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Biology

Évaluation cérébrale autorégulation via oscillatoire inférieure du corps par pression négative et Projection Pursuit régression

Published: December 10, 2014 doi: 10.3791/51082
Automatic Translation
1,2, 1,2, 2
1Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Harvard Medical School, 2Cardiovascular Research Laboratory, Spaulding Hospital Cambridge

Abstract

Le processus par lequel la perfusion cérébrale est maintenue constante sur une large gamme de pressions systémiques est connu comme "l'autorégulation cérébrale." Amortissement efficace des flux contre les changements de pression se produit sur des périodes aussi courtes que ~ 15 sec et devient progressivement plus sur des périodes de temps plus longues. Ainsi, des changements plus lents de la pression artérielle sont effectivement émoussées et les changements ou les fluctuations rapides passent à travers la circulation sanguine cérébrale relativement peu affectée. La principale difficulté dans la caractérisation de la dépendance en fréquence de l'autorégulation cérébrale est l'absence d'importantes fluctuations spontanées de la pression artérielle autour des fréquences d'intérêt (inférieure à 0,07 Hz ~ ou ~ 15 sec). Oscillatoire bas du corps pression négative (OLBNP) peut être utilisé pour générer des oscillations du retour veineux central qui se traduisent par des fluctuations de pression artérielle à la fréquence des OLBNP. En outre, Projection Pursuit régression (PPR) fournit une méthode non paramétrique à characterizrelations non linéaires e inhérentes au système sans hypothèses a priori et révèle la non-linéarité caractéristique de l'autorégulation cérébrale. OLBNP génère de plus grandes fluctuations de la pression artérielle que la fréquence des oscillations de pression négatifs deviennent plus lents; Cependant, les fluctuations de débit sanguin cérébral deviennent progressivement moins. Par conséquent, le PPR montre une région de plus en plus importante d'autorégulation au OLBNP fréquences de 0,05 Hz et ci-dessous (20 cycles sec). L'objectif de cette approche pour permettre la détermination de la relation non linéaire caractéristique entre pression et débit cérébral en laboratoire et pourrait donner un aperçu unique de contrôle de cérébrovasculaire intégré ainsi que de modifications physiologiques sous-jacents altérée autorégulation cérébrale (par exemple, après une lésion cérébrale traumatique, accident vasculaire cérébral , etc.).

Introduction

Le processus par lequel la perfusion cérébrale est maintenue constante sur une large gamme de pressions systémiques est connu comme "l'autorégulation cérébrale." Observations originales de flux cérébraux réponses 1 soutenu une contre-régulation contre les variations de la pression artérielle qui est d'une importance majeure pour la régulation quotidienne de perfusion cérébrale. Bien que la caractérisation de l'autorégulation a été basée sur des études de durable, d'hypotension contrôlée et l'hypertension, 2,3 il a été reconnu que les changements induits par la pression de la résistance sont «un processus oscillatoire '3 englobant changements 10-90 sec. 4 En outre, dans le cours des deux dernières décennies, la mesure de la vitesse du flux sanguin cérébral sur un battement par battement base 5 a montré que le flux cérébrale est réglementée sur des périodes aussi courtes que quelques battements cardiaques. 6,7 Ces données battement par battement suggèrent que effective amortissement de l'écoulement contre les changements de pression se produit surdes périodes aussi courtes ~ 15 sec et il devient progressivement plus sur des périodes de temps plus longues. 8 Ainsi, la relation entre les fonctions de pression et de débit comme un filtre passe-haut 7,9-12 dans laquelle des changements plus lents de la pression artérielle sont effectivement émoussées et des oscillations plus rapides passent par relativement peu affectée.

La principale difficulté dans la caractérisation de la dépendance en fréquence de l'autorégulation cérébrale est l'absence d'importantes fluctuations spontanées de la pression artérielle autour des fréquences d'intérêt (inférieure à 0,07 Hz ~ ou ~ 15 sec). Sans suffisamment grandes oscillations de pression, on ne peut quantifier avec précision la réponse du flux sanguin cérébral. Notre laboratoire a traité cette contrainte en utilisant une technique connue sous le nom d'oscillation de pression négative de corps inférieur (OLBNP). Cela crée caudales changements de volume de sang veineux proportionnelles au niveau de la pression négative dans le réservoir en raison de la pression transmurale réduite veineuse. Lorsque le PRESSU négativere est appliqué à intervalles réguliers, les oscillations dans le résultat de retour veineux central dans les fluctuations de la pression artérielle à la fréquence des OLBNP. Cette approche a été utilisée dans plusieurs études dans différents laboratoires. 8,14-17 Cela crée caudales changements de volume de sang veineux proportionnelles au niveau de la pression négative dans le réservoir en raison de la pression veineuse transmurale réduite. Lorsque la pression négative est appliquée à intervalles réguliers, les oscillations du retour veineux central entraînent des fluctuations de pression artérielle à la fréquence des OLBNP. Cette approche a été utilisée dans plusieurs études dans différents laboratoires. 8,15-18

Même avec une approche qui peut générer des fluctuations importantes de la pression artérielle autour des fréquences d'intérêt, il est un facteur de complication: il existe des preuves significatives de non-linéarité dans l'autorégulation cérébrale, en particulier aux fréquences les plus basses 8 En outre, il ne est pas guide théorique forte.quant à la nature des non-linéarités présentes dans autorégulation cérébrale. Par conséquent, nous utilisons un athéorique, guidé par les données méthode dite Projection Pursuit régression (PPR) dans notre analyse. 19 PPR est une méthode non paramétrique pour caractériser les relations non linéaires inhérents à un système sans aucune hypothèse a priori quant à la nature de ces non-linéarités. Ce est un avantage décisif pour la capture d'un système dont la physiologie est pas encore défini par les modèles non linéaires explicites. PPR révèle que la non-linéarité caractéristique d'autorégulation cérébrale ressemble à la "courbe d'autorégulation classique" décrit initialement par Lassen en 1959 (Figure 1). 2,19 Autrement dit, le débit sanguin cérébral reste relativement constante dans une certaine plage de la pression artérielle, mais pistes passive de façon linéaire en dehors de cette fourchette. Cette forme devient plus évident qu'une fluctuation de la pression artérielle devient plus lent. Par conséquent, l'analyse linéaire est totalement insuffisante pour interrogaautorégulation cérébrale te et le recours à des techniques linéaires rate susceptibles informations importantes.

Dans ce détail de l'article, nous l'approche à la fois à l'acquisition de données (utilisation en laboratoire de OLBNP) et d'analyse (PPR) nous utilisons pour caractériser l'autorégulation cérébrale dans la santé et la maladie.

Protocol

1. oscillatoire inférieure du corps par pression négative (OLBNP)

  1. Installation du matériel
    1. Électrocardiogramme II (ECG): Fixer les trois (ou plus) à électrodes torse du sujet pour la surveillance de la fréquence cardiaque tout au long de l'étude.
    2. Néoprène Jupe: Utilisez une jupe en néoprène sur mesure qui scelle l'objet dans la chambre de pression négative au bas du corps jusqu'à la crête iliaque. Mettez-le autour de la poitrine du sujet avant qu'ils ne soient placés en position couchée dans le réservoir et se assurer que le signal ECG est toujours adéquate. Assurez-vous que ce est tendu mais pas trop serré pour restreindre la respiration.
    3. Corps chambre de pression négative inférieure: Avoir la position couchée sous réserve de mensonge sur le lit et la chambre manœuvrer LBNP dessous. Si la chambre LBNP a un siège de vélo réglable (pour minimiser le mouvement artefact sans contrecarrer l'effet de l'aspiration), assurez-vous que le sujet est confortablement assis sur elle. Utilisez une entretoise sur mesure coupe plexiglas wa du sujetist taille pour aider à sceller la chambre. Sceller la jupe en néoprène autour de la chambre LBNP avec du ruban adhésif.
    4. Pression LBNP Chambre: Connectez la chambre LBNP à un capteur de pression standard. Étalonner le capteur de pression à mmHg.
    5. Répétez Cycle Timer reliés au robinet mécanique: Fixez la coutume construit valve mécanique et la minuterie du cycle de répétition à la chambre LBNP.
      REMARQUE: un relais à retard de temps fixé à deux moteurs qui commandent une soupape mécanique est utilisé pour alterner entre une pression négative et la pression ambiante. Les suppléants de relais de temporisation tension aux moteurs à un intervalle fixe pour ouvrir et fermer une soupape entre la chambre et le vide. Cela crée une forme d'onde de pression de la chambre LBNP qui est vague à peu près de forme carrée. Ajuster le temps de cycle à la fréquence OLBNP souhaitée.
    6. Transformateur variable et vide: Joindre un aspirateur domestique standard à la valve mécanique. Branchez le vide dans un transformateur variable qui permet à la tension à lavide à contrôler. Mettez l'aspirateur et ajuster le transformateur variable jusqu'à ce que la pression cible de LBNP (par exemple, 30 mm de Hg) est atteint.
    7. La pression artérielle: Joindre brassards de pression artérielle photopléthysmographique non invasives (par exemple, Portapres, Finapres) au doigt (s) d'une main. Assurer une précision en comparant la pression à la pression oscillométriques à partir de l'artère brachiale du bras opposé.
    8. 2 MHz Doppler transcrânien et de sonde Fixation périphérique
      1. Utilisez une sonde Doppler de l'onde de pouls 2 MHz pour examen de la totalité du segment M1 de l'artère cérébrale moyenne au temple (ce est à dire, la fenêtre transtemporel).
      2. Modifier l'angle de la sonde, la profondeur de insonation (~ 55 mm), le gain et la puissance de transmission afin d'optimiser l'intensité spectrale du signal.
      3. Fixer la sonde Doppler en place en utilisant un dispositif de fixation qui n'a pas de retour (ce est à dire, pas un bandeau) de sorte qu'un mouvement artefact ne est pas introduit dans le signal que le mouvement bénévoles avec des oscillations de pression négative.
        REMARQUE:. Le débit sanguin cérébral peut être mesurée unilatéralement ou bilatéralement, mais aucune différence dans l'autorégulation cérébrale est attendue entre hémisphères moins une blessure localisée comme accident vasculaire cérébral ou une lésion cérébrale traumatique est présent 20
    9. CO expiré 2: Utilisez une canule nasale attaché à un infrarouge analyseur de CO 2 pour surveiller CO 2 expiré et instruire le sujet à respirer que par le nez. Compte tenu de l'effet artérielle profonde CO 2 a sur le débit sanguin cérébral, 21 moniteur CO 2 tout au long de chaque étude.
  2. Acquisition de données
    1. Mettre en place la conversion analogique-numérique de la pression artérielle, le débit sanguin cérébral, la pression de la chambre LBNP, CO 2 expiré et pour acquérir au moins 50 Hz par canal. Acquérir ECG à 1 kHz.
      REMARQUE: Bien que l'analyse subséquente traite des informations de fréquence beaucoup plus faible (≤0.07 Hz), il est critical de surveiller la qualité des signaux étant acquis au cours d'une étude. Un taux de 50 Hz d'échantillonnage permet la visualisation précise de la pression sanguine et la circulation sanguine cérébrale pour la détection de l'artefact.
  3. Oscillatoire Protocole LBNP
    1. Allumez vide et assurer la pression du réservoir est stable à -30 mmHg.
    2. Réglage de la minuterie du cycle de répétition à 33 sec pour 0,03 Hz OLBNP.
    3. Réglez sonde (s) Doppler pour assurer signal optimal.
    4. Acquérir des données pendant au moins 15 cycles (500 SEC à 0,03 Hz) pour assurer suffisamment confiance dans les estimations de PPR. Si le temps le permet, de recueillir plus de données que ce qu'il va encore améliorer le rapport signal-sur-bruit.
    5. Répétez les étapes ci-dessus pour toutes les fréquences comprises entre 0,03 Hz 0,08 Hz en changeant la durée de la minuterie du cycle de répétition.
      REMARQUE: Appliquer fréquences afin varier de façon aléatoire, mais la fréquence de départ entre les sujets.

2. Projection Pursuit régression (PPR)

  1. prétraitement des données
    1. Décimation et filtrage passe-bas
      1. Ouvrez Matlab. Tapez la commande "data = rééchantillonnage (données, 1, SR / 5)" (où SR est le taux d'échantillonnage d'origine) pour décimer la pression artérielle et la circulation sanguine cérébrale à 5 Hz.
        NOTE: En option, le filtre passe-bas (19 e afin de Tchebychev de type II) avec une coupure de 0,4 Hz. Le filtrage est redondant, étant donné le traitement ultérieur, mais crée des formes d'ondes moyennes qui ne reposent pas sur la détection de crête de la pression artérielle parfois bruyante et les signaux de flux sanguin cérébral.
    2. Enlèvement Artefact
      1. Utilisation des formes d'onde non décimée originaux comme un guide, enlever les sections des signaux avec des artefacts et interpoler linéairement. Si ces sections représentent plus de 10% de la période d'enregistrement, l'enregistrement se débarrasser entièrement.
        NOTE: A ce stade, les formes d'onde sont convenablement traitées des approches linéaires traditionnelles telles que l'analyse de fonction de transfert.
    3. Filtrage passe-bande
      1. Dans Matlab, tapez: [B, A] = cheby1 (1,1, [F - 0,005 0,005 + F] / (/ 2) SRD) = données filtfilt (B, A, detrend (données, «linéaire») à la bande -pass filtrer la pression et de débit dans une bande de ± 0,005 Hz (1 er ordre Tchebychev de type I avec 1 dB de passe bande d'entraînement) autour de la fréquence des OLBNP (Figure 2) où F est la fréquence de OLBNP dominante, SRD est l'échantillonnage décimée taux (5 Hz après l'étape 2.1.1), et «data» est le signal décimé (de pression ou le débit artériel).
        NOTE: Ce réduit les interférences potentielles et augmente le rapport signal-sur-bruit dans l'analyse subséquente PPR. Bien que la fluctuation de la pression artérielle se produit dominant à la fréquence d'oscillation de pression négative de corps inférieure, un bruit aléatoire dans les signaux peuvent interférer avec le calcul des relations pression-débit. Résultats sans filtrage passe-bande sera qualitativement similaire, mais la variance pour cent eXplained (c.-à-R 2) sera plus faible. 19
  2. Projection Pursuit régression Estimation
    REMARQUE: Utilisation de la fonction intégrée «PPR» dans R Langue et de l'environnement pour le calcul statistique, et / ou via des fonctions écrite sur mesure dans d'autres plates-formes, de générer une fonction unique de crête (M = 1) pour la relation d'écoulement artérielle pression cérébrale .
    1. Dans Matlab, entrez le "CVLabPPR (pression, de débit)" commande. Entrez l'ID étude que XXXYYY, où XXX est le code de l'étude de 3 lettres et YYY est les trois caractères numériques pour objet ID. Entrez la date de l'étude dans le format suivant: AAAA-MM-JJ. Entrez la mesure numérique # (par exemple, "1" pour le jour 1).
    2. Entrez le APM (FP pour entrer finapress ou AL pour l'art en ligne). Entrez le navire (MCA, ACA, ou PCA). Entrez "y" ou "n" à la requête "Avez-vous des mesures MCA droite?" Entrez «Y &# 8221; ou "n" à la requête "Vous avez laissé mesures MCA?"
      Remarque:
      Equation 1
      Pour chaque entrée (x t - la pression artérielle) et de sortie (y t - débit sanguin cérébral) une fonction de transfert autorégressif linéaire (Eq 1. - le terme dans les parenthèses) est passé à travers les fonctions du noyau non paramétriques (k m; appelée «dorsale fonctions ') qui sont déterminés en minimisant l'erreur quadratique moyenne. Poursuite de projection régression peut comprendre plus d'une fonction de crête (ce est à dire, M> 1). Cependant, bien que cela réduira l'erreur quadratique moyenne de, il peut masquer l'interprétation des fonctions de crête due à des interactions potentielles entre eux. Étant donné que l'objectif principal est d'obtenir une relation entre la pression artérielle et le flux sanguin cérébral que can être interprété physiologiquement, PPR devrait être limitée à une seule fonction de crête (M = 1).
    3. Paramétrage linéaire par morceaux. Paramétrer la fonction de crête comme une fonction linéaire par morceaux pour l'analyse statistique ultérieure (figure 3). Pour Matlab, utiliser Free-noeud spline l'approximation de Bruno Luong. Entrez la commande "BSFK (x, y, k, nknots)" où k = 2 pour un ajustement linéaire et nknots = 3 pour les trois régions.
      NOTE: Ce identifie les points où les artères pression cérébrale relation d'écoulement des changements, et les plages, dans lequel la relation est approximativement linéaire Figure 3 montre un schéma des résultats.. Le gain (à savoir la pente linéaire) de la relation pression-débit dans chaque région fournit une mesure de l'efficacité de l'autorégulation cérébrale à l'intérieur de cette région. Un gain inférieur indique la contre-régulation plus efficace des variations de pression alors que les gains plus élevés indiquent fl plus passiveréponses omment changements de pression.

Representative Results

Amplitudes OLBNP de 10 mmHg 22 jusqu'à 120 mm de Hg 17 ont été utilisées pour augmenter les fluctuations de pression artérielle, mais 30 mmHg OLBNP est suffisante 23,24 et pas au-delà de la capacité de régulation de la cerebrovasculature. 17 Ce niveau de résultats OLBNP à oscillations de pression sanguine qui sont environ 15-20 mmHg en grandeur à 0,03 Hz, ce qui ne est pas plus grande que les changements de la pression artérielle survenant lors du passage d'assise à la position debout. 25 Il existe des limites à la plage dans laquelle OLBNP peut générer des fluctuations de pression artérielles. L'autorégulation ne est actif à ~ 0,07 Hz et plus lent, de sorte que la limite supérieure ne est pas un problème. Cependant, la difficulté de produire des oscillations à basse fréquence au-dessous de 0,03 Hz qui est le système cardiovasculaire contre-régule contre les variations de pression artérielle LBNP induites avant que le cycle est terminé. Comme la figure 4 montre, à 0,025 Hz OLBNP nous voyons en fait le plus grand pic dans laoscillations de la pression artérielle à 0,05 Hz. Alors que la réponse en fréquence de l'autorégulation cérébrale peut être caractérisé de 0,03 Hz 0,08 Hz à définir les échelles de temps dans lequel l'autorégulation est active, 23,24 0,03 Hz et 0,08 Hz OLBNP sont suffisants, car ils représentent une gamme de fonctions d'autorégulation (ce est à dire, un prononcée région autorégulation à aucun ou modeste).

OLBNP génère de plus grandes fluctuations de la pression artérielle lorsque la fréquence d'oscillations de pression négative devient plus faible. La figure 5 montre la pression artérielle et conséquents cérébraux fluctuations de flux sanguin avec OLBNP de 0,08 Hz (12,5 cycles de s) à 0,03 Hz (33 cycles sec). Aux fréquences élevées, la circulation sanguine cérébrale fluctue de concert avec la pression artérielle. Le PPR démontre; il ya une relation linéaire proportionnelle entre la pression artérielle et le débit sanguin cérébral dans les hautes fréquences de 0,08 Hz, 0,07 Hz (14 cycles sec), et 0,06 Hz (16,6 cycles sec). Aux fréquences plus lentes de OLBNP, si les fluctuations de pression artérielles deviennent plus grandes, les fluctuations de débit sanguin cérébral sont progressivement atténuées plus efficacement. Par conséquent, le PPR montre une région de plus en plus importante d'autorégulation à des fréquences de 0,05 Hz OLBNP (20 cycles sec), à 0,04 Hz (25 cycles sec), à 0,03 Hz. Dans l'exemple illustré, à 0,03 Hz, la courbe PPR ressemble clairement la «courbe d'autorégulation classique» décrit par Lassen (Figure 1). Nous avons précédemment montré que cette observation ne se explique simplement par l'augmentation de la grandeur des variations de pression artérielle comme la fréquence des oscillations deviennent plus lente. Nous avons déjà appliqué PPR aux données à partir de 48 personnes au cours des différentes grandeurs de OLBNP (ainsi, l'ampleur différente des fluctuations de pression). 19 Bien que nous ne avons pas explorer explicitement une relation potentielle entre la plage d'autorégulation et de l'ampleur des fluctuations de pression, nous sommesporté que la variation de autorégulatrice plage était seulement ~ 6%. Ainsi, nos résultats précédents montrent clairement que la variation de la courbe de fréquence PPR ne peut pas être entièrement expliquée par un changement dans l'amplitude des fluctuations de pression. Dans la même étude, nous avons évalué si la caractérisation PPR de l'autorégulation est reproductible dans des sessions séparées. Cette analyse a montré que la pente de la plage de autorégulatrice cours de 0,03 Hz OLBNP n'a pas changé (la concordance de Lin = 0,96, p <0,001) et donc la relation pression-débit non linéaire est cohérent à travers des journées d'étude.

Même si le lit vasculaire cérébral est bien innervé par des fibres nerveuses sympathiques, leur rôle dans l'autorégulation n'a pas été largement accepté. 26 Par conséquent, certains de nos travaux précédents ont exploré le rôle potentiel du système nerveux sympathique dans autorégulation cérébrovasculaire. 24 Nous avons trouvé un rôle clair pour le système sympathique dans la régulation de débit cérébral, mais nous were pas en mesure de caractériser la façon dont la relation a changé avec l'enlèvement des effets sympathiques à cause des limites des méthodes linéaires pour caractériser autorégulation. La figure 6 montre les résultats de l'application PPR aux données avant (de base) et après le blocage sympathique pendant 0,05 Hz. La courbe globale devient nettement plus linéaire. En outre, l'analyse de PPR 0,03 Hz données où l'autorégulation est le plus apparent a montré que la gamme de la région autorégulateur reste inchangée, mais la pente dans cette région augmente, ce qui reflète l'autorégulation moins efficace (figure 7).

Figure 1
Figure 1. La courbe d'autorégulation «classique» dérivé de la relation entre les augmentations statiques et diminue la pression et l'état flux constant sanguin cérébral. Une région de l'écoulement des immuablechanger pite pression (ce est-pente = 0) est délimitée par des régions et dans lequel l'augmentation des pressions décroissantes entraîner des modifications du débit sanguin cérébral proportionnels.

Figure 2
Figure 2. Le pré-traitement nécessaire pour effectuer l'analyse PPR. Les signaux sont d'abord décimés à 5 Hz et ensuite filtré passe-bande à la fréquence de OLBNP (± 0,005 Hz).

Figure 3
Figure 3. Paramètres de la courbe d'autorégulation cérébrale provenant de PPR analyse de la pression artérielle et le flux sanguin cérébral pendant 0,03 Hz OLBNP.

Figure 4
Spectre de puissance montre l'ampleur des fluctuations de la pression artérielle lorsque la fréquence OLBNP est inférieure à 0,03 Hz (cycle de 33 secondes). Notez qu'il ya deux grands pics dans la puissance spectrale de la pression artérielle à 0,025 et 0,05 Hz (40 et 20 cycles sec), mais il est un seul pic dans la puissance spectrale LBNP à 0,025 Hz. En outre, la plus grande variation de pression est de 0,05 Hz et se confondre l'interprétation des réponses cérébrales du flux sanguin.

Figure 5
Figure 5. Exemple de OLBNP les effets de 0,08 à 0,03 Hz sur la pression artérielle et le flux sanguin cérébral. Variations de pression artérielles deviennent plus grandes avec OLBNP plus lente que cérébraux fluctuations de flux de sang deviennent plus petites. Cette fonction d'autorégulation est décrit par les résultats de l'analyse PPR représenté sur les panneaux de fond. Til région autorégulation du débit sanguin cérébral devient progressivement plus prononcée avec OLBNP plus lent.

Figure 6
Figure 6. individuelle et une moyenne de courbes autorégulation PPR à partir de données de OLBNP 0,05 Hz chez les sujets avant (de base) et après le blocage sympathique. Notez que la perte de la région autorégulation étroite après le blocage sympathique.

Figure 7
Figure 7. Moyenne des paramètres PPR à partir de données 0,03 Hz OLBNP avant et après le blocage sympathique. Bloc sympathique a eu un effet prononcé sur la courbe de l'autorégulation cérébrale dans la plage d'autorégulation, ce qui augmente nettement la pente (ce est à dire, plus proportionnels cérébraux flux changements avec les changements de pression ).

Discussion

Définir précisément les relations entrée-sortie peuvent exiger que l'entrée (dans ce cas, la pression) change activement à travers un éventail suffisamment large pour observer la réponse de sortie. Cependant, survenant spontanément fluctuations de pression sont extrêmement incohérente et faible amplitude dans les fréquences de l'autorégulation cérébrale. 27 Ce est la raison que les changements spontanés de la pression et le débit montrer une relation avec des périodes de forte corrélation et des périodes de très faible corrélation et que des oscillations dans la circulation sanguine cérébrale semble apparemment sans entraînement de la pression artérielle apparente. OLBNP 28 22 fournit une technique essentielle pour créer des oscillations de pression artérielle cohérentes de faire varier la fréquence et l'amplitude des réponses cérébraux pour évaluer la circulation sanguine. Bien qu'il puisse y avoir d'autres approches qui pourraient fournir une sonde similaire, cette approche permet de tests rigoureux de la relation en fréquence et / ou l'amplitude dépendant parila pression artérielle ween et la vitesse du flux sanguin cérébral.

Avant de recherche à explorer les outils de mesure potentiels pour l'autorégulation cérébrale ont utilisé des modèles linéaires de la relation entre la pression artérielle et le débit sanguin cérébral (par exemple, l'analyse de fonction de transfert). Une relation linéaire étroite entre la pression et les changements sans amortissement débit est observée lorsque les oscillations de pression sont relativement rapide, ce est à dire,> ~ 10 sec. Cependant, oscillations lentes (> ~ 20 sec) engendrent une relation entre la pression et le débit qui devient progressivement moins linéairement liés. 8,24 Si la relation ne est pas très linéaire connexes (faible R 2, faible cohérence spectrale croisée) on ne peut pas avoir une la confiance en la précision des mesures linéaires tels que le gain de fonction de transfert et de la phase. L'absence de relation linéaire indique la présence de non-linéarités importantes qui sont caractéristiques d'autorégulation cérébrale. En effet, de par sa nature même, autoregulatisur ne se prête pas à la caractérisation par des approches linéaires; approches linéaires peuvent indiquer la présence ou l'absence d'autorégulation, mais ne peuvent pas décrire ses caractéristiques et son efficacité.

Il existe des méthodes qui sont comparables aux méthodes linéaires dans leur simplicité mais qui peut évaluer les relations non linéaires entre l'entrée (pression) et de sortie (flux) des variables. Poursuite de projection régression est tout simplement une méthode non paramétrique, athéorique, régression multiple 29,30 qui ne pose pas un modèle a priori ou assumer linéarité dans la relation d'entrée-sortie. Ce sont des avantages évidents pour la caractérisation d'un système qui ne est pas totalement comprise. Toutefois, il convient de noter que l'utilisation de plus d'une fonction de nervure pour cent augmentera la variance expliquée, mais au détriment d'obscurcir interprétation physiologique des relations caractéristiques. Par conséquent, il est recommandé de projection poursuite régression être limitée à seulement une arête de function. Néanmoins, l'approche PPR décrit avec une fonction de crête unique peut expliquer une partie importante de la variance dans la relation entre la pression artérielle et le débit sanguin cérébral et de révéler la relation non linéaire caractéristique qui est cohérent à travers les individus.

Limitations et modifications possibles

Oscillatoire pression négative inférieure du corps nécessite un équipement et des procédures spécifiques et importune et ainsi ne est pas appropriée pour les évaluations cliniques. Il est possible que les enregistrements de repos d'une longueur suffisante pourrait fournir des données suffisantes pour une analyse de PPR autorégulation cérébrale. Cependant, des travaux antérieurs ont montré que la projection poursuite régression de données effectue repos bien pire que l'analyse des données de OLBNP 0,03 Hz. Bien que les relations pression-flux quantifiés au repos et pendant 0,03 Hz OLBNP sont liés, 19 la correspondance modeste suggère simplement que le RELATION pression-débitips estimés au repos peuvent ne pas refléter de façon fiable celles dérivées de 0,03 Hz OLBNP. Une solution peut être de générer des fluctuations de pression cohérents et plus grande amplitude dans les fréquences de l'autorégulation par la respiration lente et profonde eucapnique ou répétées manœuvres squat-stand. Ces méthodes ont été montré pour générer de manière fiable de grandes fluctuations de pression qui peuvent fournir des changements à travers un éventail suffisamment large pour observer cérébraux réponses du flux sanguin. 31,32

Bien que, en moyenne, projection poursuite régression peut expliquer une partie importante de la relation entre la pression artérielle et les fluctuations de flux cérébraux, la variance expliquée peut être faible dans quelques cas (~ 6% 19). Faible performance pourrait tirer, par exemple, de modes de respiration si la fréquence et le volume de marée ne sont pas contrôlés. Cependant, tous les tests physiologiques a quelques observations aberrantes, et cette approche ne est pas une exception. Mesures pauvres dans ~ 1 sur 20 observations ne devraientt minent l'utilité potentielle de l'approche.

Futures Applications / Conclusions

La relation pression-débit caractéristique peut être modifiée dans certaines conditions physiopathologiques, comme un AVC 33 et une lésion cérébrale traumatique. 34 Si les relations précises pourraient être acquises dans le cadre clinique, projection poursuite régression de l'autorégulation cérébrale peut avoir une application plus large et être utile en tant que outil d'évaluation où OLBNP ne est pas disponible. Il est possible que les manœuvres simples (par exemple, la respiration profonde, brassard cuisse, assis-debout) et / ou des enregistrements plus longs durée de repos pourraient entraîner relation pression-débit qui peut être poursuivi pour dériver autorégulation cérébrale comparable à OLBNP données. Néanmoins, la détermination des différents systèmes de réglementation et leur contribution aux non-linéarités de l'autorégulation en laboratoire pourrait donner un aperçu unique de contrôle vasculaire cérébral, et de permettre diagnose d'altérations physiopathologiques à l'autorégulation cérébrale (par exemple, après une lésion cérébrale traumatique).

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Médecine Numéro 94 la circulation sanguine cérébrale le bas du corps pression négative l'autorégulation système nerveux sympathique
Évaluation cérébrale autorégulation via oscillatoire inférieure du corps par pression négative et Projection Pursuit régression
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Taylor, J. A., Tan, C. O., Hamner, J. W. Assessing Cerebral Autoregulation via Oscillatory Lower Body Negative Pressure and Projection Pursuit Regression. J. Vis. Exp. (94), e51082, doi:10.3791/51082 (2014).

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