Methodenartikel

Niet-invasieve evaluatie van microvasculaire en endotheelfunctie

16K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/50008

⸱

29 januari 2013

 ,  , 
1Department of Family and Community Medicine, Thomas Jefferson University , 2Department of Pharmacology and Experimental Therapeutics, Biostatistics Division, Thomas Jefferson University, 3Department of Internal Medicine, Thomas Jefferson University

In dit artikel

Samenvatting

Capillaroscopy is een niet-invasieve, relatief goedkope methode voor het direct visualiseren van de microcirculatie. De onderarm doorbloeding techniek biedt geaccepteerde niet-invasieve metingen van endotheelfunctie.

Samenvatting

De auteurs hebben gebruikt capillaroscopy en onderarm doorbloeding technieken om de rol van microvasculaire dysfunctie te onderzoeken in de pathogenese van hart-en vaatziekten. Capillaroscopy is een niet-invasieve, relatief goedkope methode voor het direct visualiseren van de microcirculatie. Procent capillaire recruitment wordt beoordeeld door het toename capillaire dichtheid geïnduceerd door postocclusive reactieve hyperemie (postocclusive reactieve hyperemie capillaire dichtheid minus de baseline capillaire dichtheid), de maximale capillaire dichtheid (waargenomen tijdens passieve veneuze occlusie). Procent geperfuseerd capillairen vertegenwoordigt het aandeel van de capillairen aanwezig die geperfuseerd (functioneel actief) en wordt berekend door postocclusive reactieve hyperemie capillaire dichtheid door de maximale capillaire dichtheid. Beide procent capillaire rekrutering en het percentage perfusie haarvaten geven het aantal functionele capillairen. De onderarm doorbloeding (FBF) techniek provides geaccepteerde niet-invasieve maatregelen van de endotheelfunctie: De verhouding FBF max / FBF base wordt berekend als een schatting van vasodilatatie, door het gemiddelde van de vier FBF max waarden het gemiddelde van de vier FBF basiswaarden. Onderarm vasculaire weerstand bij maximale vaatverwijding (FVR max) wordt berekend als de gemiddelde arteriële druk (MAP) gedeeld door FBF max. Zowel de capillaroscopy en onderarm technieken zijn gemakkelijk aanvaardbaar voor patiënten en kan snel worden geleerd.

De microvasculaire en endotheliale functie meet verkregen met behulp van de methoden beschreven in dit document kan in de toekomst nut in de klinische patiënt cardiovasculaire risico-reductie strategieën. Zoals we hebben rapporten gepubliceerd waaruit blijkt dat microvasculaire en endotheeldysfunctie zijn te vinden in de eerste stadia van hypertensie waaronder prehypertensie, kan microvasculaire en endotheliale functie maatregelen uiteindelijk helpen bij de vroegtijdige signalering, Risico-stratificatie en het voorkomen van het eindstadium van vasculaire pathologie, met zijn potentieel dodelijke gevolgen.

Protocol

Case Presentatie (verplicht, indien van toepassing): nvt, dit is nog steeds een experimenteel onderzoek procedure, nog niet klinisch gebruikt.

Diagnose, Assessment, en Plan (verplicht, indien van toepassing): nvt, dit is nog steeds een experimenteel onderzoek procedure, nog niet klinisch gebruikt.

Procedure (verplicht): Dit deel moet een stap-voor-stap beschrijving van de relevante procedures, die voldoen aan de onderstaande richtlijnen.

1. Capillaire Microscopy (figuur 1)

  1. Onze capillaroscopy techniek werd aangepast van Serne en zijn collega's 1. Een uitsluitingscriterium voor deze procedure is collageen vasculaire ziekte, omdat collageen vasculaire ziekte produceert bekend capillaire veranderingen 2.
  2. Na een minimum van 10 uur 's nachts snel en 20 min van de zittende rust, worden microvasculaire metingen uitgevoerd voor een half uur tussen de 7en 11 uur, in een rustige, temperatuur gecontroleerde ruimte (gehouden tussen 21.5-+22.5 ° C), met het onderwerp in de zittende positie en de linkerhand op het hart niveau.
  3. Nailfold haarvaten in de dorsale huid van de derde vinger worden gevisualiseerd met behulp van een stereomicroscoop (Olympus, Center Valley, PA), gekoppeld aan een 4 megapixel SPOT Inzicht monochrome digitale camera (modelnummer IN-1400: Diagnostische Instrumenten; Sterling Heights, MI), en een laptop (Dell Latitude D600: Dell, Austin, TX). Om beweging te beperken, worden de linker onderarm en losjes bedekt met een opgevouwen deken en rustte op een opgevouwen deken gepositioneerd aan de basis van de microscoop.
  4. Nagelbed verlichting wordt bereikt met een 250-W halogeen glasvezel lamp (KL 2500LCD: Schott-Fostec, Elmsford, NY); extra verlichting van een aanvullende 150W glasvezel halogeen lichtbron (B & B microscopen, Ltd, Warrendale, PA) wordt gebruikt in donker gepigmenteerde individuen.
  5. Om de haarvaten, de te visualiseren3,2 x objectief (Olympus 3.2/0.07) wordt gebruikt met een totaal systeem vergroting van 38.4x.
  6. Met behulp van SPOT imaging software die bij de camera, licht / donker contrast in de capillaire foto's is verbeterd met gebruik van dezelfde standaard SPOT software-functie (uitrekken van lichte en donkere niveaus) om de zichtbaarheid van de haarvaten te maximaliseren in alle vakken.
  7. Om capillaire dichtheid kwantificeren, worden digitale microfoto's genomen om de 3-5 seconden tijdens elk van de drie fasen, op rust baseline, tijdens postocclusive reactieve hyperemie, en tijdens veneuze occlusie. (A) Bij rust basislijn, zijn microfoto's genomen over een periode van drie minuten op te sporen haarvaten perfusie in rust. (B) In postocclusive reactieve hyperemie, zijn microfoto genomen functioneel perfusie capillairen (baseline plus reserve capillairen) kwantificeren als volgt. Eerst wordt een occlusie manchet op de linker bovenarm opgeblazen tot 40 mm Hg boven de systolische druk gedurende 10 minuten. Microfoto's worden dan genomen tijdens ee eerste minuut onmiddellijk na release van arteriële occlusie, het visualiseren van alle functioneel perfusie haarvaten. Lagere capillaire dichtheid volgende reactieve hyperemie geeft slechtzienden functionele capillaire rekrutering, en dus functionele verdunning. (C) Bij veneuze occlusie microfoto genomen om maximale capillaire dichtheid, die beide geperfundeerde (met actieve rode bloedcellen (RBC) motion) en nonperfused (gevuld met stilstaand, stilstaande RBCs) capillairen 3 als volgt omvat kwantificeren. Na tien minuten rust na de postocclusive reactieve hyperemie procedure, wordt de manchet opgeblazen tot 60 mm Hg gedurende 60 sec, passief dwingen bloed in alle patenten haarvaten aanwezig en microfoto's werden genomen tijdens deze periode. Aangezien maximale capillaire dichtheid omvat alle capillairen structureel aanwezig, minder maximale capillaire dichtheid geeft structurele verdunning.
  8. Capillaire dichtheid wordt gedefinieerd als het aantal capillairen per vierkante millimeter van nailfold huid en wordt berekend als het gemiddelde van vier metingen verkregen uit de vier scherp afbeelding minste vervormd door beweging. In onze studies hebben typische waarden voor capillaire counts (capillairen / mm 2) is voor baseline 55-80, 65-90 voor post-ischemische en 90-105 voor veneuze occlusie. Waarden voor percentage capillaire rekrutering zijn meestal tussen de 5% en 25% (gemiddeld ~ 10-15%) en voor percentage perfusie capillairen tussen 70% en 95% (gemiddeld ~ 80-90%), met waarden lager is bij hypertensiepatiënten dan normotensives. De reproduceerbaarheid van de telprocedure is geverifieerd met drie waarnemers die uitgevoerd onafhankelijk handmatige evaluatie van foto's van 10 verschillende personen (Figuur 2). De waarnemers waren blind voor de identiteit en de bloeddruk van deze onderwerpen. Na training, na telt onafhankelijk uitgevoerd toonde een hoge mate van overeenstemming. Gemiddelde interbeoordelaarsbetrouwbaarheid en intra-rater discrepanties waren van de Order van 2-3 capillairen / mm 2 en intraclass correlatiecoëfficiënten waren groter dan 0,90. Kortetermijnvariatie de capillaroscopy maatregelen zijn van dezelfde orde van grootte als interbeoordelaarsbetrouwbaarheid en intra-rater verschillen (ongeveer 2 capillairen / mm 2), maar langere termijn variaties waargenomen 2-3 jaar een orde van grootte hoger (ongeveer 15 capillairen / mm 2), wat aangeeft dat longitudinale veranderingen kunnen worden onderscheiden van rater variatie. Betrouwbaarheid van de twee capillaire functie maatregelen was ook hoog (intraclass correlatiecoëfficiënt = 0,84 voor percentage capillaire rekrutering en 0,82 voor percentage doorbloed capillairen).

  9. De onderzoekers nu gebruik maken van een computer-gebaseerde methode voor het kwantificeren van capillaire dichtheid met behulp van Image-Pro Plus imaging software (versie 6.2, Media Cybernetica, Inc, Bethesda, MD: Figuur 3). Pearson correlaties tussen baseline, post-ischemische en venoons congestie telt gedaan met de software en de bijbehorende handmatige tellingen in 10 onderwerpen waren 0,78, 0,78, en 0,71 respectievelijk (alle p <0,05), wat aangeeft redelijke overeenstemming tussen de twee methoden. Betrouwbaarheid van de computer-based telt iets lager dan die van handmatige tellingen maar nog steeds hoog (intraclass correlatiecoëfficiënt = 0,91 voor basislijn, 0,86 voor post-ischemische en 0,84 voor veneuze occlusie). We hebben niet gepubliceerde gegevens blijkt ook de vereniging van geautomatiseerde telt met meerdere cardiovasculaire risicofactoren, waaronder hypertensie, die we op dit moment bereiden voor publicatie.

  10. Tabel 1 geeft een overzicht van de capillaire dichtheid metingen en berekeningen. Procent capillaire recruitment wordt beoordeeld door het toename capillaire dichtheid geïnduceerd door postocclusive reactieve hyperemie (postocclusive reactieve hyperemie capillaire dichtheid minus de baseline capillaire dichtheid), de maximale capillaire dichtheid (waargenomen tijdens passieve venoons occlusie). Procent geperfuseerd capillairen vertegenwoordigt het aandeel van de capillairen aanwezig die geperfuseerd (functioneel actief) en wordt berekend door postocclusive reactieve hyperemie capillaire dichtheid door de maximale capillaire dichtheid. Beide procent capillaire rekrutering en het percentage perfusie haarvaten geven het aantal functionele capillairen. Lagere waarden voor deze maatregelen aangeven functionele capillair verdunning.

2. Endotheelfunctie Assessment

  1. Endotheelfunctie wordt beoordeeld vóór en na postocclusive reactieve hyperemie, niet-invasieve metingen van plethysmografie onderarm bloedstroom, volgens de werkwijze van Sivertsson 4, waarin de endotheel afhankelijke stimulus van reactieve hyperemie te induceren vasodilatatie gebruikt.
  2. Met het onderwerp in de zittende positie na 10 min van liggende rust, een kwik-in rubber spanningsmeter uitgerekt tot 10% buiten haar rustende lengte wordt doorgelust around het onderwerp onderarm 5 cm onder de antecubitale fossa.
  3. De DMS-is verbonden met een plethysmograaf (EC-4: DE Hokanson, Inc, Bellevue, WA), die op zijn beurt verbonden is met een Doppler recorder (CW-1; DE Hokanson, Inc; Belleveue, WA).
  4. Een bovenarm manchet occlusie wordt toegepast, en de arm wordt om comfortabel hart is via een sling verband verbonden met een verstelbare intraveneuze paal. Systolische en diastolische bloeddruk en hartslag worden verkregen met een Dinamap ProCare 100 automatische BP manchet (GE Healthcare, Piscataway, NJ) geplaatst op de andere arm.
  5. Een pediatrische manchet rond de pols wordt opgeblazen tot 200 mm Hg stromen occluderen de hand. De bovenste arm opgepompt tot 50 mm Hg, leeggelopen gedurende 1,5 sec, en dan opnieuw opgeblazen snel voor elke voorarm bloedstroommetingen, verkregen door uitbreiding van het rekstrookje rondom de onderarm.
  6. Onderarm doorbloeding (FBF) wordt gemeten op rustte basislijn (FBF basis) en opnieuw eent postocclusive hyperemie geïnduceerde vasodilatatie maximale (FBF max). Voor baseline doorbloeding metingen worden vier opeenvolgende FBF curves verkregen binnen 30 sec (FBF basis).
  7. De occlusie manchet wordt dan opgeblazen tot 40 mm Hg boven de systolische druk gedurende 10 minuten. Na release van arteriële occlusie (postocclusive reactieve hyperemie), worden vier opeenvolgende FBF curves verkregen binnen de eerste 30 sec van de stroom (FBF max).
  8. De verhouding FBF max / FBF base wordt berekend als een schatting van vasodilatatie, door het gemiddelde van de vier FBF max waarden het gemiddelde van de vier FBF basiswaarden. 5 onderarm vaatweerstand bij maximale vaatverwijding (FVR max) wordt berekend als het gemiddelde arteriële druk (MAP) gedeeld door FBF max. FBF max tijdens reactieve hyperemie is direct gerelateerd aan FBF na maximale infusiesnelheid van intra-arteriële acetylcholine, een endotheel-afhankelijke vasodilator. 6 Bijgevolg FBF max en de verhouding FBF max / FBF base geaccepteerd non-invasieve maatregelen van de endotheelfunctie. Bovendien 6-8 in zowel FBF max max en FVR tijdens weerstand slagader structurele veranderingen (verhoogde wand / lumen ratio). 9

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Verschillen in het uiterlijk van de microvasculatuur tussen normotensieve en hypertensieve individuen gemakkelijk duidelijk door vergelijking figuren 4 en 5. Figuur 4 toont de typische netwerk van rechte capillairen in goed georganiseerd rijen in een normotensieve individu. In tegenstelling, Figuur 5 toont een meer disarranged patroon van gekrompen, ook indien opgerold haarvaten.

De auteurs hebben een voortdurende belangstelling voor de rol ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Capillaroscopy (capillaire microscopie) is een niet-standaard maat van capillaire structuur. Echter, Momenteel zijn er geen standaard methoden voor directe bepaling van capillaire structure.Furthermore is capillaire microscopie grote schaal gebruikt voor de rechtstreekse beoordeling van capillarydensity in een grote en groeiende hoeveelheid gepubliceerde werk 12, 13, 10, 11, 14-18 . Daarnaast hebben we gevalideerd de capillaire microscopie techniek door het correleren van capillaroscopy bevindingen met ondera...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen financiële belangenverstrengeling met betrekking tot het gedrag of de publicatie van dit werk openbaar te maken.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door Grant Award Numbers R01HL096593 en K23HL72825 van het National Heart, Lung, and Blood Institute. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van Thomas Jefferson University en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs het officiële standpunt van het National Heart, Lung, and Blood Institute of de National Institutes of Health.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Referenties

  1. Serne, E. H., Gans, R. O., ter Maaten, J. C., ter Wee, P. M., Donker, A. J., Stehouwer, C. D. Capillary recruitment is impaired in essential hypertension and relates to insulin's metabolic and vascular actions. Cardiovasc. Res. 49, 161-168 (2001).
  2. Bollinger, A., Fagrell, B. Clinical Capillaroscopy: A guide to its use in clinical research and practice. , Hogrefe & Huber Publishers. Lewiston, NY. (1990).
  3. Antonios, T. F., Rattray, F. E., Singer, D. R., Markandu, N. D., Mortimer, P. S., MacGregor, G. A. Maximization of skin capillaries during intravital video-microscopy in essential hypertension: comparison between venous congestion, reactive hyperaemia and core heat load tests. Clin. Sci. (Lond). 97, 523-528 (1999).
  4. Sivertsson, R. The hemodynamic importance of structural vascular changes in essential hypertension. Acta. Physiol. Scand. Suppl. 343, 1-56 (1970).
  5. Raitakari, O. T., Celermajer, D. S. Testing for endothelial dysfunction. Ann. Med. 32, 293-304 (2000).
  6. Tousoulis, D., Antoniades, C., Stefanadis, C. Evaluating endothelial function in humans: a guide to invasive and non-invasive techniques. Heart. 91, 553-558 (2005).
  7. Higashi, Y., Sasaki, S., Nakagawa, K., Matsuura, H., Kajiyama, G., Oshima, T. A noninvasive measurement of reactive hyperemia that can be used to assess resistance artery endothelial function in humans. Am. J. Cardiol. 87, 121-125 (2001).
  8. Higashi, Y., Yoshizumi, M. New methods to evaluate endothelial function: method for assessingendothelial function in humans using a strain-gauge plethysmography: nitric oxide-dependent and independent vasodilation. J. Pharmacol. Sci. 93, 399-404 (2003).
  9. Lind, L., Sarabi, M., Millgard, J. Methodological aspects of the evaluation of endothelium dependent vasodilatation in the human forearm. Clin. Physiol. 18, 81-87 (1998).
  10. Cheng, C., Diamond, J. J., Falkner, B. Functional capillary rarefaction in mild blood pressure elevation. Clinical and Translational Science. 1, 75-79 (2008).
  11. Cheng, C., Daskalakis, C., Falkner, B. Capillary rarefaction in treated and untreated hypertensive subjects. Therapeutic Advances in Cardiovascular Disease. 2, 79-88 (2008).
  12. Antonios, T. F., Singer, D. R., Markandu, N. D., Mortimer, P. S., MacGregor, G. A. Rarefaction of skin capillaries in borderline essential hypertension suggests an early structural abnormality. Hypertension. 34, 655-658 (1999).
  13. Noon, J. P., Walker, B. R., Webb, D. J., et al. Impaired microvascular dilatation and capillary rarefaction in young adults with a predisposition to high blood pressure. J. Clin. Invest. 99, 1873-1879 (1997).
  14. Antonios, T. F., Rattray, F. M., Singer, D. R., Markandu, N. D., Mortimer, P. S., MacGregor, G. A. Rarefaction of skin capillaries in normotensive offspring of individuals with essential hypertension. Heart. 89, 175-178 (2003).
  15. de Jongh, R. T., Ijzerman, R. G., Serne, E. H., et al. Visceral and truncal subcutaneous adipose tissue are associated with impaired capillary recruitment in healthy individuals. J. Clin. Endocrinol. Metab. 91, 5100-5106 (2006).
  16. de Jongh, R. T., Serne, E. H., Ijzerman, R. G., de Vries, G., Stehouwer, C. D. Free fatty acid levels modulate microvascular function: relevance for obesity-associated insulin resistance, hypertension, and microangiopathy. Diabetes. 53, 2873-2882 (2004).
  17. de Jongh, R. T., Serne, E. H., RG, I. J., Stehouwer, C. D. Microvascular function: a potential link betweensalt sensitivity, insulin resistance and hypertension. J. Hypertens. 25, 1887-1893 (2007).
  18. Ijzerman, R. G., Voordouw, J. J., Van Weissenbruch, M. M., et al. TNF-alpha levels are associated withskin capillary recruitment in humans: a potential explanation for the relationship between TNF-alpha and insulin resistance. Clin. Sci. (Lond). 110, 361-368 (2006).
  19. Yvonne-Tee, G. B., Rasool, A. H., Halim, A. S., Rahman, A. R. Noninvasive assessment of cutaneous vascular function in vivo using capillaroscopy, plethysmography and laser-Doppler instruments: its strengths and weaknesses. Clin. Hemorheol. Microcirc. 34, 457-473 (2006).
  20. Wilkinson, I. B., Webb, D. J. Venous occlusion plethysmography in cardiovascular research: methodology and clinical applications. Br. J. Clin. Pharmacol. 52, 631-646 (2001).
  21. Thijssen, D. H., Bleeker, M. W., Smits, P., Hopman, M. T. Reproducibility of blood flow and post-occlusive reactive hyperaemia as measured by venous occlusion plethysmography. Clin. Sci. (Lond). 108, 151-157 (2005).
  22. Leslie, S. J., Attina, T., Hultsch, E., et al. Comparison of two plethysmography systems in assessment of forearm blood flow. J. Appl. Physiol. 96, 1794-179 (2004).
  23. James, M. A., Tullett, J., Hemsley, A. G., Shore, A. C. Effects of aging and hypertension on the microcirculation. Hypertension. 47, 968-9674 (2006).
  24. Debbabi, H., Uzan, L., Mourad, J. J., Safar, M., Levy, B. I., Tibirica, E. Increased skin capillary density in treated essential hypertensive patients. Am. J. Hypertens. 19, 477-483 (2006).
  25. Serne, E. H., Gans, R. O., ter Maaten, J. C., Tangelder, G. J., Donker, A. J., Stehouwer, C. D. Impaired skincapillary recruitment in essential hypertension is caused by both functional and structural capillary rarefaction. Hypertension. 38, 238-242 (2001).
  26. Carpentier, P. H. New techniques for clinical assessment of the peripheral microcirculation. Drugs. 58, 17-22 (2001).
  27. Shore, A. C. Capillaroscopy and the measurement of capillary pressure. Br. J. Clin. Pharmacol. 50, 501-513 (2000).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Capillaroscopiebloedstroom in de onderarmmicrovasculaire functiepostocclusieve reactieve hyperemiecapillaire dichtheidplethysmografienagelriemcapillairenvasculaire weerstand van de onderarmbeoordeling van vasodilatatie

Gerelateerde artikelen