Spektroskopia bliskiej podczerwieni podczas przekrwienia reaktywnego w celu oceny funkcji naczyniowej kończyn dolnych
March 22nd, 2024
Tutaj opisujemy nieinwazyjne podejście wykorzystujące spektroskopię bliskiej podczerwieni do oceny reaktywnego przekrwienia kończyny dolnej. Protokół ten zapewnia standaryzowaną ocenę reakcji naczyniowej i mikronaczyniowej, która może być wykorzystana do określenia obecności dysfunkcji naczyniowej, a także skuteczności interwencji terapeutycznych.
Nasze badania koncentrują się na zrozumieniu, w jaki sposób upośledzenie funkcji naczyń krwionośnych i przepływu krwi przyczynia się do spadku sprawności fizycznej wraz z wiekiem i związanych z wiekiem schorzeń sercowo-naczyniowych. Naszym celem jest również opracowanie nowatorskich terapii i interwencji ruchowych, które ukierunkowane są na funkcje naczyń krwionośnych i poprawiają wydolność fizyczną i jakość życia u osób żyjących z chorobami układu krążenia. Różnice w protokołach testowych, misja szczegółowych, powtarzalnych metod NIRS oraz brak jednolitości w opisie, prezentacji i analizie parametrów odpowiedzi NIRS sprawiają, że porównania między poszczególnymi badaniami są trudne.
Ogranicza to zestawianie danych do metaanalizy i formułowanie zaleceń dotyczących oceny klinicznej. W porównaniu z pletyzmografią, NIRS ma wysoką rozdzielczość czasową i bezpośrednio ocenia zmiany w mikrokrążeniu. W porównaniu z ultrasonografią, NIRS nie wymaga zaawansowanej analizy obrazu ani dożylnego podawania środków kontrastowych.
Względna łatwość i przystępność cenowa NIRS oznacza, że użytkownicy mogą być szybko szkoleni, co umożliwia prowadzenie wieloośrodkowych badań przy minimalnej zmienności między operatorami. Koncentrujemy się na poprawie funkcji mikrokrążenia mięśni szkieletowych poprzez interwencje, takie jak kondycjonowanie niedokrwienne i trening fizyczny ograniczający przepływ krwi. Obecnie testujemy wpływ elektrycznej stymulacji nerwowo-mięśniowej jako terapii promującej funkcje naczyń krwionośnych i zwiększającej zdolność chodzenia u osób z chorobą tętnic obwodowych.
Na początek poproś uczestnika, aby położył się w pozycji leżącej na cokole lub łóżku egzaminacyjnym. Umieść mankiet wokół uda proksymalnie do kolana, upewniając się, że rurki nie stykają się z łydką. Podnieś nogę ze stopą i kostką na piankowym wsporniku, pozostawiając dolną część nogi stabilną i dostępną do pomiarów.
Włącz moduł szybkiego nadmuchiwania mankietów. Aktywuj źródło powietrza inflatora mankietu, sprawdź, czy powietrze przepływa przez wąż i podłącz wąż do mankietu udowego. Zamocuj spektroskopię bliskiej podczerwieni lub sondę odbiornika nadajnika NIRS na skórze nad miejscami pomiaru.
Przykryj sondę czarną taśmą kinezjologiczną, aby zablokować światło otoczenia, zachowując integralność sygnału NIRS. Poinstruuj uczestnika, aby utrzymywał zrelaksowaną postawę, unikał mówienia i trzymał nogi nieruchomo przez cały okres zbierania danych. Korzystając z interfejsu komputera, uruchom urządzenie NIRS i zbieraj dane przez co najmniej dwie minuty przed rozpoczęciem pomiaru.
Monitoruj ekran komputera, aby zapewnić integralność sygnałów danych i fizjologicznie wiarygodne wartości. Jeśli nie zostaną odnotowane żadne wahania sygnału NIRS, naciśnij odpowiedni przycisk w oprogramowaniu, aby ustawić linię bazową danych NIRS. Zbierz co najmniej jedną minutę danych wyjściowych, upewniając się, że podczas nagrywania nie występują wahania sygnału ani artefakty ruchu.
Ustaw ciśnienie w mankiecie na 200 milimetrów słupa rtęci na szybkim inflatorze mankietu przed wybraniem trybu mankietu. Poinformuj uczestnika o potencjalnych odczuciach podczas napompowania mankietu do 200 milimetrów słupa rtęci przez pięć minut, a następnie całkowitego opróżnienia mankietu. Gdy będziesz gotowy do rozpoczęcia pompowania mankietu, zaznacz koniec okresu bazowego na nagraniu.
Napompuj mankiet na udzie do ciśnienia skurczowego 200 milimetrów słupa rtęci. Monitoruj komputer lub ekran, aby zapewnić integralność danych w okresie okluzji. Tuż przed końcem pięciominutowej okluzji przypomnij uczestnikowi, aby trzymał nogi nieruchomo i powstrzymał się od mówienia przez około trzy minuty po opróżnieniu mankietu.
Po pięciu minutach szybko opróżnij mankiet udowy do zera milimetrów słupa rtęci i jednocześnie zaznacz koniec okresu okluzyjnego na nagraniu. Po trzech minutach od okluzji lub po powrocie danych NIRS do linii bazowej zaznacz koniec okresu rekonwalescencji i przerwij pomiar. Na koniec wyeksportuj wyniki NIRS i zapisz obróbkę i analizę danych.
NIRS rozróżnia reakcję mikronaczyniową między osobami zdrowymi a osobami z chorobą tętnic obwodowych podczas testów przekrwienia reaktywnego.
Przegląd
To badanie bada upośledzenia czynności naczyń krwionośnych i przepływu krwi oraz ich wpływ na funkcjonowanie fizyczne w starzeniu się i schorzeniach układu krążenia. Opisano nieinwazyjny protokół z wykorzystaniem spektroskopii w podczerwieni bliskiej (NIRS) do oceny reaktywnej hiperemii, którego celem jest zidentyfikowanie dysfunkcji naczyń i ocena interwencji terapeutycznych.
Kluczowe elementy badania
Obszar badań
- Funkcja naczyń krwionośnych i dynamika przepływu krwi
- Wpływ wieku na zdolność fizyczną
- Interwencje terapeutyczne w chorobach układu krążenia
Tło
- Zrozumienie wkładu dysfunkcji naczyń w starzeniu się
- Potrzeba standaryzowanych protokołów testowania NIRS
- Wyzwania w kompilowaniu danych dla zaleceń klinicznych
Zastosowane metody
- Nieinwazyjna spektroskopia w podczerwieni bliskiej (NIRS) do oceny mikrokrążenia
- Protokół oceny reaktywnej hiperemii w kończynach dolnych
- Zastosowanie ischemicznego prekondycjonowania i ograniczenia przepływu krwi
Główne wyniki
- NIRS skutecznie rozróżnia reakcje mikrokrążenia u osób zdrowych oraz tych z obwodowymi chorobami tętnic
- Wykazano dysfunkcję naczyń poprzez standaryzowane oceny
- Zweryfikowana metodologia do przyszłych ocen klinicznych
Wnioski
- To badanie przedstawia wykonalne podejście do oceny czynności naczyń za pomocą NIRS
- Oferuje wgląd istotny dla zrozumienia zdrowia układu krążenia i opracowywania terapii
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Standardized non-invasive assessment of lower limb vascular function using near-infrared spectroscopy (NIRS) during reactive hyperemia addresses a critical gap in early detection and monitoring of microvascular dysfunction. This approach enables harmonized data collection and reporting, supporting translational research and therapeutic evaluation in vascular and metabolic disease portfolios. Its operational simplicity and reproducibility facilitate multicenter studies and scalable integration into discovery and preclinical workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of microvascular function as a mechanistic contributor to disease phenotypes.
- Supports biological de-risking by distinguishing healthy versus diseased vascular responses.
- Facilitates predictive confidence in target engagement for vascular interventions.
Screening & Assay Development
- Provides a validated, operator-independent system for quantitative vascular function assessment.
- Standardizes assay conditions, improving reproducibility and cross-study comparability.
- Generates high-temporal-resolution data suitable for screening therapeutic efficacy.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant endpoints for lower limb vascular dysfunction and comorbidities.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation of vascular-targeted interventions.
- Supports risk-adjusted advancement decisions based on functional vascular readouts.
Pipeline & Workflow Integration
NIRS-based reactive hyperemia testing integrates from early discovery through preclinical research, supporting both mechanistic studies and therapeutic evaluation in vascular disease models.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on microvascular contributions to disease and intervention response.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for compound or intervention evaluation.
- Analytics: Provides high-resolution measurements of vascular responsiveness for comparative analysis.
- Translational Research: Bridges preclinical and clinical research with harmonized functional endpoints.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, low-barrier platform for multicenter and cross-program studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in vascular target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability across research sites.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling robust functional readouts.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of vascular and metabolic disease programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in vascular physiology and NIRS data interpretation.
- Needs access to NIRS instrumentation and compatible data analysis software.
- Demands cross-team standardization of protocols and reporting formats.
- Adaptable to various lower limb models but sensitive to probe placement and signal integrity.
- Limitations include potential movement artifacts and the need for careful baseline control.
