Abstract
Het proces waardoor cerebrale perfusie constant blijft over een breed bereik van systemische drukken bekend als "cerebrale autoregulatie." Effectieve demping van stroom tegen drukveranderingen optreedt gedurende perioden zo kort ~ 15 seconden en wordt steeds meer over langere perioden. Zo worden langzamere veranderingen in de bloeddruk effectief afgestompt en snellere veranderingen of schommelingen passeren om cerebrale doorbloeding relatief onaangetast. De primaire moeilijkheid bij het karakteriseren van de frequentie afhankelijkheid van cerebrale autoregulatie is het gebrek prominente spontane fluctuaties in arteriële druk rond de van belang zijnde frequenties (minder dan ~ 0,07 Hz of ~ 15 sec). Oscillerende onderlichaam onderdruk (OLBNP) worden gebruikt om oscillaties in centraal veneuze terugkeer leiden arteriële drukschommelingen op de frequentie van OLBNP genereren. Bovendien Projectie Pursuit Regressie (PPR) voorziet in een niet-parametrische methode om characterize-lineaire relaties inherent in het systeem zonder priori aannames en onthult de kenmerkende niet-lineariteit van cerebrale autoregulatie. OLBNP ontstaat een grotere schommelingen in de arteriële druk als de frequentie van de negatieve drukschommelingen langzamer; Schommelingen in de cerebrale doorbloeding worden geleidelijk minder. Vandaar dat de PPR toont een steeds prominenter autoregulatie gebied aan OLBNP frequenties van 0,05 Hz en lager (20 sec cycli). Het doel van deze aanpak is om laboratorium op basis van de bepaling van de kenmerkende niet-lineaire relatie tussen druk en cerebrale doorstroming mogelijk te maken en kon uniek inzicht te integreren cerebrovasculaire controle bieden alsook om fysiologische veranderingen onderliggende verminderde cerebrale autoregulatie (bijvoorbeeld na traumatisch hersenletsel, beroerte , etc.).
Introduction
Het proces waardoor cerebrale perfusie is constant over een breed bereik van systemische drukken bekend als "cerebrale autoregulatie." Original opmerkingen van cerebrale stroming reacties 1 gehandhaafd steunde tegenregulatie tegen veranderingen in arteriële druk die van groot belang voor de dagelijkse verordening van cerebrale perfusie. Hoewel karakterisering van autoregulatie was gebaseerd op studies van aanhoudende, gecontroleerde hypo- en hypertensie, 2,3 werd erkend dat de druk veroorzaakte veranderingen in de weerstand zijn 'een oscillerende proces' 3 omvat veranderingen van 10 tot 90 sec. 4 Bovendien, binnen de afgelopen twee decennia technieken van cerebrale bloedstroom snelheid op een slag-voor-slag basis 5 blijkt dat cerebrale flux tijdens perioden van minstens enkele hartslagen wordt geregeld. 6,7 Deze slag-voor-slag gegevens suggereren dat doeltreffende demping van stroom tegen drukveranderingen optreedt overperiodes zo kort ~ 15 sec en het wordt steeds meer over langere perioden. 8 dus de relatie tussen druk en debiet functioneert als een hoogdoorlaatfilter 7,9-12 waarbij langzamer veranderingen in bloeddruk effectief stomp en sneller oscillaties passeren door relatief onaangetast.
De primaire moeilijkheid bij het karakteriseren van de frequentie afhankelijkheid van cerebrale autoregulatie is het gebrek prominente spontane fluctuaties in arteriële druk rond de van belang zijnde frequenties (minder dan ~ 0,07 Hz of ~ 15 sec). Zonder voldoende grote drukschommelingen, kan men niet nauwkeurig kwantificeren van de cerebrale doorbloeding. Ons laboratorium is omgegaan met deze beperking door middel van een techniek die bekend staat als oscillerende onderlichaam negatieve druk (OLBNP). Dit creëert caudale veneuze bloedvolume verschuivingen evenredig met het niveau van onderdruk in de tank door verminderde veneuze transmurale druk. Wanneer de negatieve pressuopnieuw wordt toegepast op gezette tijden, de oscillaties in centraal veneuze terugkeer resultaat in arteriële druk schommelingen op de frequentie van OLBNP. Deze benadering is gebruikt in verscheidene studies in verschillende laboratoria. 8,14-17 Dit creëert caudale veneuze bloedvolume verschuivingen evenredig met het niveau van onderdruk in de tank door verminderde veneuze transmurale druk. Wanneer de negatieve druk wordt uitgeoefend op gezette tijden, de oscillaties in centrale veneuze terugstroom leiden arteriële drukschommelingen op de frequentie van OLBNP. Deze benadering is gebruikt in verscheidene studies in verschillende laboratoria. 8,15-18
Zelfs met een aanpak die prominent fluctuaties in arteriële druk rond de frequenties van belang kan genereren, is een complicerende factor: Er is significant bewijs van lineariteit in cerebrale autoregulatie, vooral bij de laagste frequenties 8 Bovendien is er geen sterke theoretische gids.de aard van de niet-lineariteiten die in cerebrale autoregulatie. Daarom gebruiken we een a-theoretisch, data driven methode die Projection Pursuit regressie (PPR) in onze analyse. 19 PPR een parametrische methode lineaire relaties inherent in een systeem zonder enige a priori veronderstellingen betreffende de aard van deze niet-lineariteiten karakteriseren. Dit is een beslist voordeel voor het vastleggen van een systeem waarvan de fysiologie is nog niet bepaald door expliciete niet-lineaire modellen. PPR blijkt dat de karakteristiek niet-lineariteit van cerebrale autoregulatie lijkt op de "klassieke autoregulatie curve" eerst beschreven door Lassen in 1959 (figuur 1). 2,19 Dat is, cerebrale bloedstroom blijft relatief constant binnen een bepaald bereik van de arteriële druk, maar passief tracks op een lineaire manier buiten dit bereik. Deze vorm wordt het duidelijker als arteriële druk fluctuatie langzamer geworden. Daarom lineaire analyse onvoldoende volledig interrogate cerebrale autoregulatie en de afhankelijkheid van lineaire technieken waarschijnlijk mist belangrijke informatie.
In dit artikel gaan we in detail de benadering van zowel data-acquisitie (laboratorium gebruik van OLBNP) en analyse (PPR), we gebruiken om cerebrale autoregulatie karakteriseren in gezondheid en ziekte.
Protocol
1. oscillerende Lower Body Negative Pressure (OLBNP)
- Apparatuur Setup
- Elektrocardiogram Lead II (ECG): Bevestig de drie (of meer) elektroden aan de romp van het onderwerp voor de bewaking van de hartslag gedurende het onderzoek.
- Neopreen Rok: Gebruik een custom made neoprenen rok die het onderwerp in het onderlichaam negatieve drukkamer tot aan het bekken afsluit. Zet het rond de borst van het onderwerp voordat ze rugligging worden geplaatst in de tank en ervoor te zorgen dat het ECG-signaal is nog steeds voldoende. Zorg ervoor dat het is gezellig, maar niet zo strak als de ademhaling te beperken.
- Lower Body Negatieve druk Kamer: Laat het onderwerp leugen liggende op het bed en manoeuvreren de LBNP kamer eronder. Als de LBNP kamer heeft een verstelbare fietszitje (om beweging artefact zonder het tegengaan van de gevolgen van de zuigkracht te minimaliseren), zorg ervoor dat het onderwerp is comfortabel zittend op het. Gebruik maken van een op maat gemaakte plexiglas spacer gesneden om wa van het onderwerpist grootte te helpen dichten de kamer. Dicht de neopreen rok langs de LBNP kamer met duct tape.
- LBNP Kamer Druk: Sluit de LBNP kamer naar een standaard druksensor. Kalibreer de druktransductor mmHg.
- Herhaal Cycle Timer Aan Mechanical Valve: Bevestig de custom-built mechanische klep en herhaal cyclus timer om de LBNP kamer.
OPMERKING: Een tijdrelais gehecht aan twee motoren die een mechanische klep te regelen wordt gebruikt om te wisselen tussen de negatieve druk en omgevingsdruk. De tijdrelais wisselt spanning aan de motoren met een vast interval te openen en sluiten van een klep tussen de kamer en het vacuüm. Dit creëert een LBNP kamer drukgolfvorm dat is ruwweg vierkante golf van vorm. Stel de cyclustijd om de gewenste OLBNP frequentie. - Variabele Transformer en Vacuum: Bevestig een standaard huishouden stofzuiger om de mechanische klep. Sluit het vacuüm in een variabele transformator die de spanning toelaat devacuüm te regelen. Zet de stofzuiger en pas de regelbare transformator totdat de gewenste LBNP druk (bijvoorbeeld 30 mmHg) bereikt.
- Arteriële bloeddruk: Bevestig non-invasieve photoplethysmographic arteriële druk manchetten (bijv Portapres, Finapres) om de vinger (s) van één hand. Zorgen voor de nauwkeurigheid door het vergelijken van de druk om oscillometrisch druk van de slagader van de andere arm.
- 2 MHz transcraniële Doppler en Probe Fixatie Device
- Gebruik een 2 MHz pulse wave Doppler sonde naar de M1-segment van de middelste cerebrale slagader insonate in de tempel (dat wil zeggen, de transtemporal venster).
- Alter probe hoek, insonatie diepte (~ 55 mm), versterking en zendvermogen voor de spectrale intensiteit van het signaal te maximaliseren.
- Bevestig de Doppler sonde op zijn plaats met behulp van een fixatie apparaat dat geen achterkant heeft (dat wil zeggen, niet een hoofdband), zodat de beweging artefact niet wordt ingebracht in het signaal als de vrijwilliger verhuizings met een negatieve drukschommelingen.
OPMERKING:. Cerebrale bloeddoorstroming kan unilateraal of bilateraal worden gemeten, maar geen verschil in cerebrale autoregulatie wordt verwacht tussen hemisferen tenzij een gelokaliseerd letsel zoals een beroerte of traumatisch hersenletsel aanwezig is 20
- Verlopen CO 2: Gebruik een nasale canule bevestigd aan een infrarood CO 2 analyser te vervallen CO 2 monitoren en te instrueren het onderwerp te ademen alleen door hun neus. Gezien de grote invloed arteriële CO 2 heeft op de cerebrale doorbloeding, 21-monitor CO 2 tijdens elke studie.
- Data Acquisition
- Stel de analoog-digitaal omzetting van de arteriële druk, cerebrale bloedstroom, LBNP kamerdruk en verlopen CO2 te verwerven bij minimaal 50 Hz per kanaal. Verwerven ECG bij 1 kHz.
Opmerking: hoewel daaropvolgende analyse behandelt veel lagere frequenties (≤0.07 Hz), het Ciritical de kwaliteit van de signalen volgen tijdens een onderzoek overgenomen. Met een sampling rate van 50 Hz zal nauwkeurige visualisatie van de bloeddruk en hersendoorbloeding voor de detectie van artefact mogelijk te maken.
- Stel de analoog-digitaal omzetting van de arteriële druk, cerebrale bloedstroom, LBNP kamerdruk en verlopen CO2 te verwerven bij minimaal 50 Hz per kanaal. Verwerven ECG bij 1 kHz.
- Oscillerende Protocol LBNP
- Schakel vacuüm en zorgen tankdruk is stabiel bij -30 mmHg.
- Set herhalingscyclus timer tot 33 sec voor 0.03 Hz OLBNP.
- Pas Doppler sonde (s) voor een optimale signaal te waarborgen.
- Verwerven van gegevens voor ten minste 15 cycli (500 sec bij 0,03 Hz) met voldoende vertrouwen PPR schattingen verzekeren. Indien de tijd het toelaat, verzamelen van meer gegevens dan dit als verder verbetert de signaal-ruisverhouding.
- Herhaal de bovenstaande stappen voor alle frequenties tussen 0,03 Hz, 0,08 Hz door verandering van de herhaalde cyclus timer duur.
OPMERKING: Breng frequenties in orde maar willekeurig variëren de schakelfrequentie tussen onderwerpen.
2. Projectie Pursuit Regressie (PPR)
- Gegevens Preprocessing
- Decimering en laagdoorlaatfiltering
- Open Matlab. Typ het commando "data = resamplen (data, 1, SR / 5)" (waar SR is de oorspronkelijke sampling rate) aan de arteriële druk en de bloedtoevoer naar de hersenen te decimeren tot 5 Hz.
OPMERKING: Eventueel laagdoorlaatfilter (19 Ode orde Chebyshev type II) met een afsnijfrequentie van 0,4 Hz. De filtering is overbodig, gezien de verdere verwerking, maar creëert gemiddelde golfvormen die niet afhankelijk zijn van piekdetectie van de soms luidruchtige arteriële druk en de bloedtoevoer naar de hersenen signalen.
- Open Matlab. Typ het commando "data = resamplen (data, 1, SR / 5)" (waar SR is de oorspronkelijke sampling rate) aan de arteriële druk en de bloedtoevoer naar de hersenen te decimeren tot 5 Hz.
- Artifact Removal
- Met behulp van de oorspronkelijke niet-gedecimeerde golfvormen als een gids, verwijder alle delen van de signalen met artefacten en lineair interpoleren. Als deze secties goed voor meer dan 10% van de registratieperiode, de opname volledig ontdoen.
OPMERKING: Op dit punt, worden de golfvormen op geschikte wijze bewerkt voor traditionele lineaire benaderingen zoals overdrachtsfunctie analyse.
- Met behulp van de oorspronkelijke niet-gedecimeerde golfvormen als een gids, verwijder alle delen van de signalen met artefacten en lineair interpoleren. Als deze secties goed voor meer dan 10% van de registratieperiode, de opname volledig ontdoen.
- Banddoorlaatfiltering
- In Matlab, type: [B, A] = cheby1 (1,1, [F - 0.005 F + 0,005] / (SRD / 2)) data = filtfilt (B, A, Detrend (data, 'lineaire') naar band -pass filteren de druk en flow in een ± 0.005 Hz band (1 e orde Chebyshev Type I met 1 dB van doorlaatband rimpel) rond de frequentie van OLBNP (figuur 2) waarin F de dominante OLBNP frequentie, SRD is de gedecimeerd bemonstering rate (5 Hz na stap 2.1.1), en "data" is de gedecimeerde signaal (arteriële druk of flow).
Opmerking: Dit minimaliseert potentiële storingen en verhoogt de signaal-ruisverhouding in volgende PPR analyse. Hoewel de dominante arteriële druk fluctuatie optreedt bij de oscillerende frequentie van onderlichaam onderdruk, kan ruis in de signalen interfereren met de afleiding van druk-stroom verhoudingen. Resultaten zonder banddoorlaatfiltering zal kwalitatief vergelijkbaar, maar het percentage variantie e zijnxplained (dat wil zeggen, R 2) lager zal zijn. 19
- In Matlab, type: [B, A] = cheby1 (1,1, [F - 0.005 F + 0,005] / (SRD / 2)) data = filtfilt (B, A, Detrend (data, 'lineaire') naar band -pass filteren de druk en flow in een ± 0.005 Hz band (1 e orde Chebyshev Type I met 1 dB van doorlaatband rimpel) rond de frequentie van OLBNP (figuur 2) waarin F de dominante OLBNP frequentie, SRD is de gedecimeerd bemonstering rate (5 Hz na stap 2.1.1), en "data" is de gedecimeerde signaal (arteriële druk of flow).
- Decimering en laagdoorlaatfiltering
- Projectie Pursuit Regressie Schatting
OPMERKING: Met behulp van de ingebouwde functie 'PPR' in R Taal en Milieu voor de Statistiek Computing, en / of via op maat geschreven functies in andere platforms, het genereren van een enkele kam functie (M = 1) voor de arteriële druk-cerebrale doorstroming relatie .- In Matlab, voer het commando "CVLabPPR (druk, flow)". Voer de Studie ID als XXXYYY, waarbij XXX de 3 letters studie code en YYY is het drie numerieke tekens voor onderwerp ID. Voer de Studie Date in het volgende formaat: YYYY-MM-DD. Voer de numerieke meting # (bijvoorbeeld "1" voor dag 1).
- Voer de APM (voer FP voor finapress of AL voor kunst-lijn). Voer het Vessel (MCA, ACA, of PCA). Enter "y" of "n" op de vraag "Hebt u recht MCA metingen?" Enter "y &# 8221; of "n" op de vraag "Heeft u MCA metingen hebben verlaten?"
OPMERKING:
Voor elke ingang (x t - arteriële bloeddruk) en output (y t - cerebrale doorbloeding) een lineaire autoregressief transfer functie (Vgl 1. - de term tussen de haakjes) wordt door niet-parametrische kernel functies (k m; genaamd 'nok functies) die bepaald worden om de gemiddelde kwadratische fout. Projectie achtervolging regressie kan meer dan één nok functie (dwz, M> 1). Echter, hoewel het de gemiddelde kwadratische fout te verminderen, kan de interpretatie van nok functies verhullen door potentiële interacties tussen hen. Omdat het primaire doel is om een relatie tussen bloeddruk en cerebrale bloedstroom dat ca verkrijgenn fysiologisch worden uitgelegd, dient PPR worden beperkt tot slechts één nok functie (M = 1). - Stuksgewijze lineaire Parametrisering. Parametreer de nok functie als stuksgewijze lineaire functie voor verdere statistische analyse (Figuur 3). Voor Matlab, gebruiken Bruno Luong's Free-knoop spline benadering. Voer het commando "BSFK (x, y, k, nknots)" waarbij k = 2 voor een lineaire fit en nknots = 3 voor de drie regio's.
Opmerking: Dit identificeert gebieden waarop de arteriële druk-cerebrale flowrelatie veranderingen en de bereiken waarbij de verhouding ongeveer lineair Figuur 3 toont een schematische weergave van de resultaten.. De versterking (dwz het lineaire helling) van de druk-stroom relatie beschouwde gebied een maat voor de effectiviteit van cerebrale autoregulatie binnen dat gebied. Een lagere versterking geeft effectiever contra-regulatie van drukschommelingen terwijl hogere winsten duiden op meer passieve flow reacties op drukveranderingen.
Representative Results
OLBNP amplitudes van 10 mmHg 22 tot 120 mmHg 17 zijn gebruikt om arteriële drukschommelingen vergroten, maar 30 mmHg OLBNP voldoende 23,24 en niet buiten de regulerende capaciteit van de cerebrovasculature. 17 Dit niveau van OLBNP resultaten bloeddruk trillingen voortgebracht zijn ongeveer 15-20 mmHg in magnitude op 0,03 Hz, die niet groter is dan de veranderingen van de bloeddruk optreedt wanneer gaan van zittende naar staande. 25 Er zijn enkele beperkingen aan het bereik waarbinnen OLBNP arteriële druk fluctuaties kan genereren. Autoregulatie is alleen actief bij ~ 0,07 Hz en langzamer, zodat de bovengrens is geen probleem. Echter de moeilijkheid bij het genereren van laagfrequente oscillaties onder 0,03 Hz is dat het cardiovasculaire systeem tegen regelt tegen LBNP geïnduceerde arteriële drukveranderingen voordat de cyclus is voltooid. Zoals figuur 4 toont, op 0.025 Hz OLBNP we eigenlijk zien de grootste piek in dearteriële drukvariaties 0.05 Hz. Terwijl de frequentierespons van cerebrale autoregulatie het karakter 0,03 Hz 0,08 Hz tot de tijdschalen waarbinnen autoregulatie actief, 23,24 0,03 Hz en 0,08 Hz OLBNP volstaan definiëren omdat zij een reeks zelfregulerende functie (dwz een uitgesproken autoregulatoire regio om geen of een bescheiden één).
OLBNP ontstaat een grotere schommelingen in arteriële druk als de frequentie onderdruk oscillaties langzamer. Figuur 5 toont de arteriële druk en daaropvolgende cerebrale bloedstroom fluctuaties OLBNP van 0,08 Hz (12,5 sec cycli) 0,03 Hz (33 sec cycli). Bij de hogere frequenties, cerebrale doorbloeding fluctueert in overeenstemming met arteriële druk. De PPR toont dit; deze in evenredige lineair verband tussen bloeddruk en cerebrale bloedstroom bij de hogere frequenties van 0,08 Hz, 0,07 Hz (14 sec cycli) en 0.06 Hz (16,6 sec cycli). Bij langzamere frequenties van OLBNP, hoewel arteriële druk schommelingen groter worden, schommelingen in de bloedtoevoer naar de hersenen worden steeds effectiever getemperd. Vandaar dat de PPR toont een steeds prominenter autoregulatie gebied aan OLBNP frequenties van 0,05 Hz (20 sec cycli), 0,04 Hz (25 sec cycli), 0,03 Hz. In het getoonde voorbeeld, 0.03 Hz, de PPR curve lijkt duidelijk de "klassieke autoregulatie curve" beschreven Lassen (figuur 1). We hebben eerder aangetoond dat deze waarneming niet eenvoudig kan worden verklaard door de toegenomen omvang van arteriële drukschommelingen als de frequentie van oscillaties langzamer. We hebben eerder toegepast PPR gegevens van 48 individuen in verschillende magnitude van OLBNP (dus verschillende grootte van drukschommelingen). 19 Hoewel we niet expliciet staand een mogelijke verband tussen autoregulatie bereik en de omvang van drukschommelingen we reported dat de variatie in autoregulatie traject slechts ~ 6%. Aldus voorafgaande resultaten tonen duidelijk dat de verandering in PPR curve met frequentie niet volledig kan worden verklaard door een verandering in de omvang van drukschommelingen. In dezelfde studie, onderzochten we of de PPR karakterisering van autoregulatie reproduceerbaar is op verschillende sessies. Deze analyse toonde aan dat de helling van de autoregulatie bereik gedurende 0,03 Hz OLBNP veranderde niet (Lin concordantie = 0,96, p <0,001) en daarmee de lineaire druk-stroom relatie consistent studiedagen.
Hoewel de cerebrovasculaire bed is goed geïnnerveerd door sympathische zenuwvezels, hun rol in de autoregulatie is niet algemeen aanvaard. 26 Daarom is een aantal van onze eerdere werk onderzocht de mogelijke rol van het sympathische zenuwstelsel in cerebrovasculaire autoregulatie. 24 We vonden een duidelijke rol voor het sympathische systeem reguleren cerebrale stroom, maar we were niet kunnen karakteriseren hoe de relatie veranderd verwijdering van sympathische effecten als gevolg van de beperkingen van lineaire werkwijzen voor het karakteriseren van autoregulatie. Figuur 6 toont de resultaten van PPR verzoek om gegevens voor (baseline) en na sympathicusblokkade gedurende 0,05 Hz. De totale curve wordt aanzienlijk meer lineair. Bovendien PPR analyse van 0,03 Hz gegevens waarbij autoregulatie het duidelijkst gebleken dat het bereik van de autoregulatie gebied blijft ongewijzigd, maar de helling in dat gebied toeneemt, hetgeen minder effectief autoregulatie (figuur 7).
Figuur 1. De 'klassieke' autoregulatoire curve afgeleid van de relatie tussen statische stijgingen en dalingen van de druk en de steady state bloedtoevoer naar de hersenen. Een gebied van onveranderlijke stroom desPite wisselende druk (dat wil zeggen, helling = 0) wordt begrensd door de regio's waarin het verhogen en verlagen van de druk leiden tot proportionele cerebrale doorbloeding veranderingen.
Figuur 2. De preprocessing nodig PPR analyse. Signalen worden eerst gedecimeerd tot 5 Hz en band-doorlaatfilter aan de frequentie van OLBNP (± 0.005 Hz).
Figuur 3. Parameters van de cerebrale autoregulatie curve afgeleid van PPR analyse van arteriële bloeddruk en cerebrale doorbloeding tijdens 0,03 Hz OLBNP.
Figuur 5. Voorbeeld van de effecten van OLBNP 0,08-0,03 Hz in bloeddruk en cerebrale bloedstroom. Arteriële drukschommelingen worden groter met langere OLBNP dat cerebrale doorbloeding fluctuaties kleiner. Deze zelfregulerende functie wordt beschreven door de resultaten van de PPR analyse op de onderste panelen. Thij autoregulatoire regio van de cerebrale bloeddoorstroming wordt steeds meer uitgesproken met een tragere OLBNP.
Figuur 6. Individuele en gemiddeld PPR autoregulatoire curves van 0,05 Hz OLBNP van gegevens bij patiënten vóór (baseline) en na sympathicusblokkade. Merk op dat het verlies van de smalle autoregulatoire regio na sympathicusblokkade.
Figuur 7. Gemiddelde van de PPR parameters van 0,03 Hz OLBNP gegevens vóór en na sympathicusblokkade. Sympathicusblokkade had een uitgesproken effect op de cerebrale autoregulatie curve binnen de autoregulatoire bereik aanzienlijk vergroten van de helling (dwz meer proportionele cerebrale doorstroming veranderingen met drukveranderingen ).
Discussion
Juist definiëren input-output relaties kunnen eisen dat de ingang (in dit geval, druk) actief verandert over een voldoende groot om de uitvoerresponsie observeren. Echter, spontaan optredende drukschommelingen zijn zeer inconsistent en klein in amplitude binnen de frequenties van cerebrale autoregulatie. 27 Dit is de reden dat spontane veranderingen in druk en stroming tonen een relatie met perioden van hoge correlatie en perioden van extreem lage correlatie en dat oscillaties in cerebrale doorbloeding schijnbaar verschijnen zonder duidelijke arteriële druk rijden. 28 OLBNP 22 biedt een kritische techniek om consistente arteriële drukschommelingen van wisselende frequentie en amplitude te creëren om de cerebrale doorbloeding reacties beoordelen. Hoewel er andere benaderingen die een gelijkaardige sonde zou kunnen bieden kunnen zijn, deze aanpak zorgt voor strenge testen van de frequentie- en / of amplitude-afhankelijke relatie betWeen arteriële bloeddruk en hersendoorbloeding stroomsnelheid.
Eerder onderzoek onderzoeken potentieel meetinstrumenten voor cerebrale autoregulatie gebruikt lineaire modellen van de relatie tussen bloeddruk en cerebrale bloedstroom (bijv overdrachtsfunctie analyse). Een nauwe lineair verband tussen de druk en flow veranderingen zonder demping wordt waargenomen wanneer drukschommelingen zijn relatief snel, dat wil zeggen,> ~ 10 sec. Echter, langzamer oscillaties (> ~ 20 sec) wekken een relatie tussen druk en flow die wordt steeds minder lineair gerelateerd. 8,24 Als de relatie is niet sterk lineair verband houdende (lage R2, lage cross-spectrale coherentie) kan men geen hebben vertrouwen op de lineaire maatregelen zoals overdrachtsfunctie versterking en fase. Het gebrek aan lineair verband geeft de aanwezigheid van belangrijke lineariteiten die kenmerkend cerebrale autoregulatie zijn. In feite, door zijn aard, autoregulation is niet vatbaar voor karakterisering via lineaire benaderingen; lineaire benaderingen aanwezigheid of afwezigheid van autoregulatie geven, maar kan niet de eigenschappen en de effectiviteit beschrijven.
Er zijn methoden die vergelijkbaar zijn met lineaire methoden in hun eenvoud maar kan lineaire relaties tussen ingang (druk) en uitgang (flow) variabelen te bepalen. Projectie achtervolging regressie is gewoon een niet-parametrische, a-theoretisch, multiple regressie methode 29,30 dat een a priori model niet poneren of aannemen lineariteit in de input-output relatie. Dit zijn duidelijke voordelen voor het karakteriseren van een systeem dat onvolledig is begrepen. Er moet echter worden opgemerkt dat meer dan één rand functie het percentage variantie verhogen verklaard, maar ten koste van verduisterend fysiologische interpretatie van de kenmerkende verhoudingen. Daarom is het aanbevolen dat de projectie achtervolging regressie worden beperkt tot slechts één nok functies. Toch kunnen de PPR geschetste benadering met een enkele nok functie een aanzienlijk deel van de variantie in de relatie tussen bloeddruk en cerebrale bloedstroom verklaren en onthullen de karakteristieke lineaire relatie die consistent individuen.
Beperkingen en eventuele wijzigingen
Oscillerende onderlichaam negatieve druk vereist specifieke en opdringerig apparatuur en procedures en is dus niet geschikt voor clinic gebaseerde beoordelingen. Het is mogelijk dat rust opnames van voldoende lengte adequate gegevens kunnen voorzien PPR analyse van cerebrale autoregulatie. Echter, eerdere werk is gebleken dat de projectie achtervolging regressie van rust data presteert beduidend slechter dan de analyse van 0,03 Hz OLBNP gegevens. Alhoewel druk-stroom verhoudingen gekwantificeerd in rust en gedurende 0,03 Hz OLBNP gerelateerd, 19 bescheiden correspondentie eenvoudigweg stelt de druk-flow relationships geschat op rust mag geen getrouw beeld geven van welke afgeleid zijn van 0,03 Hz OLBNP. Een oplossing kan zijn om consistent en grotere amplitude drukschommelingen in de frequenties van autoregulatie via trage, diepe eucapnic ademen of herhaalde squat-stand manoeuvres te genereren. Deze methoden is aangetoond betrouwbaar grote drukschommelingen dat veranderingen in een voldoende groot kunnen bepalen cerebrale bloedstroom responsen waarnemen genereren. 31,32
Hoewel gemiddeld, kan projectie achtervolging regressie een aanzienlijk bedrag van de relatie tussen bloeddruk en cerebrale debietschommelingen leggen, verklaarde variantie kan laag zijn in een paar gevallen (~ 6% 19). Lage prestaties zou kunnen voortvloeien, bijvoorbeeld van de ademhaling patronen als frequentie en ademvolume niet worden gecontroleerd. Echter, elke fysiologische testen heeft een aantal afwijkende waarnemingen, en deze aanpak is geen uitzondering. Slechte metingen in ~ 1 van 20 waarnemingen mag geent ondermijnt het potentieel nut van de aanpak.
Toekomstige Applications / Conclusies
De karakteristieke druk-flow verhouding soms pathofysiologische omstandigheden worden veranderd, zoals beroerte 33 en hersentrauma. 34 Indien juist betrekkingen in de klinische omgeving kan worden verkregen, kan projectie uitoefening regressie van cerebrale autoregulatie bredere toepassing hebben en bruikbaar als assessment tool waar OLBNP is niet beschikbaar. Het is mogelijk dat eenvoudige manoeuvres (bijvoorbeeld diep ademhalen, bovenbeenmanchet, zitten naar staan) en / of een langere resting opnamen kan leiden tot druk-stroom relatie die kan worden opgeroepen voor cerebrale autoregulatie vergelijkbare gegevens OLBNP leiden. Toch kon laboratorium op basis van de bepaling van verschillende regulerende systemen en hun bijdrage aan de niet-lineariteit van autoregulatie uniek inzicht verstrekken aan cerebrovasculaire controle, en laat diagnosis van pathofysiologische veranderingen in de cerebrale autoregulatie (bijvoorbeeld na traumatisch hersenletsel).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Transcranial Doppler Ultrasound | Compumedics DWL | Multi-Dop X digital | 2 MHz probe |
| ECG and Brachial BP | GE | Dash 2000 | |
| LBNP Tank | U. of Iowa Bioengineering | Custom Built | |
| Mechanical Valve | U. of Iowa Bioengineering | Custom Built | |
| Repeat Cycle Timer | Macromatics | TR-50826-07 | |
| Pressure Transducer | Gould | ||
| Photoplethysmographic finger pressure monitor | Finapres Medical Systems | Finometer PRO | |
| CO2 gas analyzer | VacuMed | #17515 CO2 Analyzer, Gold Edition | |
| Data acquisition system | AD Instruments | Data Acquisition Systems - PowerLab |
References
- Strandgaard, S., Paulson, O. B. Cerebral autoregulation. Stroke. 15, 413-416 (1984).
- Lassen, N. A. Cerebral blood flow and oxygen consumption in man. Physiol. Rev. 39, 183-238 (1959).
- Symon, L., Held, K., Dorsch, N. W. A study of regional autoregulation in the cerebral circulation to increased perfusion pressure in normocapnia and hypercapnia. Stroke. 4, 139-147 (1973).
- Rapela, C. E., Green, H. D. Autoregulation of Canine Cerebral Blood Flow. Circ. Res. 15, 205-212 (1964).
- Aaslid, R., Markwalder, T. M., Nornes, H. Noninvasive transcranial Doppler ultrasound recording of flow velocity in basal cerebral arteries. J. Neurosurg. 57, 769-774 (1982).
- Aaslid, R., Lindegaard, K. F., Sorteberg, W., Nornes, H. Cerebral autoregulation dynamics in humans. Stroke. 20, 45-52 (1989).
- Newell, D. W., Grady, M. S., Sirotta, P., Winn, H. R. Evaluation of brain death using transcranial Doppler. Neurosurgery. 24, 509-513 (1989).
- Hamner, J. W., Cohen, M. A., Mukai, S., Lipsitz, L. A., Taylor, J. A. Spectral indices of human cerebral blood flow control: responses to augmented blood pressure oscillations. J. Physiol. 559, 965-973 (2004).
- Blaber, A. P., et al. Complexity of middle cerebral artery blood flow velocity: effects of tilt and autonomic failure. Am J Physiol. 273, 2209-2216 (1997).
- Diehl, R. R., Linden, D., Lucke, D., Berlit, P. Spontaneous blood pressure oscillations and cerebral. 8, 7-12 (1998).
- Panerai, R. B., Rennie, J. M., Kelsall, A. W., Evans, D. H. Frequency-domain analysis of cerebral autoregulation from spontaneous fluctuations in arterial blood pressure. Med. Biol. Eng. Comput. 36, 315-322 (1998).
- Zhang, R., Zuckerman, J. H., Levine, B. D. Deterioration of cerebral autoregulation during orthostatic stress: insights from the frequency domain. J. Appl. Physiol. 85, 1113-1122 (1998).
- Wolthuis, R. A., Bergman, S. A., Nicogossian, A. E. Physiological effects of locally applied reduced pressure in. 54, 566-595 (1974).
- Esch, B. T., Scott, J. M., Warburton, D. E. Construction of a lower body negative pressure chamber. Adv. Physiol. Educ. 31, 76-81 (2007).
- Brown, C. M., Dutsch, M., Ohring, S., Neundorfer, B., Hilz, M. J. Cerebral autoregulation is compromised during simulated fluctuations in gravitational stress. Eur. J. Appl. Physiol. 91, 279-286 (2004).
- Hidaka, I., et al. Noise-enhanced heart rate and sympathetic nerve responses to oscillatory lower body negative pressure in humans. J. Neurophysiol. 86, 559-564 (2001).
- Tzeng, Y. C., Chan, G. S., Willie, C. K., Ainslie, P. N. Determinants of human cerebral pressure-flow velocity relationships: new insights from vascular modelling and Ca(2)(+) channel blockade. J. Physiol. 589, 3263-3274 (2011).
- Zhang, R., et al. Autonomic neural control of dynamic cerebral autoregulation in humans. Circulation. 106, 1814-1820 (2002).
- Tan, C. O. Defining the characteristic relationship between arterial pressure and cerebral flow. J. Appl. Physiol. 113, 1194-1200 (2012).
- Schmidt, E. A., et al. Symmetry of cerebral hemodynamic indices derived from bilateral transcranial Doppler. J. Neuroimaging. 13, 248-254 (2003).
- Paulson, O. B., Strandgaard, S., Edvinsson, L. Cerebral autoregulation. Cerebrovasc. Brain. Metab. Rev. 2, 161-192 (1990).
- Hamner, J. W., Morin, R. J., Rudolph, J. L., Taylor, J. A. Inconsistent link between low-frequency oscillations: R-R interval responses to augmented Mayer waves. J. Appl. Physiol. 90, 1559-1564 (2001).
- Hamner, J. W., Tan, C. O., Tzeng, Y. C., Taylor, J. A. Cholinergic control of the cerebral vasculature in humans. J. Physiol. 590, 6343-6352 (2012).
- Hamner, J. W., Tan, C. O., Lee, K., Cohen, M. A., Taylor, J. A. Sympathetic control of the cerebral vasculature in humans. Stroke. 41, 102-109 (2010).
- Narayanan, K., Collins, J. J., Hamner, J., Mukai, S., Lipsitz, L. A. Predicting cerebral blood flow response to orthostatic stress from resting dynamics: effects of healthy aging. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 281, 716-722 (2001).
- Lieshout, J. J., Secher, N. H. Point:Counterpoint: Sympathetic activity does/does not influence cerebral blood flow. Point: Sympathetic activity does influence cerebral blood flow. J. Appl. Physiol. 105, 1364-1366 (2008).
- Taylor, J. A., Carr, D. L., Myers, C. W., Eckberg, D. L. Mechanisms underlying very-low-frequency RR-interval oscillations in humans. Circulation. 98, 547-555 (1998).
- Giller, C. A., Mueller, M. Linearity and non-linearity in cerebral hemodynamics. Med. Eng. Phys. 25, 633-646 (2003).
- Friedman, J. H., Stuetzle, W. Projection pursuit regression. Am. Stat. Assoc. 76, 817-823 (1981).
- Friedman, J. H., Tukey, J. W. A projection pursuit algorithm for exploratory data analysis. IEEE Trans. Comp. 23, 881-889 (1974).
- Claassen, J. A., Levine, B. D., Zhang, R. Dynamic cerebral autoregulation during repeated squat-stand maneuvers. J. Appl. Physiol (1985). 106, 153-160 (2009).
- Taylor, J. A., Myers, C. W., Halliwill, J. R., Seidel, H., Eckberg, D. L. Sympathetic restraint of respiratory sinus arrhythmia: implications for vagal-cardiac tone assessment in humans. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 280, 2804-2814 (2001).
- Aries, M. J., Elting, J. W., De Keyser, J., Kremer, B. P., Vroomen, P. C. Cerebral autoregulation in stroke: a review of transcranial Doppler studies. Stroke. 41, 2697-2704 (2010).
- Rangel-Castilla, L., Gasco, J., Nauta, H. J., Okonkwo, D. O., Robertson, C. S. Cerebral pressure autoregulation in traumatic brain injury. Neurosurg. Focus. 25, 7 (2008).
