Articolo metodologico

Valutare cerebrale Autoregolazione via oscillatorio Lower Body Negative Pressure e proiezione Pursuit Regression

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DOI:

10.3791/51082

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10 dicembre 2014

 ,  , 
1Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Harvard Medical School, 2Cardiovascular Research Laboratory, Spaulding Hospital Cambridge

In questo articolo

Sommario

La perfusione cerebrale viene mantenuta in una gamma di pressioni tramite l'autoregolazione cerebrale. Tuttavia, la caratterizzazione dell'autoregolazione richiede fluttuazioni di pressione prominenti a frequenze regolate. Il protocollo descritto mostrerà come la pressione negativa oscillatoria della parte inferiore del corpo possa generare fluttuazioni di pressione per fornire dati per la regressione del perseguimento della proiezione per la quantificazione della curva di autoregolazione.

Abstract

Il processo di perfusione cerebrale viene mantenuta costante in un'ampia gamma di pressioni sistemici è noto come "autoregolazione cerebrale." Smorzamento efficace del flusso contro variazioni di pressione si verifica per periodi più brevi ~ 15 sec e diventa progressivamente più lunghi periodi di tempo. Così, i cambiamenti più lenti della pressione sanguigna sono effettivamente smussati e cambiamenti più rapidi o fluttuazioni passano al flusso ematico cerebrale relativamente inalterata. La principale difficoltà nel caratterizzare la dipendenza dalla frequenza di autoregolazione cerebrale è la mancanza di importanti variazioni spontanee della pressione arteriosa attorno alle frequenze di interesse (meno di ~ 0,07 Hz o ~ 15 sec). Oscillatorio inferiore del corpo pressione negativa (OLBNP) può essere impiegato per generare oscillazioni ritorno venoso centrale che provocano fluttuazioni di pressione arteriosa alla frequenza di OLBNP. Inoltre, proiezione Pursuit Regression (PPR) fornisce un metodo non parametrico per characterize rapporti non lineari inerenti al sistema senza assunzioni a priori e rivela la caratteristica non-linearità di autoregolazione cerebrale. OLBNP genera grandi fluttuazioni della pressione arteriosa come la frequenza delle oscillazioni di pressione negativa rallentare; Tuttavia, le fluttuazioni del flusso cerebrale diventano progressivamente minore. Quindi, il PPR mostra una regione autoregolatorio sempre più prominente OLBNP frequenze di 0,05 Hz e inferiori (20 cicli sec). L'obiettivo di questo approccio per permettere la determinazione in laboratorio della caratteristica non lineare rapporto tra la pressione e il flusso cerebrale e potrebbe fornire visione unica di controllo integrati cerebrovascolare nonché ad alterazioni fisiologiche sottostante compromessa autoregolazione cerebrale (ad esempio, dopo traumi cerebrali, ictus , ecc).

Introduzione

Il processo attraverso il quale la perfusione cerebrale si mantiene costante su una vasta gamma di pressioni sistemiche è noto come "autoregolazione cerebrale." Osservazioni originali di risposte flusso cerebrale 1 sostenuto un contro-regolazione contro le variazioni della pressione arteriosa, che è di grande importanza per la regolazione quotidiana di perfusione cerebrale. Sebbene caratterizzazione di autoregolazione si è basata su studi di sostenuta, ipo e ipertensione controllata, 2,3 è stato riconosciuto che i cambiamenti indotti pressione in resistenza sono 'un processo oscillatorio' 3 che comprende le modifiche da 10 a 90 sec. 4, inoltre, all'interno del Negli ultimi due decenni, la misurazione della velocità del flusso sanguigno cerebrale su un beat-by-beat base 5 ha dimostrato che il flusso cerebrale è regolato su periodi più brevi a pochi battiti cardiaci. 6,7 Questi dati battito-per-battito suggeriscono che efficace smorzamento del flusso contro variazioni di pressione si verifica nel corsoperiodi brevi come ~ 15 secondi e diventa progressivamente più su periodi di tempo più lunghi. 8 Così, il rapporto tra le funzioni di pressione e di flusso come un filtro passa alto 7,9-12 in cui i cambiamenti più lenti della pressione sanguigna sono effettivamente smussati e le oscillazioni veloci passano attraverso relativamente inalterata.

La principale difficoltà nel caratterizzare la dipendenza dalla frequenza di autoregolazione cerebrale è la mancanza di importanti variazioni spontanee della pressione arteriosa attorno alle frequenze di interesse (meno di ~ 0,07 Hz o ~ 15 sec). Senza oscillazioni di pressione sufficientemente grandi, non si può quantificare con precisione la risposta del flusso sanguigno cerebrale. Il nostro laboratorio ha affrontato questo vincolo utilizzando una tecnica nota come oscillatorio pressione negativa corpo inferiore (OLBNP). Questo crea caudale turni volume del sangue venoso proporzionale al livello di pressione negativa nel serbatoio a causa della ridotta pressione transmurale venosa. Quando la pressio negativore è applicato a intervalli prestabiliti, le oscillazioni nel centro risultato ritorno venoso in fluttuazioni di pressione arteriosa alla frequenza di OLBNP. Questo approccio è stato utilizzato in diversi studi attraverso diversi laboratori. 8,14-17 Questo crea caudali cambiamenti di volume di sangue venoso proporzionale al livello di pressione negativa nel serbatoio a causa della ridotta pressione transmurale venosa. Quando la pressione negativa viene applicata a intervalli prestabiliti, le oscillazioni di ritorno venoso centrale provocano fluttuazioni di pressione arteriosa alla frequenza di OLBNP. Questo approccio è stato utilizzato in diversi studi attraverso diversi laboratori. 8,15-18

Anche con un approccio che può generare oscillazioni prominenti della pressione arteriosa attorno alle frequenze di interesse, vi è un fattore di complicazione: c'è evidenza significativa di non linearità in autoregolazione cerebrale, soprattutto alle frequenze più basse 8 Inoltre, non c'è una forte guida teorica.sulla natura delle nonlinearità presenti in autoregolazione cerebrale. Quindi, usiamo un ateoretico, dati guidati metodo noto come proiezione Pursuit Regression (PPR) nella nostra analisi. 19 PPR è un metodo non parametrico per caratterizzare le relazioni lineari inerenti ad un sistema senza alcuna ipotesi a priori sulla natura di queste non linearità. Questo è un vantaggio deciso per catturare un sistema la cui fisiologia non è ancora definita da modelli lineari espliciti. PPR rivela che la caratteristica non-linearità autoregolazione cerebrale assomiglia al "classico curva di autoregolazione" descritta da Lassen nel 1959 (Figura 1). 2,19 Cioè, il flusso sanguigno cerebrale rimane relativamente costante entro un certo intervallo di pressione arteriosa, ma tracce passivamente in modo lineare al di fuori di questo intervallo. Questa forma diventa più evidente come la fluttuazione della pressione arteriosa diventa più lento. Pertanto, l'analisi lineare è insufficiente per completamente interrogate autoregolazione cerebrale e affidamento su tecniche lineari probabilmente non trova informazioni importanti.

In questo articolo ci dettaglio l'approccio sia di acquisizione dati (uso in laboratorio di OLBNP) e le analisi (PPR) che utilizziamo per caratterizzare autoregolazione cerebrale in salute e malattia.

Protocollo

1. oscillatorio inferiore del corpo a pressione negativa (OLBNP)

  1. Setup Attrezzature
    1. Elettrocardiogramma Piombo II (ECG): apporre la tre (o più) elettrodi busto del soggetto per il monitoraggio della frequenza cardiaca durante lo studio.
    2. Neoprene Skirt: utilizzare un pannello esterno in neoprene misura che sigilla il soggetto nella parte inferiore del corpo camera a pressione negativa fino alla cresta iliaca. Mettere intorno al torace del soggetto prima della loro immissione in posizione supina nel serbatoio e verificare che il segnale ECG è ancora adeguata. Assicurarsi che sia aderente ma non è così stretto da limitare la respirazione.
    3. Lower Body Negative Pressure Chamber: Avere la supina soggetto si trovano sul letto e la camera di manovra LBNP sotto di loro. Se la camera di LBNP ha una sede di bicicletta regolabile (per ridurre al minimo il movimento artefatto senza contrastando l'effetto di aspirazione), accertarsi che il soggetto sia comodamente seduti su di essa. Utilizzare un fatto del plexiglas spacer taglio wa del soggettodimensioni ist per contribuire a sigillare la camera. Sigillare la gonna neoprene attorno alla camera LBNP con del nastro adesivo.
    4. Pressione LBNP Camera: Collegare la camera LBNP ad un trasduttore di pressione standard. Calibrare il trasduttore di pressione a mmHg.
    5. Ripetere Timer Cycle Allegata alla valvola meccanica: Collegare il personalizzato costruito valvola meccanica e timer ciclo di ripetizione alla camera LBNP.
      NOTA: Un relè temporizzazione collegato a due motori che controllano una valvola meccanica viene utilizzato per alternare tra la pressione negativa e pressione ambiente. Le alterna relè temporizzazione tensione ai motori a intervalli fissi per aprire e chiudere una valvola tra la camera e il vuoto. Questo crea una forma d'onda della pressione della camera LBNP che è un'onda di circa di forma quadrata. Regolare il tempo di ciclo per la frequenza OLBNP desiderata.
    6. Trasformatore variabile e vuoto: Allega un aspirapolvere domestica alla valvola meccanica. Inserire il vuoto in un trasformatore variabile che permette la tensione alvuoto da controllare. Accendere l'aspirapolvere e regolare il trasformatore variabile fino a quando la pressione target LBNP (ad esempio, 30 mmHg) si ottiene.
    7. Pressione arteriosa: Fissare polsini della pressione arteriosa photoplethysmographic non invasive (ad esempio, Portapres, Finapres) al dito (s) di una mano. Assicurare accuratezza confrontando la pressione a pressioni oscillometriche dall'arteria brachiale del braccio opposto.
    8. 2 MHz Doppler transcranico e Probe Fixation dispositivo
      1. Utilizzare una sonda Doppler dell'onda di polso 2 MHz per insonate segmento M1 dell'arteria cerebrale media al tempio (ovvero, la finestra transtemporale).
      2. Alter angolo di sonda, profondità insonazione (~ 55 mm), il guadagno e la potenza di trasmissione per massimizzare l'intensità spettrale del segnale.
      3. Fissare la sonda Doppler in posizione utilizzando un dispositivo di fissaggio che non ha indietro (cioè non un archetto) in modo che il movimento manufatto non è introdotto nel segnale movimento volontarios con oscillazioni di pressione negativa.
        NOTA:. Cerebrale il flusso di sangue può essere misurato in modo unilaterale o bilaterale, ma nessuna differenza in autoregolazione cerebrale è previsto tra gli emisferi a meno che una lesione localizzata come ictus o trauma cranico è presente 20
    9. CO scaduto 2: Utilizzare una cannula nasale collegato a un analizzatore infrarosso di CO 2 per il monitoraggio di CO scaduto 2 e istruire il soggetto di respirare solo attraverso il naso. Dato l'effetto arteriosa profonda CO 2 ha sul flusso sanguigno cerebrale, 21 monitor di CO 2 durante ogni studio.
  2. Acquisizione Dati
    1. Impostare la conversione da analogico a digitale della pressione arteriosa, flusso sanguigno cerebrale, LBNP pressione della camera, e scaduto CO 2 per acquisire un minimo di 50 Hz per canale. Acquisire ECG a 1 kHz.
      NOTA: Durante le successive occasioni di analisi con le informazioni di frequenza molto più bassa (≤0.07 Hz), è critical per monitorare la qualità dei segnali che vengono acquisiti durante lo studio. Una frequenza di campionamento di 50 Hz consentirà visualizzazione accurata della pressione sanguigna e del flusso sanguigno cerebrale per la rilevazione di manufatto.
  3. Oscillatorio Protocollo LBNP
    1. Accendere il vuoto e verificare la pressione del serbatoio è stabile a -30 mmHg.
    2. Set timer ciclo di ripetizione di 33 secondi per 0,03 Hz OLBNP.
    3. Regolare la sonda Doppler (s) per garantire ottimale del segnale.
    4. Acquisire i dati per almeno 15 cicli (500 sec a 0,03 Hz) per garantire sufficiente fiducia nelle stime PPR. Se il tempo consente, raccogliere più dati di questo come sarà ulteriormente migliorare il rapporto segnale-rumore.
    5. Ripetere i passaggi precedenti per eventuali frequenze comprese tra 0,03 Hz-0,08 Hz modificando la durata del timer ciclo di ripetizione.
      NOTA: Applicare le frequenze in ordine, ma variare in modo casuale la frequenza di avvio tra i soggetti.

2. Proiezione Pursuit Regression (PPR)

  1. Pre-elaborazione dei dati
    1. Decimazione e passa-basso Filtering
      1. Aprire Matlab. Digitare il comando "data = resample (dati, 1, SR / 5)" (dove SR è la frequenza di campionamento originale) per decimare la pressione arteriosa e il flusso sanguigno cerebrale a 5 Hz.
        NOTA: Facoltativamente, filtro passa-basso (19 ° ordine Chebyshev Type II) con un taglio di 0,4 Hz. Il filtraggio è ridondante, data successiva lavorazione, ma crea forme d'onda medie che non si basano sul rilevamento di picco della pressione arteriosa volte rumoroso e segnali del flusso sanguigno cerebrale.
    2. Rimozione Artefatto
      1. Utilizzando le forme d'onda non decimati originali come guida, rimuovere eventuali sezioni dei segnali con artefatti e linearmente interpolare. Se queste sezioni rappresentano più del 10% del periodo di registrazione, la registrazione eliminare del tutto.
        NOTA: A questo punto, le forme d'onda sono opportunamente trattati per approcci lineari tradizionali come l'analisi funzione di trasferimento.
    3. Band-passaggio filtrante
      1. In Matlab, digitare: [B, A] = cheby1 (1,1, [F - 0.005 F + 0.005] / (/ 2) SRD) data = filtfilt (B, A, detrend (dati, 'lineare') a band -pass filtrare la pressione e il flusso in una banda di ± 0,005 Hz (1 ° ordine Chebyshev tipo I con 1 dB della banda passante ripple) intorno alla frequenza di OLBNP (figura 2), dove F è la frequenza OLBNP dominante, SRd è il campionamento decimata rate (5 Hz dopo il passo 2.1.1), e "dati" è il segnale decimato (pressione o flusso arterioso).
        NOTA: Questo minimizza possibili interferenze e aumenta il rapporto segnale-rumore nella successiva analisi PPR. Sebbene la fluttuazione di pressione arteriosa dominante si verifica alla frequenza di oscillazione di bassa pressione negativa corpo, rumore casuale nei segnali può interferire con la derivazione dei rapporti di pressione-flusso. Risultati senza passa-banda di filtraggio saranno qualitativamente simile, ma la percentuale di varianza eXplained (cioè, R 2) sarà più basso. 19
  2. Proiezione Pursuit Regressione Stima
    NOTA: Utilizzando la funzione built-in 'PPR' in R Lingua e Ambiente per Statistical Computing, e / o tramite funzioni personalizzate scritte in altre piattaforme, generare una singola funzione cresta (M = 1) per la relazione flusso arterioso pressione cerebrale .
    1. In Matlab, entrare nel "CVLabPPR (pressione, flusso)" il comando. Inserire lo Studio ID come XXXYYY, dove XXX è il codice di studio di 3 lettere e YYY è i tre caratteri numerici per ID oggetto. Inserire la data di studio nel seguente formato: AAAA-MM-DD. Inserire la misura numerica # (per esempio, "1" per il giorno 1).
    2. Inserire il APM (inserire FP per finapress o AL per l'arte-line). Inserire il Vessel (MCA, ACA, o PCA). Digitare "y" o "n" alla query "Hai misure MCA giuste?" Enter "y &# 8221; o "n" alla query "Hai lasciato misure MCA?"
      NOTA:
      figure-protocol-1
      Per ogni ingresso (x t - pressione arteriosa) e l'uscita (y t - il flusso sanguigno cerebrale) una funzione di trasferimento autoregressivo lineare (Eq 1. - il termine tra parentesi) viene fatto passare attraverso le funzioni del kernel non parametrici (k m, chiamato 'cresta funzioni ") che sono determinati minimizzando l'errore quadratico medio. Proiezione inseguimento regressione può includere più di una funzione cresta (cioè, M> 1). Tuttavia, anche se sarà ridurre l'errore quadratico medio, può oscurare l'interpretazione delle funzioni di colmo a causa di potenziali interazioni tra di loro. Poiché lo scopo primario è quello di ottenere una relazione tra la pressione arteriosa e flusso sanguigno cerebrale che can essere interpretato fisiologicamente, PPR deve essere limitata a una sola funzione cresta (M = 1).
    3. Lineare a tratti parametrizzazione. Parametrizzare la funzione cresta come una funzione lineare a tratti per la successiva analisi statistica (Figura 3). Per Matlab, utilizzare Free-nodo spline approssimazione di Bruno Luong. Inserire il "BSFK (x, y, k, nknots)" Comando dove k = 2 per una misura lineare e nknots = 3 per tre regioni.
      NOTA: Questo identifica quei punti in cui i cambiamenti arteriosi rapporto di flusso di pressione-cerebrale, e gli intervalli in cui il rapporto è approssimativamente lineare figura 3 mostra una schematica dei risultati.. Il guadagno (cioè, la pendenza lineare) del rapporto di pressione del flusso all'interno di ciascuna regione fornisce una misura dell'efficacia di autoregolazione cerebrale all'interno di tale regione. Un guadagno inferiore indica una più efficace contro-regolazione delle fluttuazioni di pressione, mentre i guadagni più alti indicano fl più passivorisposte ome variazioni di pressione.

Risultati

OLBNP ampiezze da 10 mmHg 22 fino a 120 mmHg 17 sono stati utilizzati per aumentare fluttuazioni di pressione arteriosa, ma 30 mmHg OLBNP è sufficiente 23,24 e non oltre la capacità di regolamentazione del cerebrovasculature. 17 Questo livello di risultati OLBNP in oscillazioni di pressione sanguigna che sono circa 15-20 mmHg in grandezza a 0.03 Hz, che non è maggiore di variazioni di pressione arteriosa che si verificano quando si passa dalla posizione seduta a piedi. 25 presenta alcune limitazioni alla gamma entro cui OLBNP può generare variazioni di pressione arteriosa. Autoregolazione è attiva solo a ~ 0,07 Hz e più lenta, quindi il limite superiore non è un problema. Tuttavia la difficoltà di generare oscillazioni a bassa frequenza sotto 0,03 Hz è che il sistema cardiovascolare contro-regola contro le variazioni di pressione arteriosa LBNP indotte prima del ciclo è finito. Come mostra la Figura 4 mostra, a 0.025 Hz OLBNP che effettivamente vediamo il più grande picco nellaoscillazioni di pressione arteriosa a 0,05 Hz. Mentre la risposta in frequenza di autoregolazione cerebrale può essere caratterizzato da 0,03 Hz-0.08 Hz per definire le scale di tempo entro cui autoregolazione è attivo, 23,24 0,03 Hz e 0,08 Hz OLBNP sono sufficienti quanto rappresentano una serie di funzioni di autoregolazione (cioè un pronunciato regione di autoregolazione a nessuno o un modesto).

OLBNP genera grandi fluttuazioni della pressione arteriosa come la frequenza delle oscillazioni di pressione negativa diventa più lenta. La Figura 5 mostra la pressione arteriosa e conseguenti variazioni del flusso sanguigno cerebrale con OLBNP da 0,08 Hz (12.5 cicli sec) e 0,03 Hz (33 cicli sec). Alle frequenze più alte, il flusso sanguigno cerebrale fluttua in concerto con la pressione arteriosa. Il PPR lo dimostra; vi è una relazione lineare proporzionale tra la pressione arteriosa e il flusso sanguigno cerebrale alle frequenze più elevate di 0,08 Hz, 0,07 Hz (14 cicli sec) e 0.06 Hz (16.6 cicli sec). Alle frequenze più lente di OLBNP, anche se le fluttuazioni di pressione arteriosa diventano più grandi, le fluttuazioni del flusso ematico cerebrale sono progressivamente più efficace inumidito. Quindi, il PPR mostra una regione autoregolatorio sempre più importante a frequenze OLBNP da 0,05 Hz (20 cicli sec), a 0,04 Hz (25 cicli sec), a 0,03 Hz. Nell'esempio illustrato, a 0.03 Hz, la curva PPR assomiglia chiaramente il "classico curva di autoregolazione" descritta da Lassen (Figura 1). Abbiamo precedentemente dimostrato che questa osservazione non può essere spiegato semplicemente l'aumento della grandezza delle fluttuazioni di pressione arteriosa come la frequenza delle oscillazioni diventa più lento. Abbiamo precedentemente applicata PPR ai dati da 48 individui in diverse grandezze di OLBNP (quindi, diversa ampiezza delle oscillazioni di pressione). 19 Anche se non abbiamo esplorare esplicitamente una potenziale relazione tra gamma di autoregolazione e l'ampiezza delle fluttuazioni di pressione, abbiamo ricavità che la variazione di autoregolazione gamma era solo ~ 6%. Così, i nostri risultati precedenti dimostrano chiaramente che il cambio della curva PPR con frequenza non può essere completamente spiegata da un cambiamento nella grandezza delle fluttuazioni di pressione. Nello stesso studio, abbiamo valutato se la caratterizzazione PPR di autoregolazione è riproducibile attraverso sessioni separate. Questa analisi ha mostrato che la pendenza della gamma di autoregolazione durante 0,03 Hz OLBNP non ha cambiato (Concordanza di Lin = 0.96, p <0.001) e quindi la relazione pressione-flusso lineare è coerente in giornate di studio.

Anche se il letto cerebrovascolare è ben innervato da fibre nervose simpatiche, il loro ruolo nella autoregolazione non è stata ampiamente accettata. 26 Pertanto, alcuni dei nostri precedenti lavori ha esplorato il ruolo potenziale del sistema nervoso simpatico in autoregolazione cerebrovascolare. 24 Abbiamo trovato un ruolo chiaro per il sistema simpatico nella regolazione del flusso cerebrale, ma were non in grado di caratterizzare come il rapporto cambiato con rimozione degli effetti simpatici causa delle limitazioni dei metodi lineari per caratterizzare autoregolazione. La Figura 6 mostra i risultati di applicazione PPR per dati prima (basale) e dopo blocco simpatico durante 0,05 Hz. La curva complessiva diventa decisamente più lineare. Inoltre, l'analisi PPR di 0,03 Hz dati dove autoregolazione è più evidente mostrato che la gamma della regione di autoregolazione rimane invariato, ma la pendenza di tale regione aumenta, riflettendo autoregolazione meno efficace (Figura 7).

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Figura 1. Il 'classico' curva di autoregolazione deriva dal rapporto tra gli aumenti statici e diminuzioni della pressione e costante stato di flusso ematico cerebrale. Una regione di flusso immutabile desPite pressione cambia (cioè, pendenza = 0) è delimitata dalle regioni in cui aumentando e pressioni decrescenti provocare proporzionali cambiamenti del flusso sanguigno cerebrale.

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Figura 2. La preelaborazione necessario eseguire analisi SPR. I segnali vengono prima decimati a 5 Hz e poi filtrato passa-banda alla frequenza di OLBNP (± 0,005 Hz).

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Figura 3. parametri della curva autoregolazione cerebrale derivata dall'analisi PPR della pressione arteriosa e flusso sanguigno cerebrale durante 0,03 Hz OLBNP.

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Figura 4. Spettro di potenza mostra l'ampiezza delle fluttuazioni della pressione arteriosa quando la frequenza è inferiore a 0,03 OLBNP Hz (ciclo di 33 secondi). Da notare che ci sono due grandi picchi di potenza spettrale pressione arteriosa a 0,025 e 0,05 Hz (40 e 20 cicli sec), ma vi è un solo picco nella potenza spettrale LBNP a 0.025 Hz. Inoltre, la grande fluttuazione nella pressione è a 0.05 Hz e sarebbe confondere l'interpretazione delle risposte del flusso sanguigno cerebrale.

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Figura 5. Esempio degli effetti OLBNP 0,08-0,03 Hz sulla pressione arteriosa e il flusso sanguigno cerebrale. Fluttuazioni di pressione arteriosa diventano più grandi con OLBNP lento che le fluttuazioni di flusso sanguigno cerebrale diventano più piccoli. Questa funzione di autoregolazione è descritta dai risultati dell'analisi PPR mostrato nei pannelli inferiori. Tegli regione autoregolazione del flusso sanguigno cerebrale diventa progressivamente più pronunciato con OLBNP lento.

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Figura 6. individuale e una media di PPR curve di autoregolazione di dati OLBNP 0,05 Hz a soggetti prima (baseline) e dopo blocco simpatico. Si noti che la perdita della regione di autoregolazione stretto dopo blocco simpatico.

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Figura 7. medio dei parametri di PPR di dati 0,03 Hz OLBNP prima e dopo blocco simpatico. Blocco simpatico ha avuto un effetto marcato sulla curva autoregolazione cerebrale all'interno della gamma di autoregolazione, notevolmente aumentando la pendenza (cioè, più proporzionali variazioni di flusso cerebrale con variazioni di pressione ).

Discussione

Proprio definire le relazioni input-output possono richiedere che l'ingresso (in questo caso, la pressione) cambia attivamente attraverso una gamma sufficientemente ampia per osservare la risposta di uscita. Tuttavia, variazioni di pressione che si verificano spontaneamente sono estremamente incoerenti e piccola ampiezza all'interno delle frequenze di autoregolazione cerebrale. 27 Questa è la ragione per cui variazioni spontanee in pressione e flusso mostra una relazione con periodi di alta correlazione e periodi di estremamente bassa correlazione e che oscillazioni il flusso sanguigno cerebrale apparentemente sembra senza auto pressione arteriosa apparente. 28 OLBNP 22 fornisce una tecnica fondamentale per creare oscillazioni di pressione arteriosa consistenti di varia frequenza ed ampiezza di valutare le risposte del flusso ematico cerebrale. Anche se ci possono essere altri approcci che potrebbero fornire una sonda simile, questo approccio consente di rigorosi test del rapporto dalla frequenza e / o ampiezza dipendente betpressione arteriosa ween e velocità del flusso sanguigno cerebrale.

Prima di ricerca esplorare potenziali strumenti di misurazione per l'autoregolazione cerebrale hanno utilizzato modelli lineari del rapporto tra la pressione arteriosa e il flusso ematico cerebrale (ad esempio, analisi funzione di trasferimento). Una stretta relazione lineare tra pressione e portata modifiche senza smorzamento si osserva quando le oscillazioni di pressione sono relativamente veloci, cioè,> ~ 10 sec. Tuttavia, le oscillazioni più lente (> ~ 20 sec) generano un rapporto tra pressione e flusso che diventa progressivamente meno linearmente correlate. 8,24 Se il rapporto non è molto lineare correlato (basso R 2, a bassa coerenza cross-spettrale) si può non avere alcun fiducia nella precisione delle misure lineari come guadagno e di fase della funzione di trasferimento. La mancanza di relazione lineare indica la presenza di non linearità importanti che sono caratteristici di autoregolazione cerebrale. Infatti, per sua stessa natura, autoregulation non è suscettibile di caratterizzazione attraverso approcci lineari; approcci lineari possono indicare la presenza o l'assenza di autoregolazione, ma non possono descrivere le caratteristiche e la sua efficacia.

Ci sono metodi che sono paragonabili ai metodi lineari nella loro semplicità, ma in grado di valutare le relazioni non lineari tra input (pressione) e di uscita (flusso) variabili. Perseguimento di proiezione di regressione è semplicemente un ateoretico metodo non parametrico,, regressione multipla 29,30 che non postula un modello a priori o assumere linearità nel rapporto input-output. Questi sono chiari vantaggi per la caratterizzazione di un sistema che non è completamente comprensibile. Tuttavia, va osservato che l'uso di più di una funzione cresta aumenta la percentuale di varianza spiegata, ma a scapito di oscurare interpretazione fisiologica dei rapporti caratteristici. Pertanto, si raccomanda che la proiezione inseguimento regressione essere limitata ad un solo fu crestanzio. Tuttavia, l'approccio PPR delineato con una singola funzione cresta può spiegare una parte significativa della varianza nel rapporto tra pressione arteriosa e flusso sanguigno cerebrale e rivelare la relazione lineare caratteristica che è coerente tra individui.

Limitazioni e possibili modifiche

Oscillatorio pressione negativa inferiore del corpo richiede attrezzature e procedure specifiche e invadente e quindi non è adatto per le valutazioni basate clinica. È possibile che riposa registrazioni di lunghezza sufficiente potrebbe fornire dati sufficienti per l'analisi PPR di autoregolazione cerebrale. Tuttavia, il lavoro precedente ha mostrato che la proiezione perseguimento di regressione di riposare dati esegue significativamente peggiore rispetto all'analisi dei dati OLBNP 0,03 Hz. Anche se i rapporti di pressione del flusso quantificati a riposo e durante 0,03 Hz OLBNP sono correlati, 19 il modesto corrispondenza suggerisce semplicemente che la pressione RAPPORTI-flowips stimate a riposo non possono riflettere in modo affidabile quelli derivati ​​da 0,03 Hz OLBNP. Una soluzione può essere quella di produrre variazioni di pressione costante e di ampiezza maggiore all'interno delle frequenze di autoregolazione via lenta, respirazione profonda eucapnici o reiterate manovre tozzo-supporto. Questi metodi hanno dimostrato di generare fluttuazioni di pressione in modo affidabile grandi che possono fornire i cambiamenti attraverso una gamma sufficientemente ampia di osservare le risposte del flusso ematico cerebrale. 31,32

Sebbene in media, proiezione inseguimento regressione può spiegare una quantità significativa del rapporto tra la pressione arteriosa e fluttuazioni di flusso cerebrale, varianza spiegata può essere bassa in alcuni casi (~ 19%) 6. Low prestazioni potrebbero derivare, ad esempio, da modelli di respirazione se la frequenza e volume corrente non sono controllati. Tuttavia, tutti i test fisiologici ha alcune osservazioni aberranti, e questo approccio non è un'eccezione. Misure poveri in ~ 1 di 20 osservazioni non dovrebberot minano la potenziale utilità di questo approccio.

Applicazioni future / Conclusioni

La caratteristica relazione pressione-flusso può essere modificato in alcune condizioni fisiopatologiche, come l'ictus 33 e trauma cranico. 34 Se le relazioni accurate potrebbero essere acquisite in ambito clinico, la proiezione perseguimento di regressione di autoregolazione cerebrale può avere un'applicazione più ampia ed essere utile come strumento di valutazione dove OLBNP non è disponibile. E 'possibile che le manovre semplici (ad esempio, la respirazione profonda, bracciale coscia, di stand sit-to-) e / o più registrazioni della durata di riposo potrebbe comportare relazione pressione-flusso che può essere citato in giudizio per derivare autoregolazione cerebrale paragonabile a OLBNP dati. Tuttavia, la determinazione in laboratorio dei diversi sistemi di regolamentazione e del loro contributo alla non linearità di autoregolazione potrebbe fornire una visione unica per il controllo cerebrovascolare, e permettere diagnosi delle alterazioni fisiopatologiche di autoregolazione cerebrale (ad esempio, dopo una lesione cerebrale traumatica).

Dichiarazioni

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

Questa ricerca è stata supportata dal National Heart, Lung, and Blood Institute Grant HL-093113.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Ecografia Doppler TranscranicaCompumedics DWLMulti-Dop X digital  Sonda da 2 MHz
ECG e BP brachialeGEDash 2000
LBNP SerbatoioU. dell'Iowa BioengineeringValvola meccanica su misura
U. dell'Iowa BioengineeringTimer
ciclo di ripetizioneMacromaticsTR-50826-07
Trasduttore di pressioneGould
Fotopletismografia monitor di pressione da ditoFinapres Medical SystemsFinometer PRO
CO2 analizzatore di gasVacuMed#17515 Analizzatore CO2, Gold Edition
Sistema di acquisizione datiAD InstrumentsSistemi di acquisizione dati - PowerLab
del su misura

Riferimenti

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