Reakcja przekrwienna na krótki okres niedokrwienia tkanek stała się kluczowym nieinwazyjnym miernikiem funkcji (mikro)naczyniowej. Podczas niedrożności tętnicy przewodzącej tętniczki znajdujące się w dół rozszerzają się, starając się zrównoważyć urazę niedokrwienną. Po uwolnieniu okluzji zmniejszony opór naczyniowy powoduje przekrwienie, którego wielkość jest podyktowana zdolnością do rozszerzania dalszego mikrokrążenia. Podczas gdy reaktywne przekrwienie jest silnym, niezależnym predyktorem zdarzeń sercowo-naczyniowych1,2, a zatem klinicznie istotnym punktem końcowym, jego funkcjonalne znaczenie dla tolerancji wysiłku fizycznego i jakości życia jest mniej jasne.
Rzeczywiście, dynamiczne ćwiczenia stanowią główny stres sercowo-naczyniowy, który wymaga wysoce skoordynowanej reakcji nerwowo-naczyniowej w celu dopasowania dostarczania tlenu do zapotrzebowania metabolicznego. Na przykład, przepływ krwi w mięśniach szkieletowych może wzrosnąć prawie 100-krotnie podczas izolowanych skurczów mięśni3, co przytłoczyłoby zdolność pompowania serca, gdyby taka reakcja hemodynamiczna została ekstrapolowana na ćwiczenia całego ciała. W związku z tym, aby uniknąć ciężkiego niedociśnienia, aktywność układu współczulnego (tj. zwężającego naczynia krwionośne) wzrasta w celu redystrybucji rzutu serca z nieaktywnych i trzewnych tkanek w kierunku aktywnych mięśni szkieletowych4. Odpływ współczulny jest również kierowany do ćwiczących mięśni szkieletowych 5; Jednak lokalna sygnalizacja metaboliczna osłabia odpowiedź zwężającą naczynia krwionośne, aby zapewnić odpowiednie dostarczanie tlenu do tkanek6,7,8,9,10,11. Zbiorczo proces ten jest określany jako funkcjonalna sympatykoliza12 i jest niezbędny do normalnej regulacji przepływu krwi w mięśniach szkieletowych podczas ćwiczeń. Ponieważ przepływ krwi w mięśniach szkieletowych jest kluczowym wyznacznikiem wydolności tlenowej — niezależnym predyktorem jakości życia oraz zachorowalności i śmiertelności chorób sercowo-naczyniowych13 — zrozumienie kontroli przepływu krwi w mięśniach szkieletowych i dostarczania tlenu do tkanek podczas ćwiczeń ma ogromne znaczenie kliniczne.
Dostarczanie tlenu to tylko połowa równania Ficka, jednak wykorzystanie tlenu spełnia drugą połowę równania. Wśród głównych determinantów wykorzystania tlenu, mitochondrialna fosforylacja oksydacyjna odgrywa istotną rolę w dostarczaniu odpowiedniej energii dla procesów komórkowych zarówno w spoczynku, jak i podczas wysiłku. Rzeczywiście, upośledzenie zdolności oksydacyjnej mięśni może ograniczać zdolności funkcjonalne i jakość życia14,15,16. W celu zapewnienia wskaźnika zdolności oksydacyjnej mięśni powszechnie stosuje się różne miary, w tym inwazyjne biopsje mięśni oraz drogie i czasochłonne techniki spektroskopii rezonansu magnetycznego (MRS).
Tutaj proponujemy nowatorskie, nieinwazyjne podejście, wykorzystujące spektroskopię bliskiej podczerwieni (NIRS), do oceny każdego z tych trzech głównych klinicznych punktów końcowych (reaktywne przekrwienie, sympatykoliza i zdolność oksydacyjna mięśni) podczas jednej wizyty klinicznej lub laboratoryjnej. Główne zalety tego podejścia są trojakie: po pierwsze, technika ta jest łatwa do przenoszenia, stosunkowo tania i łatwa do wykonania. Obecne metody ultrasonograficzne dopplerowskie do pomiaru reaktywnej hiperemii są w dużym stopniu zależne od operatora - wymagają rozległych umiejętności i szkolenia - i wymagają wyrafinowanego, drogiego sprzętu do gromadzenia danych i oprogramowania do przetwarzania końcowego. Co więcej, można by sobie wyobrazić wprowadzenie tego rozwiązania do praktyki klinicznej i/lub dużych badań klinicznych w celu monitorowania przy łóżku pacjenta lub testowania skuteczności terapeutycznej. Po drugie, ze względu na metodologię, technika ta koncentruje się w szczególności na mikrokrążeniu mięśni szkieletowych, zwiększając ogólną specyficzność techniki. Alternatywne podejścia wykorzystujące ultrasonografię dopplerowską koncentrują się wyłącznie na naczyniach przewodów znajdujących się przed kanałem i wnioskują o zmianach w dole, które mogą tłumić sygnał. Po trzecie, ta technika jest całkowicie nieinwazyjna. Zdolność oksydacyjna mięśni szkieletowych jest tradycyjnie oceniana za pomocą inwazyjnych i bolesnych biopsji mięśni, a funkcjonalna sympatykoliza może być oceniana za pomocą dotętniczego wstrzykiwania sympatykomimetyki i sympatykolityków. Takie podejście pozwala całkowicie uniknąć tych wymagań.