Методологический подход неинвазивных оценок функции сосудов и морфологии
7 февраля 2015 г.
В настоящей статье описываются методологические соображения для нескольких неинвазивных оценок функции и морфологии сосудов, которые обычно используются в медицинских исследованиях для оценки различных стадий атеросклероза.
Общая цель следующего эксперимента заключается в изучении субклинического артросклероза в различных сосудистых бассейнах. Сначала для исследования функции микрососудистого эндотелия используется лазерная допплеровская визуализация с ионтофорезом вазодилатирующих препаратов. Затем для оценки функции эндотелия крупных сосудов используются методы потокозависимой и глицеринтринитрат-индуцированной дилатации.
Наконец, для выявления выраженных морфологических изменений анализируется толщина комплекса интима-медиа сонной артерии. Результаты демонстрируют изменения функции эндотелия микрососудов и крупных сосудов в ответ на стимуляцию. Кроме того, проводится характеристика стенки сонной артерии.
Эти методы могут помочь ответить на ключевые вопросы в области сердечно-сосудистой физиологии, такие как определение влияния вмешательств на состояние сосудов в различных клинических популяциях. Сначала подготовьте лазерный допплеровский имиджер. Дайте ему прогреться в течение получаса или более.
Откалибруйте прибор и подготовьте программное обеспечение к работе. Также подготовьте растворы в перспексной камере. Затем пригласите участника исследования к креслу томографа; участник должен находиться в слегка полулежачем положении на плотной подушке, при этом один локоть должен быть согнут под углом 90 градусов, а предплечье — удобно расположено на черном мате.
Обязательно закрепите предплечье на подушке, чтобы оно оставалось неподвижным на коврике. Затем подготовьте перспексные камеры. Сначала подключите их штекеры к контроллеру ионтофореза.
Затем прикрепите камеру с ацетилхолином к анодному соединению, а камеру с нитропруссидом натрия — к соединению с катетером. После этого закрепите обе камеры на вентральной стороне зафиксированного предплечья с помощью двухсторонних адгезивных пластырей. Также накройте камеры покровными стеклами диаметром 32 мм.
Теперь в программном обеспечении сканера откройте окно настройки сканера, расположенное в верхнем левом углу главного экрана. Перейдите на вкладку сканирования изображения и определите область сканирования, нажав кнопку «mark» (отметка) в правом нижнем углу окна. При необходимости аккуратно переместите головку сканера так, чтобы она точно сканировала интересующую область.
Вручную измените область интереса, введя размер области сканирования в соответствующий раздел в верхней части окна. Убедитесь, что область интереса охватывает диаметр каждой из камер ионтофореза и достаточно велика, чтобы ограничить вариабельность кровотока в коже. Теперь можно запустить сканирование после завершения настройки параметров.
Используйте программное обеспечение для анализа изображений LDI. Чтобы открыть файл с данными, выберите опцию просмотра изображений в главном окне.
Теперь выделите область интереса вокруг внешнего диаметра каждой камеры. Затем нажмите на значок статистики, и появится столбец, содержащий медианные единицы перфузии для каждой камеры, полученные в результате каждого из 12 сканирований каждой камеры. Зафиксируйте исходное значение единиц перфузии и максимальное значение единиц перфузии.
Начните с настройки аппарата доплеровского ультразвукового исследования и программного обеспечения для анализа сосудистых изображений в режиме реального времени. Затем ознакомьте участника с установкой и попросите его расслабиться в кресле. Попросите испытуемого снять любые украшения с запястья и используйте подушку, чтобы он мог удобно расположить руку.
Затем наложите манжету для измерения артериального давления на запястье участника. Рука должна оставаться максимально неподвижной. После этого закрепите линейную многоэлементную матрицу датчика аппарата в стереотаксическом зажиме.
Затем затяните зажим на датчике. Далее перейдите в меню аппарата ультразвуковой диагностики. Установите частоту сканирования 5 MHz и глубину около 3.5 cm.
Теперь с помощью датчика найдите плечевую артерию, используя продольное сканирование. Обычно она располагается на 2–10 см выше локтевой ямки. Затем настройте усиление так, чтобы яркость передней и задней стенок сосуда была симметричной.
Цветовой допплер покажет пульсацию артериальной крови в артерии, что позволит отличить ее от любых вен. Настройте визуализацию плечевой артерии так, чтобы она была четко видна и располагалась горизонтально на экране. В программном обеспечении она должна выглядеть как две сплошные параллельные линии, разделенные между собой чистой областью.
Используйте курсор, чтобы отметить интересующую область, и программное обеспечение via автоматически начнет запись. Регулировку диаметра сосуда в выбранной области можно выполнить с помощью кнопок X и Y на главном экране. Теперь нажмите кнопку запуска и проводите визуализацию артерии в течение двух минут.
Затем нажмите кнопку inflate, чтобы вести запись в течение пяти минут, надувая манжету для измерения артериального давления до систолического давления S. После сдувания манжеты кровоток в кисть должен быть перекрыт. Продолжайте запись в течение трех минут.
На этом этапе вызывают гиперемию, которая стимулирует вазодилатацию, опосредованную оксидом азота. Затем обеспечивают 10 минут отдыха. После этого перемещают датчик по плечевой артерии и делают новую базовую запись диаметра артерии в течение двух минут.
Теперь попросите участника принять сублингвально таблетку глицерина тритрата массой 500 грамм и продолжайте запись в течение пяти минут. По истечении пяти минут таблетку следует извлечь, после чего необходимо провести мониторинг участника на предмет побочных эффектов. При анализе данных обязательно проверьте базовую линию на наличие артефактов и исключите любые артефакты перед усреднением оставшихся значений для определения базового диаметра.
Кроме того, во время анализа потокозависимой вазодилатации проверьте область пикового расширения, определенную автоматически. Если она определена неверно, вручную выберите более узкую область, содержащую пик. Для проведения этого измерения попросите участника удобно лечь на кровать с подушкой.
Затем установите электроды ЭКГ для записи базовой кривой. Прикрепите их к обеим рукам и к левой лодыжке. Далее перейдите в меню и установите частоту сканирования 10 megahertz, а глубину записи от трех до четырех сантиметров.
Затем отрегулируйте усиление, как и раньше. Теперь попросите участника слегка повернуть голову влево и с помощью линейного датчика проведите сканирование правой сонной артерии. Найдите точку бифуркации сосуда, так как она указывает на разделение общей сонной артерии на внутреннюю и внешнюю сонные артерии.
Выполните сканирование сонной артерии по всем её отделам в продольной плоскости. Определите общую, внутреннюю и наружную сонные артерии при обнаружении бляшек. Сохраните полученные изображения.
Сделайте не менее трех снимков участка, свободного от бляшек, который находится примерно в одном сантиметре от каротидного синуса. Попросите участника повернуть голову в другую сторону и повторите процедуру для документирования левой сонной артерии. Затем проанализируйте полученные изображения вне сети с помощью программного пакета для измерения артерий, фиксируя значения ТКИСМ и диаметра просвета.
Учитывайте, что точные показания со стороны ближней стенки получить невозможно, поэтому анализируйте только данные со стороны дальней стенки. Лазер-допплеровское сканирование с ионтофорезом проводилось у здоровой женщины среднего возраста без сердечно-сосудистых заболеваний. При обоих типах стимуляции наблюдалось выраженное увеличение медианного кровотока.
Пиковый кровоток достиг 455 единиц перфузии для ацетилхолина и 446 единиц перфузии для нитропруссида натрия. Потокозависимая дилатация и дилатация, индуцированная глицерилтринитратом, были изучены у здоровой молодой женщины без сердечно-сосудистых заболеваний. Тест на потокозависимую дилатацию увеличил диаметр артерии примерно на 10%, а дилатация под воздействием глицерилтринитрата увеличила диаметр артерии примерно на 30%. Толщина комплекса интима-медиа сонной артерии оценивалась в левой сонной артерии здорового индивидуума.
Значение CIMT для дальней стенки составило 0,83 millimeters, а диаметр просвета — 7,71 millimeters. Те же показатели для правой сонной артерии составили 0,87 millimeters и 7,8 millimeters соответственно. Разработка этих методов позволила исследователям в области сердечно-сосудистой физиологии понять механизмы развития сердечно-сосудистых заболеваний у различных клинических групп пациентов.
Обзор
В данной статье обсуждаются неинвазивные методы оценки функции и морфологии сосудов, в частности, в контексте исследований атеросклероза.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Физиология сердечно-сосудистой системы
- Атеросклероз
- Оценка состояния сосудов
Теоретическая часть
- Атеросклероз — это состояние, характеризующееся образованием бляшек в артериях.
- Понимание функций сосудов имеет решающее значение для оценки состояния сердечно-сосудистой системы.
- Неинвазивные методы позволяют получить ценные сведения без необходимости проведения хирургических процедур.
- Различные сосудистые территории могут демонстрировать разные ответы на вмешательства.
Цель исследования
- Для исследования субклинического атеросклероза в различных сосудистых бассейнах.
- Для оценки функции эндотелия микрососудов и крупных сосудов.
- Для анализа толщины комплекса интима-медиа сонных артерий на предмет морфологических изменений.
Используемые методы
- Лазер-допплеровская визуализация с ионтофорезом для оценки микроциркуляторного русла.
- Потокозависимая и глицерилтринитрат-зависимая вазодилатация для оценки функции крупных сосудов.
- Измерение толщины комплекса интима-медиа сонных артерий для морфологического анализа.
- Использование допплеровского ультразвукового исследования для визуализации и оценки кровотока.
Основные результаты
- Изменения эндотелиальной функции наблюдались в ответ на вазодилатирующие стимулы.
- Были охарактеризованы и проанализированы реакции микрососудов и крупных сосудов.
- Морфология сонной артерии продемонстрировала значительные изменения, связанные с состоянием сосудов.
- Эти методы могут лечь в основу терапевтических вмешательств, направленных на улучшение состояния сосудистой системы.
Выводы
- Неинвазивные методы оценки эффективны для изучения сосудистой функции.
- Понимание этих функций может помочь в сердечно-сосудистых исследованиях.
- Будущие исследования могут основываться на этих методах для изучения дальнейших терапевтических вмешательств.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Неинвазивная оценка сосудов с помощью лазерной допплеровской визуализации, измерения поток-зависимой дилатации и ультразвукового исследования сонных артерий позволяет получить критически важные количественные конечные точки для раннего выявления эндотелиальной дисфункции и сосудистого ремоделирования. Эти методики позволяют группам трансляционных исследований анализировать состояние сосудов, снижать риски при проверке механистических гипотез и повышать прогностическую достоверность при валидации кардиоваскулярных мишеней. Интеграция этих методов в процессы поиска и доклинических исследований улучшает принятие решений по портфелю проектов за счет обеспечения надежного и воспроизводимого фенотипирования сосудов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет проводить функциональный анализ эндотелиальных путей, участвующих в развитии сердечно-сосудистых заболеваний.
- Способствует снижению биологических рисков путем количественной оценки ответов микрососудов и крупных сосудов на фармакологические стимулы.
- Обеспечивает понимание механизмов для валидации мишеней и первичного отбора сосудистых вмешательств на ранних этапах.
Скрининг и разработка методов анализа
- Позволяет получить валидированные количественные показатели функции и морфологии сосудов.
- Способствует воспроизводимости анализа и стандартизации методов в различных исследованиях и группах.
- Обеспечивает создание надежных платформ для скрининга перспективных соединений, влияющих на здоровье сосудов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Обеспечивает согласование неинвазивных сосудистых конечных точек с соответствующими биомаркерами заболевания для обеспечения трансляционной непрерывности.
- Позволяет осуществлять риск-ориентированное продвижение разработок в области сердечно-сосудистых заболеваний на основе функциональных и морфологических данных.
- Поддерживает доклиническую валидацию методов лечения, направленных на коррекцию эндотелиальной дисфункции и атеросклероза.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эти неинвазивные методы оценки объединяют этапы от раннего поиска до доклинических исследований, обеспечивая преемственность в васкулярном фенотипировании и снижении рисков при изучении механизмов.
- Биологические исследования: Количественная оценка эндотелиальных и сосудистых ответов для проверки механистических гипотез.
- Скрининг: Обеспечение воспроизводимых количественных результатов для оценки соединений и разработки анализов.
- Аналитика: Статистические измерения перфузии, диаметра сосудов и толщины комплекса интима-медиа для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: Связь результатов фундаментальных открытий с доклиническими моделями с использованием клинически значимых сосудистых конечных точек.
- Корпоративное повторное использование: Стандартизированные масштабируемые методологии для проведения оценки сосудов в рамках различных программ.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в сердечно-сосудистых исследованиях.
- Операционная ценность: улучшает воспроизводимость, стандартизацию и масштабируемость оценки сосудов.
- Стратегическая ценность: помогает в принятии решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и оптимизирует распределение капитала за счет предоставления надежных данных о состоянии сосудов.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации с учетом рисков и развитию активов в области сердечно-сосудистых заболеваний.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области визуализации сосудов, допплеровского анализа и количественной интерпретации данных.
- Необходим доступ к откалиброванному оборудованию для лазерной допплерометрии, ультразвукового исследования и анализа изображений.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов и рабочих процессов анализа данных.
- Может потребоваться адаптация для различных модельных систем или клинических популяций.
- Точность зависит от подготовки оператора и соблюдения передовых методологических практик.
