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Medicine

微小血管と内皮機能の非侵襲的評価

Published: January 29, 2013 doi: 10.3791/50008

Summary

Capillaroscopyは直接微小循環を可視化するための非侵襲的、比較的安価な方法論です。前腕血流技術は、内皮機能の受け入れ、非侵襲的な対策を提供します。

Abstract

著者らは、心血管疾患の病因に微小血管機能障害の役割を調べるためにcapillaroscopyと前腕の血流のテクニックを利用してきた。 Capillaroscopyは直接微小循環を可視化するための非侵襲的、比較的安価な方法論です。パーセントキャピラリー募集は最大の毛細血管密度(受動的な静脈閉塞中に観察された)により、postocclusive反応性充血(postocclusive反応性充血毛細血管密度マイナス基線毛細血管密度)によって誘導される毛細血管密度の増加を分割することにより評価される。毛細血管の灌流%が(機能的に活性な)灌流されており、最大の毛細血管密度によってpostocclusive反応性充血毛細血管密度で割って計算されているすべての毛細血管に存在する割合を表しています。パーセントキャピラリー募集およびパーセントはどちらも毛細血管が機能して毛細血管の数を反映して灌流した。前腕血流量(FBF)技術PRovidesは内皮機能の非侵襲的な措置を受け入れ:FBF比の最大値 / FBF ベースは 4 FBF ベース平均で4 FBF 最大値の平均値で割って、血管拡張作用の推定値として計算されます。最大の血管拡張(FVR MAX)における前腕血管抵抗はFBF マックスで割った平均動脈圧(MAP)として計算されます。 capillaroscopyと前腕の両技術は、患者に容易に許容され、迅速に学習することができます。

微小血管および血管内皮機能は、本稿で述べた手法を用いて得られたが、臨床患者の心血管リスク低減のための戦略の将来有用性を有することができる測定します。我々は微小血管および内皮機能不全を示すレポートが高血圧前症を含む高血圧の初期の段階で発見され公開されてきたように、微小血管および血管内皮機能指標は、最終的に早期発見に役立つことができるは、その潜在的に致命的な結果を伴う末期の血管病変のリスク層別化と防止、。

Protocol

ケースプレゼンテーション (必要に応じて、該当する場合):NA、これはまだ実験的な研究の手順ですが、まだ臨床的に使用されていません。

診断、評価、及び計画 (該当する場合は、必須):NAは、これはまだ、まだ臨床的に使用されていない実験的な研究の手順です。

手順 (必須):この部分は、以下のガイドラインを満たし、関連手順のステップバイステップの説明を含めてください。

1。毛細管顕微鏡( 図1)

  1. 当社capillaroscopy技術はSerneと彼の同僚は1から適応されました。膠原病が知られている2キャピラリー変更を生成するので、この手順の除外基準は、膠原病である。
  2. 最低10時間一晩絶食させ、着座残りの20分後に、微小血管の測定は7の間に1時間半のために行われている静かで、温度制御された部屋の中で時から11時、(21.5から22.5℃の間に維持さ)、心臓レベルで着座位置と左手で被写体と。
  3. 第三指の背側皮膚のNailfold毛細血管が(オリンパス;センターバレー、ペンシルバニア州)実体顕微鏡を用いて可視化され、デジタルカメラ(型番IN-1400:診断機器、スターリングハイツ、ミシガン州)モノクロ4メガピクセルのSPOT Insightにリンクされている、とラップトップコンピュータ(Dellの緯度D600:デル、テキサス州オースティン)。動きを制限するには、左の手と前腕は緩く折り畳んだ毛布で覆われており、顕微鏡のベースにある別の折り畳んだ毛布に休まれています。
  4. Nailbed照明は250 Wのハロゲン光ファイバーランプ​​(KL 2500LCD:;エルムズフォード、ニューヨーク州ショット-Fostec);を用いて達成される補足150W光ファイバーハロゲン光源(B&B、顕微鏡、株式会社Warrendaleの、PA)から追加の照明が使用され暗く着色された個人インチ
  5. 毛細血管、視覚化するために3.2倍対物レンズ(オリンパス3.2/0.07)は38.4xの総システム倍率で使用されます。
  6. カメラに付属のSPOTのイメージングソフトウェアを使用して、キャピラリー写真の明/暗コントラストはすべての被験者の毛細血管の可視性を最大化するために同じ標準SPOTのソフトウェア機能(明暗レベルの延伸)を使用して強化されています。
  7. 毛細血管密度を定量化するために、デジタル顕微鏡写真postocclusive反応性充血時に、休息ベースラインで、3段階のそれぞれの間にすべての3から5秒を取り、静脈閉塞時にされています。 (a)の休息ベースラインでは、顕微鏡写真は安静時灌流毛細血管を検出するために3分かけて取得されます。 (b)はpostocclusive反応性充血時には、顕微鏡写真は、次のように機能的に灌流毛細血管(ベースラインプラスリザーブ毛細血管)を定量化するために取られる。まず、左上腕のオクルージョンカフは10分間の収縮期血圧は40 mmHgでに膨張される。顕微鏡写真は、その後、目の中に取られる電子最初の分はすぐに全ての機能灌流毛細血管を可視化、動脈閉塞の解除後。反応性充血次のような下位毛細血管密度が低下し、機能キャピラリー動員を示し、したがって機能希薄。 (c)は静脈閉塞の顕微鏡写真中に両方灌流し(アクティブ赤血球(RBC)モーション付き)と次のように毛細血管3(停滞、非移動赤血球で満たされた)かん流されないを含む最大の毛細血管密度を定量化するために取られる。 postocclusive反応性充血手順後残りの10分後、腕の袖口はこの時間の間に撮影された受動的にすべての特許毛細血管が存在し、顕微鏡写真に血液を強制的に、60秒の場合は60 mmHgでに膨張される。最大の毛細血管密度が含まれているので、構造的に存在するすべての毛細血管、最大の毛細血管密度の低下は構造的希薄化を示しています。
  8. 毛細血管密度は平方パーミル毛細血管の数として定義されるnailfold皮膚のlimeter、少なくとも運動によってゆがめ4最も明確に焦点を当てた画像から得られた4つの測定値の平均として計算されます。虚血後、静脈閉塞のために90から105のための65から90まで、我々の研究では、キャピラリーカウント(毛細管/ mm 2)のための典型的な値は、ベースラインの55から80となっている。パーセントキャピラリー募集のための値は、5%および25%(〜10から15パーセントを意味する)の間で、70%とnormotensivesより高血圧の間に低い値である95%(〜80から90パーセントを意味する)との間に毛細管灌流%が典型的である。カウント手順の再現性は10の異なる被験者( 図2)の写真の独立したマニュアルアセスメントを行われた3つのオブザーバーで検証されています。オブザーバーは、これらの科目のアイデンティティと血圧に盲検化された。訓練の後、独立して実行、その後のカウントが合意の高いレベルを示した。平均評価者間および評価者内不一致はオードであった2月3日毛細血管/ mm 2であり、級内相関係数rが0.90より大きいすべてだった。 capillaroscopy対策の短期変動は、評価者間および評価者内の矛盾(約2毛細管/ mm 2)のように同程度の大きさであったが、2〜3年にわたって観察し、長期的な変動が大きさの順に大きかった(約15毛細血管/ mm 2)で、長手方向の変更が容易に評価者変動と区別することができることを示す。 2キャピラリー機能対策の信頼性(内相相関係数パーセントキャピラリー募集や毛細血管灌流%を0.82用= 0.84)も高かった。
  9. 調査官は今やイメージ-プロプラスイメージングソフトウェア( 図3:バージョン6.2、メディアサイバネティクス社、ベセスダ、MD)を用いて毛細血管密度を定量化するためのコンピュータベースの手法を利用しています。ベースライン、虚血後、と静脈の間のピアソンの相関10名の被験者におけるソフトウェアと対応するマニュアルカウントで行わ達混雑カウントは2つの方法の間の合理的な合意を示す(いずれもp <0.05)はそれぞれ0.78、0.78、および0.71であった。コンピュータベースのカウントの信頼性はマニュアルカウントのそれよりもわずかに低いが(静脈閉塞のためのベースラインの内相相関係数= 0.91、虚血後のために0.86、および0.84)依然として高い。我々はまた、我々が現在公表の準備をしている高血圧、などの複数の心血管危険因子を有する自動カウントの関連を実証する未発表のデータを持っています。

  10. 表1は、毛細血管密度測定および計算をまとめたものです。パーセントキャピラリー募集は受動的な静脈の間に観察された最大毛細血管密度(によって、postocclusive反応性充血(postocclusive反応性充血毛細血管密度マイナス基線毛細血管密度)によって誘導される毛細血管密度の増加を分割することにより評価される私達閉塞)。毛細血管の灌流%が(機能的に活性な)灌流されており、最大の毛細血管密度によってpostocclusive反応性充血毛細血管密度で割って計算されているすべての毛細血管に存在する割合を表しています。パーセントキャピラリー募集およびパーセントはどちらも毛細血管が機能して毛細血管の数を反映して灌流した。これらの施策の値が小さいと、機能的なキャピラリー希薄化を示しています。

2。内皮機能評価

  1. 内皮機能は、血管拡張を誘発する反応性充血の内皮依存性の刺激を利用しSivertsson、4の方法に従って、前腕血流量の非侵襲スモグラフィ測定を使用して、postocclusive反応性充血の前と後に評価される。
  2. 仰臥位安静の10分後に座った状態で、件名がその静止長さを超えて10%に伸ばし水銀のゴムひずみゲージはarounをループしている5センチメートル肘前窩下dは、被験者の前腕。
  3. 順番にドップラーレコーダー(; DEホカンソン株式会社; Belleveue、ワシントン州、CW-1)に接続されている、;ひずみゲージはプレチスモグラフ(ベルビュー、ワシントン州のDEホカンソン株式会社EC-4)に接続されています。
  4. 上腕閉塞カフが適用され、アームが調整可能な静脈内極に接続スリング包帯を使用して心臓レベルで快適に中断されています。収縮期および拡張期血圧と心拍数は反対の腕に置かDinamap ProCare 100自動血圧計カフ(GEヘルスケア、Piscataway、NJ)を用いて得られる。
  5. 手首周り小児カフが手への流れを閉塞するHgの200ミリメートルまで膨らませている。上腕カフは1.5秒間収縮さ50ミリメートルHgのに膨らませた後、それぞれの前腕血流量測定の前に急速に再膨張前腕の周囲に配置されたひずみゲージの拡大を通じて得られる。さ
  6. 前腕血流量(FBF)を再び休ん基線(FBF ベース )で測定され、トンpostocclusive充血誘起最大血管拡張(FBF max)です。ベースラインの血流測定のために、4つの連続したFBF曲線は、30秒(FBF ベース )内で得られる。
  7. 閉塞カフは、その後、10分間の収縮期血圧は40 mmHgでに膨張される。動脈閉塞(postocclusive反応性充血)のリリースに続いて、4つの連続したFBF曲線は、フローの最初の30秒(FBF 最大 )以内に得られている。
  8. 比FBF 最大 / FBF ベースは 4 FBF ベース値の平均で4 FBF 最大値の平均値で割って、血管拡張作用の推定値として計算されます。最大の血管拡張(FVR MAX)5前腕血管抵抗は次のように計算されFBF マックスで割った動脈圧(MAP)を意味する。反応性充血時のFBF マックス直接動脈内アセチルコリン、内皮依存性血管拡張薬の最大投与後FBFに関連しています6 maxと比FBF / 最大 FBF ベースは内皮機能の非侵襲的な措置を受け付けています6月8日はまた、FBF maxおよびFVR maxの両方に抵抗動脈構造変化を(壁/ルーメン比を増加)を反映する。9

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Representative Results

正常血圧と高血圧の個体間の微小血管系の外観の違いは、図4図5を比較することによって容易に明らかである。図4は、正常血圧者でよく整理された行のストレート毛細血管の典型的なネットワークを示しています。これとは対照的に、 図5に縮んだ、コイル状の毛細血管より乱さパターンを示します。

著者らは、心血管疾患の病因における微小血管の機能不全の役割の継続的な関心​​を持っています。彼らの最初のNIH / NHLBIの助成金では、著者らは、正常血圧、前高血圧および高血圧被験者を含む200人のコホートを、組み立て、および微小血管障害(毛細血管希薄化と内皮機能の指標)に一連の調査を行った。このコホートにおける個人は18から55歳であったから、60%が女性、46%がアフリカ系アメリカ人、および61%であったprehypertensive(N = 122)。以前に公開されて詳細10,11の断面が、我々の調査結果は、高血圧性血管病理学的プロセスが時すでに進行中であることを示している:我々は、微小血管機能障害は高血圧の初期段階(高血圧前症とステージ1高血圧症で発見されていることを実証し、このコホートからのレポートを公開している微小血管の機能不全は、慢性持続性高血圧の開発をさかのぼる可能性が示唆された血圧上昇のささやかなレベル。

指nailfold皮膚1平方ミリメートル当たりの毛細血管の毛細血管密度=数値(㎜2)
  1. 休息ベースライン:連続灌流毛細血管1
  2. Postocclusive反応性充血:連続灌流+断続的に灌流した(予 ​​備能)毛細血管、毛細管機能1の測定
  3. 静脈閉塞(マキシMAL毛細血管密度):両灌流したモーション(アクティブ赤血球(RBC付き))と毛細血管(停滞、非移動赤血球で満たされた)かん流されないを含むすべての毛細血管に存在する最大の可視化;毛細管構造3の尺度
パーセントキャピラリー募集 =(BA)÷C×100
[Postocclusive反応性充血毛細血管密度 - 休息ベースライン毛細血管密度]
÷
最大の毛細血管密度(パッシブ静脈うっ血時)
毛細管機能の尺度
%が毛細血管 =(B÷C)×100を灌流
Postocclusive反応性充血毛細血管密度
÷
最大の毛細血管密度(パッシブ静脈うっ血時)
毛細管機能の尺度

表1毛細管構造の措置と機能。

図1
図1。 Capillaroscopy。顕微鏡で特に爪床の毛細血管の診断検査、、。

図2
図2。 Capillaroscopy画像。手で数える。注目箱入りの面積はStaedlerエンジニアリングの定規を使用して描画し、1平方ミリメートルを表しています。

図3
図3。コンピュータ支援Capillaroscopy。イメージ-Proソフトウェアは、ソフトウェアを使用してカウントすることができ、元のデジタル画像(左の例)で、コントラスト(右の例)を強化するために使用されます。


図4。 Capillaroscopy画像:正常血圧者。

図6
図5。 Capillaroscopy画像:高血圧個。

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Discussion

Capillaroscopy(毛細管顕微鏡)は毛細管構造の非標準的な尺度である。しかし、現在、キャピラリーstructure.Furthermoreを直接評価するための標準的な方法はありません、毛細血管顕微鏡は広く出版された仕事12、13、10、11、14から18の大規模で成長し、体内のcapillarydensityの直接評価に用いられてきた。さらに、当社は、前腕血流量、血管機能の十分に確立された測定、10、11とcapillaroscopy所見を相関させることによって、アラブ首長国連邦(UAE)、血管損傷の老舗メジャー(未発表作品、投稿準備中)を有する毛細管顕微鏡技術を検証しています。オリジナルの方法論は、ビデオ撮影を用いた連続可視化を利用している間、私たちの簡略化された方法論は、まだ手続きのセクションで説明するように、数分にわたって繰り返し撮影したデジタル写真を利用しています。

それは理論的に真である間、そのピーク毛細血管密度の共同過小評価または参照するために実行されているビデオテープなしで毛細血管をカウントするために静止画を使用して見逃される自民、我々は、具体的には、このようにして得られた最初の4つの写真を数えて、カフのピーク反応性充血、次のリリースの間に1分間、矢継ぎ早に撮影した静止画像を利用するこれは、最大の虚血後キャピラリーカウントを提供する必要があります。さらに、数分間suprasystolic圧力で上腕虚血の長時間を使用して、充血応答はで1分間閉塞後わずか10秒とは対照的に、少なくとも健常者で3〜4分間続く可能性があることが報告されている指カフ19

両方の臨床および臨床研究の場で使用するための技術は、より実用的でアクセスできるようにするために主に、1)と2)より密接に私たちが使用している方法論をミラー化するには我々は2つの理由でSerne の手法に適応したコンパで技術を検証血管機能の評価のための確立された方法である前腕plethymography技術、内で見つかったものと我々の結果を鳴らす。我々は、米国では容易に入手できないデジタル袖口、の代わりに腕カフを使用していました。また、上述したように、デジタル虚対アッパーアームの使用は、分析のためにピーク充血応答のキャプチャするより容易にそれ自身を貸す、より長時間充血応答になることがあります。代わりに大きく充血流れ(高い上腕動脈の血管拡張に起因する。技術の開発では6の前腕結果の上腕における虚血カフの配置は、我々は、動脈閉塞の最も適切な期間についての文献を調査した。我々に至るまでの期間を見つけたこのようにして得られた値の良好な再現性を報告して13分を用いた研究の一つで3分19から5分の4、6、8〜13、20、21は 、さらに別の研究では、incによる血流増加を示した閉塞時間をreasing 22は、したがって、我々は、中間値として10分を選んだ。

私たちは、新しいパラメータ、最大数の割合は静脈閉塞時に視覚化として直接比較を可能にし、毛細血管に存在する総数で割ることによって募集血管の数を正規化する試みで、キャピラリー募集を表現パーセントキャピラリー募集を導入しており 、個体間で積極的に灌流した(機能的)毛細血管の総数。我々はまた、現在までに私たちの出版物で、より広く使用されるパラメータを(キャピラリー採用や静脈閉塞)が報告されています。

我々の技術は以前の文献に報告された他の人のそれに比べて低い倍率(38.4 x)を利用しています。 93% -も高倍率196x(57を使用してジェームズ/ショア 23(1mm 2あたり98から117)とアントニオス12によって報告毛細血管密度0.68ミリメートル2)は確かに高くなっています。 200倍の倍率を使用して私たちのものとほぼ同じしかし、Debbabi /レビー24キャピラリー密度(60から79)(55から74)。私たちの数は実際にSerne によって報告されたものよりも高くなっています。100倍の倍率を使用されている25(48から57)。これは、少なくとも部分的にフィールドごとに船舶の絶対数は、それがより困難な疾患の血管の数を減らすことを特定することは、より高い倍率で減少しているという事実に起因することがあります。さらに、38.4x倍率の私達の使用は、我々がイメージのさらなる処理(縮小または拡大)を必要とせずに4隣接する複数の明確なフィールドを取得することができ、そこからデジタル画像を生成します。

私たちの調査では、我々は単純な実体顕微鏡を用いて指先で容易にアクセス可能な末梢循環に毛細血管を研究するために選出されており、容易に静脈内注射染料を使用せずに勉強することができます26 24、27に行う前に、我々の調査結果に報告することが困難であるという問題について述べた。デュアル光源及び方法に記載写真性向上ソフトウエアを使用して、我々は暗く着色された黒人を含めて、すべての登録科目の毛細血管を可視化し、定量化することができます。

要約すると、capillaroscopyは直接微小循環を可視化するための非侵襲的、比較的安価な方法論です。 capillaroscopyと前腕の両技術は、患者に容易に許容され、迅速に学習することができます。微小血管および血管内皮機能は、本稿で述べた手法を用いて得られたが、臨床患者の心血管リスク低減のための戦略の将来有用性を有することができる測定します。我々が公開されてきたように、その血管と内皮機能不全を示すレポートがhypertの初期段階で発見され高血圧前症、capillaroscopyと静脈閉塞プレチスモ含むensionは、最終的にその潜在的に致命的な結果と、末期の血管病変の早期発見、リスク層別化と予防に役立つ可能性があります。

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Disclosures

著者らは、開示することがこの仕事の遂行またはパブリケーションに関連する興味のない金融対立を持っていません。

Acknowledgments

この作品は、国立心臓、肺、血液研究所からグラント賞番号R01HL096593とK23HL72825によってサポートされていました。内容はもっぱらトーマスジェファーソン大学の責任であり、必ずしも国立心臓、肺、血液研究所や国立衛生研究所の公式見解を示すものではありません。

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微小血管と内皮機能の非侵襲的評価
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Cheng, C., Daskalakis, C., Falkner,More

Cheng, C., Daskalakis, C., Falkner, B. Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function. J. Vis. Exp. (71), e50008, doi:10.3791/50008 (2013).

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