודמות12. הנתונים שלנו מראים שהשונות בין המשתתפים ב-CVR בקר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.
העבודה במעבדת המחברים נתמכה על ידי המרכז למדעי המוח ורפואה רגנרטיבית (CNRM), האוניברסיטה למדעי הבריאות (USUHS), בת'סדה, מרילנד, על ידי מרכז המצוינות הצבאי למדעי המוח הקליניים (MCNCoE), המחלקה לנוירולוגיה, USUHS, ועל ידי תוכנית המחקר הפנימית של המכונים הלאומיים לבריאות. הדעות המובעות במאמר זה הן של המחבר ואינן משקפות את המדיניות הרשמית של מחלקת הצבא/הצי/חיל האוויר, משרד ההגנה או ממשלת ארה"ב.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| שרוול כחול | 22254 | Vacumed | |
| גודל 200 | R012000 2003 | חמצן | |
| (גודל: בינוני, סוג: ספירלה) | 602021-2608 | הנס רודולף | |
| דאגלס (קיבולת 200 ליטר) | 500942 | מכשיר | |
| 1011-108 | Vacumed | ||
| צינור דגימת גז | T4305 | QoSINA | |
| מסנן הידרופובי | 9906-00 | פיליפס מערכות | |
| זכר לואר | 11547 | חתיכת פה QoSINA | |
| (סיליקון, דגם #9061) | 602076 | הנס רודולף | |
| (קצף פלסטיק, דגם #9014) | 201413 | הנס רודולף | |
| שסתום תלת כיווני (100% פלסטיק) | CR1207 | הנס רודולף | |
| שסתום דו-כיווני שאינו נושם (22 מ"מ / 15 מ"מ ID) | CR1480 | הנס רודולף |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה פורסם
הסרטון יגיע בקרוב