本プロトコルは、レーザースペックルコントラストイメージングと薬理学的イオントフォレーションおよび生理刺激を組み合わせて、臨床研究現場における微小血管反応性を評価するための標準化された非侵襲的手法を記述しています。
方法論記事
本プロトコルは、レーザースペックルコントラストイメージングと薬理学的イオントフォレーションおよび生理刺激を組み合わせて、臨床研究現場における微小血管反応性を評価するための標準化された非侵襲的手法を記述しています。
レーザースペックルコントラストイメージング(LSCI)は、高解像度で非侵襲的な光学技術であり、微小血管の血液灌流をリアルタイムかつ全視野で可視化することを可能にします。本プロトコルは、LSCIを用いてヒト皮膚微小循環における全身微小血管機能を評価するための標準化された方法論を提示します。この技術で得られる測定値は環境的および生理学的な交絡因子に非常に敏感であるため、再現性と実験的信頼性を高めるために厳格な標準化手順を重視しています。プロトコルは、23°C±1°Cでの室温安定化、参加者の位置調整、順応手順、画像取得時の外部干渉の最小化など、重要な環境管理を詳述しています。この方法論は、LSCIを2つの補完的な誘発的手法と統合し、皮膚微小血管反応性を評価する。閉塞後反応性充血は統合的な微小血管反応性を評価するために用いられ、イオントフォレシス駆動の薬理学的課題は内皮機能の評価に用いられます。具体的には、内皮依存性血管拡張を評価するためにアセチルコリンを投与し、内皮依存性血管拡張を評価するためにニトロプルシドナトリウムを投与します。この段階的な可視化プロトコルは、臨床およびトランスレーショナル研究の場で標準化されたLSCI手法の採用を促進することを目的としています。このアプローチは、抵抗性高血圧、糖尿病、冠動脈疾患など、いくつかの臨床疾患における微小血管障害の特定に成功裏に適用されています。微小血管反応性の再現可能かつ非侵襲的な評価を可能にすることで、この手法は全身血管の健康を調査し、疾患の進行を監視し、微小血管を標的とした介入の有効性を評価するための貴重なツールを提供します。
このプロトコルの主な目的は、レーザースペックルコントラストイメージング(LSCI)と生理学的および薬理学的誘発手法を組み合わせて、全身の微小血管機能と反応性を評価する標準化かつ再現可能な方法論を提供することです。微小循環は、直径約100μm未満の末端血管(動脈、毛細血管、静脈)から構成され、代謝交換の主要な部位であり、末梢血管抵抗の重要な決定因子です。これらの小さな血管における内皮機能障害は、しばしば大血管変異に先行し、高血圧、糖尿病、冠動脈疾患などの心血管疾患の初期バイオマーカーとして機能します3。重要なのは、微小血管障害が末端臓器損傷に大きく寄与する一方で、多因子性疾患過程において大血管動脈硬化や全身性慢性炎症と連動して作用する点です。したがって、微小血管反応性の非侵襲的評価は、早期診断および治療効果のモニタリングにおいて、トランスレーショナルリサーチにおいて不可欠です。
全身血管の健康の代替として皮膚微小循環を利用する理由は、そのアクセスの容易さと、全体的な内皮機能の代表的な窓口としての役割にあります。従来、レーザードップラーフローメトリー(LDF)は非侵襲的皮膚評価のゴールドスタンダードとされてきました7。しかし、LDFは皮膚灌流の本質的な異質性に非常に敏感な点ごとの測定を提供するため、空間分解能が低いため制限があります。これに対し、LSCIは組織灌流の全視野リアルタイム可視化を高時間・空間分解能で提供し、大きな利点を提供します。レーザー光散乱によって生成される干渉パターンを解析することで、LSCIは物理的接触や外因性染料を必要とせずに複数の血管領域を同時に評価することを可能にします10,11。
より広範な文献では、LSCIをイオントフォレシスによる薬理学的刺激(アセチルコリン(ACh)やナトリウムニトロプルシド(SNP)などの薬物刺激と統合することが、内皮依存性および内皮非依存性血管拡張経路を評価するための堅牢なアプローチとして検証されています(12,13)。さらに、閉塞後反応性充血症(PORH)は、内皮媒介物質、神経原性感覚神経、血管平滑筋機能を含む微小血管反応性の統合評価を提供します12。利点があるにもかかわらず、LSCIは環境および生理学的変動に対して高い感度があるため、厳格な標準化手続きが必要です。このプロトコルは、室温23°C±1°Cでの安定化や標準化された参加者の位置調整など、重要な環境制御を詳細に示し、被験者内および被験者間での再現性を向上させることを目指します。この手法は、多様な患者集団にわたる微小血管病態生理を探求するための方法論的根拠のある非侵襲的アプローチを求める臨床およびトランスレーショナル研究者に適しています。
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人間参加者を含むすべての手技は、ブラジル保健省国立心臓病学研究所の倫理基準に従い、国家規則(国立研究倫理委員会(INAEP – 2024年5月法第14,874号より)およびヘルシンキ宣言(2024年改正)に準拠して行われました。
1. 参加者の準備と環境管理
2. LSCIシステムセットアップおよびソフトウェア構成


図1。レーザースペックルコントラストイメージング(LSCI)とイオントフォレシスを組み合わせて、皮膚微小血管灌流を評価するための実験装置。(A) 血管拡張剤のレーザースペックルコントラストイメージングおよびイオントフォレーションを用いた皮膚微小血管評価に用いられる代表的な実験装置。(b)アセチルコリン(ACh)の累積用量による経皮イオントフォレーション送達中の代表的な微小血管灌流反応。(C) ACイオントフォレスシスの代表画像。(D) 車両搭載制御電極の代表画像。ラベルは以下の部品を示します:(1) イメージャーヘッド;(2) イオントフォレシス薬剤送達電極;および(3)分散電極。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
3. イオントフォレーシスと薬理学的誘発

図2。イオントフォレーションおよび閉塞後反応性充血(PORH)における皮膚微小血管灌流の代表的な記録。(A) イオントフォレーション中にLSCIを用いて得られた2% AChの皮膚微血管血流の代表記録。陽極電流は30、60、90、120、150、180 μAの増大する陽極電流を10秒間隔で1分間供給。(B) PORH評価中に得られた代表的な記録。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
4. 閉塞性反応性充血(PORH)
5. データ抽出と統計解析
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このプロトコルを成功裏に適用すると、安定したベースラインが得られ、その後各血管刺激に対して明確かつ識別可能な微小血管反応が得られます。技術的に成功した実験では、ベースライン記録が最小限の変動で安定した灌流信号を示し、平均信号の< 10%の標準差(SD)と定義されます。ACおよびSNPのイオントフォレーション中は、APUが段階的に増加することが予想され、これは線量依存的な血管拡張を反映しています。成功したPORH反応は、動脈閉塞時に灌流が急速に低下して安定した生物学的ゼロにし、その後カフ解除直後に急激な充血ピークが現れ、健康な被験者では基準値を数倍も上回る傾向があります。 図1A は、LSCIおよびイオントフォレーシスを用いた皮膚微小血管評価に用いられる実験装置を示しています。 図1B–1D は、代表的なイオントフォレシス応答と電極位置を示しています。 図2A ...
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LSCIは、高い空間的・時間的分解能を持つ標準化かつ非侵襲的な全身微小血管機能評価を提供します。LDFは単点測定に限定され、皮膚灌流の空間的異質性に非常に敏感であるのに対し、LSCIは全視野画像化と複数のROIの同時評価を可能にします。この特性は測定の再現性を大幅に向上させ、臨床微小血管研究における変動係数を低減します。さらに、LSCIの非接触性により、プローブ技術に一般的に伴う局所的な圧力アーティファクトが最小限に抑えられ、トランスレーショナルおよび臨床研究の場での繰り返し評価に適しています。
このプロトコルの重要な要素は、灌流データをMAPに正規化してCVCを計算することです。皮膚血の灌流は全身灌流圧に強く影響されるため、生のAPU単独の解釈では、特に高血圧や脂質異常などの血行動態プロファイルが変化する集団では有意な交絡を引き起こす可能性があります。このため、プロトコルでは、異なる生理学的および病理的条件下での微小血管機能の解釈を改善するために、生のPU値と正規化されたCVC値の両方を報告することを推奨していま...
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著者らは関連する財務的または非財務的な利益相反を一切認めていません。
この研究は国立心臓病学研究所(INC/MS)、リオデジャネイロ州カルロス・チャガス・フィーリョ研究支援財団(FAPERJ)、およびブラジルの国立科学技術開発評議会(CNPq)によって支援されました。著者らは、マイクロサークル評価中の優れた技術的支援をいただいた看護師のマルシオ・マリーニョ・ゴンザレス氏と技術者のマイラ・ドゥケ氏に感謝の意を表しています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 機器 | |||
| 自動振幅血圧計 | オムロンヘルスケア | HEM-7120 | ベースライン平均動脈圧(MAP)評価(3回測定)に使用 |
| デジタル校正温度計 | Delta OHM | HD2301.0 | 室温モニタリングの精度± 0.1°C |
| 分散(基準)電極 | Perimed AB | PF 384 | 大表面積中性電極 |
| 薬剤送達電極 | Perimed AB | PF 383 / LI 611 | 非侵襲性イオントフォレーシスチャンバー(約80 mm²) |
| イオントフォレーシス電源コントローラ | Perimed AB | PeriIont微小血管診断システム | デュアルチャンネル電流コントローラ(最大200 µA) |
| レーザースペックルコントラストイメージング(LSCI)システム | Perimed AB | PeriCam PSI NR | 高解像度の血液灌流イメージャ |
| 医療グレードの真空クッション | AB Germa | N/A | 心臓レベルでの手首を安定させるのに使用 |
| 片手操作の真空ポンプ | AB Germa | N/A | 真空クッションの排気のために使用 |
| ラピッドカフインフレーター | D.E. Hokanson, Inc. | E20ラピッドカフインフレーター | 標準化された3分間の動脈閉塞に使用 |
| 試薬と消耗品 | |||
| アセチルコリン塩化物(ACh) | Sigma-Aldrich | A6625 | 2%で調製された内皮依存性血管拡張薬 |
| アルコール消毒パッド | Becton Dickinson | 326895 | 皮膚準備用70%イソプロピルアルコールパッド |
| 脱イオン水 | Sigma-Aldrich | 38796 | 電極の最終的なすすぎに使用 |
| 塩化ナトリウム(0.9%生理食塩水) | 地元のサプライヤー | N/A | 薬剤の調製と皮膚の洗浄溶媒 |
| ニトロプルシドナトリウム(SNP) | Sigma-Aldrich | S0501 | 2%で調製された内皮非依存性血管拡張薬 |
| 滅菌ガーゼ | 地元のサプライヤー | N/A | 清掃後の皮膚表面の乾燥に使用 |
| ソフトウェア | |||
| 灌流分析ソフトウェア | Perimed AB | PIMSoft | LSCIデータ取得とROI分析用ソフトウェア |
| 統計解析ソフトウェア | GraphPad Software | Prism 10 | 用量反応曲線の適合と曲線下面積(AUC)計算に使用 |
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