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Biology

Oscillatory लोअर बॉडी नकारात्मक दबाव और प्रोजेक्शन पीछा प्रतिगमन के माध्यम से सेरेब्रल Autoregulation का आकलन

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

प्रमस्तिष्क छिड़काव प्रणालीगत दबावों की एक विस्तृत श्रृंखला पर निरंतर बनाए रखा प्रक्रिया है जिसके द्वारा "। सेरिब्रल autoregulation" के रूप में जाना जाता दबाव में परिवर्तन के खिलाफ प्रवाह के प्रभावी dampening 15 सेकंड ~ के रूप में के रूप में कम अवधि में होता है और लंबे समय अवधि में उत्तरोत्तर अधिक हो जाता है। इस प्रकार, रक्तचाप में धीमी परिवर्तन को प्रभावी ढंग से पा रहे हैं और तेजी से परिवर्तन या उतार चढ़ाव के मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह के माध्यम से अपेक्षाकृत अप्रभावित गुजरती हैं। मस्तिष्क autoregulation की आवृत्ति निर्भरता निस्र्पक में प्राथमिक कठिनाई ब्याज की आवृत्तियों के आसपास धमनी दबाव में प्रमुख सहज उतार चढ़ाव की कमी (की तुलना में कम ~ 0.07 हर्ट्ज या ~ 15 सेकंड) है। Oscillatory कम शरीर नकारात्मक दबाव (OLBNP) OLBNP की आवृत्ति पर धमनी दबाव में उतार-चढ़ाव का परिणाम है कि केंद्रीय शिरापरक वापसी में दोलनों उत्पन्न करने के लिए नियोजित किया जा सकता है। इसके अलावा, प्रोजेक्शन पीछा प्रतिगमन (पीपीआर) characteriz करने के लिए एक nonparametric तरीका प्रदान करता हैई अरेखीय एक प्राथमिकताओं मान्यताओं के बिना प्रणाली में निहित संबंधों और मस्तिष्क autoregulation की विशेषता गैर linearity पता चलता है। OLBNP नकारात्मक दबाव दोलनों की आवृत्ति धीमी हो के रूप में धमनी दबाव में बड़ा उतार चढ़ाव उत्पन्न करता है; हालांकि, मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में उतार चढ़ाव उत्तरोत्तर कम हो जाते हैं। इसलिए, पीपीआर नीचे OLBNP 0.05 हर्ट्ज की आवृत्तियों और (20 सेकंड चक्र) पर एक तेजी से और अधिक प्रमुख autoregulatory क्षेत्र से पता चलता है। यह दबाव और मस्तिष्क के प्रवाह के बीच विशेषता अरेखीय रिश्ते की प्रयोगशाला आधारित दृढ़ संकल्प की अनुमति देने और शारीरिक परिवर्तन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एकीकृत मस्तिष्कवाहिकीय नियंत्रण के लिए अद्वितीय अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है इस दृष्टिकोण का लक्ष्य घाव मस्तिष्क चोट, स्ट्रोक के बाद जैसे मस्तिष्क autoregulation (बिगड़ा अंतर्निहित , आदि.)।

Introduction

प्रक्रिया मस्तिष्क जो छिड़काव द्वारा "। सेरिब्रल autoregulation" के रूप में जाना जाता है मस्तिष्क प्रवाह प्रतिक्रियाओं एक के मूल टिप्पणियों है प्रणालीगत दबावों की एक विस्तृत श्रृंखला पर निरंतर बनाए रखा दैनिक नियमन के लिए बड़े महत्व का है कि धमनी दबाव में परिवर्तन के खिलाफ एक जवाबी विनियमन का समर्थन किया है प्रमस्तिष्क छिड़काव की। Autoregulation के लक्षण वर्णन निरंतर, नियंत्रित hypo- और उच्च रक्तचाप के अध्ययन के आधार पर किया गया था, 2,3 यह प्रतिरोध में दबाव प्रेरित परिवर्तन 10 से 90 सेकंड में परिवर्तन को शामिल 'एक oscillatory प्रक्रिया' 3 रहे हैं कि मान्यता दी गई थी। चार इसके अलावा, भीतर पिछले दो दशकों के आधार 5 मस्तिष्क प्रवाह बस कुछ ही दिल की धड़कन के रूप में के रूप में कम अवधि में नियंत्रित किया जाता है पता चला है कि हरा-दर-हरा एक। 6,7 पर मस्तिष्क में रक्त प्रवाह वेग की माप ये हरा-दर-हरा डेटा प्रभावी सुझाव है कि दबाव में परिवर्तन के खिलाफ प्रवाह की dampening पर होता है~ 15 सेकंड के रूप में के रूप में कम समय है और यह लंबे समय अवधि में उत्तरोत्तर अधिक से अधिक हो जाता है। आठ प्रकार, एक उच्च मार्ग फिल्टर के रूप में दबाव और प्रवाह कार्यों के बीच के रिश्ते 7,9-12 रक्तचाप में धीमी परिवर्तन को प्रभावी ढंग से पा रहे हैं और तेजी से दोलनों पारित जिसमें अपेक्षाकृत अप्रभावित के माध्यम से।

मस्तिष्क autoregulation की आवृत्ति निर्भरता निस्र्पक में प्राथमिक कठिनाई ब्याज की आवृत्तियों के आसपास धमनी दबाव में प्रमुख सहज उतार चढ़ाव की कमी (की तुलना में कम ~ 0.07 हर्ट्ज या ~ 15 सेकंड) है। पर्याप्त बड़ी दबाव दोलनों के बिना, एक सही ढंग से मस्तिष्क में रक्त प्रवाह प्रतिक्रिया यों नहीं कर सकते। हमारी प्रयोगशाला oscillatory कम शरीर नकारात्मक दबाव (OLBNP) के रूप में जाना तकनीक का उपयोग कर इस बाधा के साथ पेश किया है। इस कारण कम शिरापरक transmural दबाव के टैंक में नकारात्मक दबाव के स्तर के लिए आनुपातिक दुम शिरापरक रक्त की मात्रा पारियों बनाता है। जब नकारात्मक pressuसेट अंतराल पर लागू किया जाता है फिर से, OLBNP की आवृत्ति पर धमनी दबाव के उतार चढ़ाव में केंद्रीय शिरापरक वापसी परिणाम में दोलनों। यह दृष्टिकोण अलग प्रयोगशालाओं भर में कई अध्ययनों में इस्तेमाल किया गया है। 8,14-17 इस कारण कम शिरापरक transmural दबाव के टैंक में नकारात्मक दबाव के स्तर के लिए आनुपातिक दुम शिरापरक रक्त की मात्रा पारियों बनाता है। नकारात्मक दबाव सेट अंतराल पर लागू किया जाता है, केंद्रीय शिरापरक वापसी में दोलनों OLBNP की आवृत्ति पर धमनी दबाव के उतार चढ़ाव में परिणाम। यह दृष्टिकोण अलग प्रयोगशालाओं भर में कई अध्ययनों में इस्तेमाल किया गया है। 8,15-18

यहां तक कि ब्याज की आवृत्तियों के आसपास धमनी दबाव में प्रमुख उतार चढ़ाव उत्पन्न कर सकते हैं कि एक दृष्टिकोण के साथ, एक उलझी कारक है: सेरेब्रल autoregulation में nonlinearity के महत्वपूर्ण सबूत विशेष रूप से सबसे कम आवृत्तियों पर, वहाँ आठ इसके अलावा, कोई मजबूत सैद्धांतिक गाइड नहीं है।मस्तिष्क autoregulation में मौजूद nonlinearities की प्रकृति के रूप में। इसलिए, हम एक atheoretical उपयोग करते हैं, हमारे विश्लेषण में प्रक्षेपण पीछा प्रतिगमन (पीपीआर) के रूप में जाना जाता डेटा संचालित विधि। 19 पीपीआर इन nonlinearities की प्रकृति के रूप में किसी भी एक प्राथमिकताओं मान्यताओं के बिना एक प्रणाली में निहित अरेखीय संबंधों को चिह्नित करने के लिए एक nonparametric विधि है। इस जिनके शरीर क्रिया विज्ञान अभी तक स्पष्ट nonlinear मॉडल से परिभाषित नहीं है एक प्रणाली पर कब्जा करने के लिए एक निर्णय लिया फायदा है। पीपीआर मस्तिष्क autoregulation की विशेषता गैर linearity पहले 1959 में Lassen द्वारा वर्णित "क्लासिक autoregulatory वक्र" (चित्रा 1)। यह है कि 2,19 जैसा दिखता है कि पता चलता है, मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह धमनी दबाव की एक निश्चित सीमा के भीतर अपेक्षाकृत स्थिर बनी हुई है, लेकिन निष्क्रिय इस सीमा के बाहर एक रैखिक फैशन में पटरियों। धमनी दबाव अस्थिरता धीमी हो जाते हैं क्योंकि यह आकार और अधिक स्पष्ट हो जाता है। इसलिए, रेखीय विश्लेषण पूरी तरह से interroga करने के लिए अपर्याप्त हैरेखीय तकनीकों पर ते मस्तिष्क autoregulation और रिलायंस संभावना महत्वपूर्ण जानकारी याद करते हैं।

इस लेख में हम विस्तार में हम स्वास्थ्य और रोग में मस्तिष्क autoregulation चिह्नित करने के लिए उपयोग दोनों डाटा अधिग्रहण (OLBNP की प्रयोगशाला प्रयोग) और विश्लेषण (पीपीआर) के लिए दृष्टिकोण।

Protocol

1. Oscillatory लोअर बॉडी नकारात्मक दबाव (OLBNP)

  1. उपकरण सेटअप
    1. इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम लीड द्वितीय (ईसीजी): अध्ययन के दौरान दिल की दर की निगरानी के लिए विषय के धड़ को तीन (या अधिक) इलेक्ट्रोड प्रत्यय।
    2. Neoprene स्कर्ट: श्रोणिफलक शिखा अप करने के लिए कम शरीर नकारात्मक दबाव चेंबर में विषय जवानों कि एक कस्टम बनाया neoprene के स्कर्ट का प्रयोग करें। वे टैंक में लापरवाह रखा जाता है से पहले विषय के सीने के चारों ओर रख दिया और ईसीजी संकेत अभी भी पर्याप्त है कि सुनिश्चित करते हैं। यह साँस लेने को प्रतिबंधित करने के रूप में सुखद है, लेकिन इतना तंग नहीं है कि सुनिश्चित करें।
    3. लोअर बॉडी नकारात्मक दबाव चैंबर: बिस्तर पर विषय झूठ लापरवाह है और उन्हें नीचे LBNP चैम्बर छल। LBNP चैम्बर एक समायोज्य साइकिल की सीट है, (चूषण के प्रभाव का प्रतिकार के बिना आंदोलन विरूपण साक्ष्य को कम से कम करने के लिए) विषय आराम से इस पर बैठा है सुनिश्चित करें। विषय के वा के लिए एक कस्टम बनाया Plexiglas स्पेसर कटौती का प्रयोग करेंIST आकार चैम्बर सील मदद करने के लिए। डक्ट टेप के साथ LBNP कक्ष के आसपास से neoprene स्कर्ट सील।
    4. LBNP चैंबर दबाव: एक मानक दबाव transducer को LBNP चैम्बर कनेक्ट करें। एमएमएचजी करने के लिए दबाव transducer जांचना।
    5. यांत्रिक वाल्व के लिए संलग्न साइकिल टाइमर दोहराएं: LBNP चैम्बर के लिए यांत्रिक वाल्व और दोहराने चक्र टाइमर बनाया कस्टम संलग्न।
      नोट: एक यांत्रिक वाल्व नियंत्रण कि दो मोटर्स से जुड़ी एक समय में देरी रिले नकारात्मक दबाव और परिवेश के दबाव के बीच वैकल्पिक करने के लिए प्रयोग किया जाता है। समय देरी रिले विकल्पों को खोलने और चैम्बर और वैक्यूम के बीच एक वाल्व बंद करने के लिए एक निश्चित अंतराल पर मोटर्स को वोल्टेज। यह आकार में लगभग वर्ग की लहर है कि एक LBNP चैम्बर दबाव तरंग पैदा करता है। वांछित OLBNP आवृत्ति करने के लिए समय चक्र को समायोजित करें।
    6. चर ट्रांसफार्मर और वैक्यूम: यांत्रिक वाल्व के लिए एक मानक घर वैक्यूम क्लीनर संलग्न। वोल्टेज की अनुमति देता है कि एक चर ट्रांसफॉर्मर में वैक्यूम प्लगवैक्यूम नियंत्रित किया जा सके। वैक्यूम क्लीनर पर मुड़ें और हासिल की है लक्ष्य LBNP दबाव (जैसे, 30 एमएमएचजी) जब तक चर ट्रांसफार्मर समायोजित करें।
    7. धमनी रक्तचाप: संलग्न गैर इनवेसिव photoplethysmographic धमनी दबाव कफ (जैसे, Portapres, Finapres) एक हाथ की उंगली (एस) के लिए। सामने हाथ के बाहु धमनी से दोलायमान दबाव के दबाव की तुलना द्वारा सटीकता सुनिश्चित।
    8. 2 मेगाहर्ट्ज Transcranial डॉपलर और जांच फिक्सेशन डिवाइस
      1. मंदिर (यानी, transtemporal विंडो) पर मध्य मस्तिष्क धमनी के एम 1 खंड insonate करने के लिए एक दो मेगाहर्ट्ज नाड़ी लहर डॉपलर जांच का प्रयोग करें।
      2. संकेत के वर्णक्रम तीव्रता अधिकतम करने के लिए जांच के कोण, insonation गहराई (~ 55 मिमी), लाभ, और पारेषण सत्ता बदल।
      3. आंदोलन विरूपण साक्ष्य स्वयंसेवक कदम के रूप में संकेत में पेश नहीं किया जाता है तो यह है कि (यानी, नहीं हेडबैंड) वापस नहीं है कि एक निर्धारण डिवाइस का उपयोग जगह में डॉपलर जांच फिक्सनकारात्मक दबाव दोलनों के साथ है।
        नोट:। मस्तिष्क में रक्त प्रवाह एकतरफा या द्विपक्षीय मापा जा सकता है, लेकिन मस्तिष्क autoregulation में कोई अंतर नहीं स्ट्रोक या घाव मस्तिष्क की चोट की तरह एक स्थानीय चोट मौजूद है, जब तक गोलार्द्धों के बीच होने की उम्मीद है 20
    9. समय सीमा समाप्त सीओ 2: समय सीमा समाप्त सीओ 2 की निगरानी के लिए एक अवरक्त सीओ 2 विश्लेषक से जुड़ी एक नाक प्रवेशनी का प्रयोग करें और केवल अपने नाक के माध्यम से साँस लेने के लिए विषय हिदायत। गहरा प्रभाव धमनी को देखते हुए सीओ 2 के हर अध्ययन के दौरान मस्तिष्क में रक्त प्रवाह, 21 की निगरानी सीओ 2 पर है।
  2. डाटा अधिग्रहण
    1. धमनी दबाव, मस्तिष्क में रक्त प्रवाह, LBNP चैम्बर दबाव के डिजिटल रूपांतरण के अनुरूप निर्धारित करें, और चैनल के अनुसार 50 हर्ट्ज की एक न्यूनतम पर प्राप्त करने के लिए सीओ 2 के समाप्त हो गई है। 1 kHz पर ईसीजी मोल।
      नोट: बहुत कम आवृत्ति जानकारी (≤0.07 हर्ट्ज) के साथ बाद के विश्लेषण के सौदों है, यह सी हैसंकेतों की गुणवत्ता पर नजर रखने के लिए ritical एक अध्ययन के दौरान अर्जित किया जा रहा है। 50 हर्ट्ज की एक नमूना दर रक्तचाप और विरूपण साक्ष्य का पता लगाने के लिए मस्तिष्क में रक्त प्रवाह की सटीक दृश्य की अनुमति होगी।
  3. Oscillatory LBNP प्रोटोकॉल
    1. निर्वात पर मुड़ें और टैंक दबाव -30 एमएमएचजी पर स्थिर है सुनिश्चित करते हैं।
    2. 0.03 हर्ट्ज OLBNP के लिए 33 सेकंड के लिए सेट दोहराने चक्र टाइमर।
    3. इष्टतम संकेत सुनिश्चित करने के लिए डॉपलर जांच (ओं) को समायोजित करें।
    4. पीपीआर अनुमान में पर्याप्त आत्मविश्वास सुनिश्चित करने के लिए कम से कम 15 चक्र (0.03 हर्ट्ज पर 500 सेकंड) के लिए डेटा मोल। इसे आगे भी संकेत करने वाली शोर अनुपात में सुधार होगा के रूप में यदि समय परमिट, इस से भी अधिक डेटा इकट्ठा।
    5. दोहराने चक्र टाइमर अवधि बदलकर 0.03 हर्ट्ज-0.08 हर्ट्ज के बीच किसी भी आवृत्तियों के लिए ऊपर के चरणों को दोहराएँ।
      नोट: आदेश में आवृत्तियों लागू करें लेकिन बेतरतीब ढंग से विषयों के बीच प्रारंभिक आवृत्ति बदलती हैं।

2. प्रोजेक्शन पीछा प्रतिगमन (पीपीआर)

  1. डाटा Preprocessing
    1. नाश और कम पास छनन
      1. मैटलैब खोलें। आदेश टाइप "डेटा = प्रतिदर्श चैनल (एसआर डेटा, 1/5)" 5 हर्ट्ज के लिए धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह को नेस्तनाबूद करने के लिए (एसआर मूल नमूना दर है)।
        नोट: वैकल्पिक रूप से, 0.4 हर्ट्ज की एक cutoff के साथ कम पास फिल्टर (19 वें क्रम Chebyshev प्रकार द्वितीय)। छानने के बाद के प्रसंस्करण दिया, बेमानी है, लेकिन कभी कभी शोर धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह संकेतों के चोटी का पता लगाने पर भरोसा नहीं है कि मतलब है waveforms बनाता है।
    2. विरूपण साक्ष्य मिटाने की
      1. एक गाइड के रूप में मूल गैर decimated waveforms का उपयोग करना, कलाकृतियों के साथ संकेतों के किसी भी वर्गों को हटाने और रैखिक बैठाना। इन वर्गों रिकॉर्डिंग अवधि के 10 से अधिक% के लिए खाते हैं, तो पूरी तरह से रिकॉर्डिंग त्यागें।
        नोट: इस बिंदु पर, waveforms के उपयुक्त ऐसे हस्तांतरण समारोह विश्लेषण के रूप में पारंपरिक रैखिक दृष्टिकोण के लिए कार्रवाई कर रहे हैं।
    3. बैंड पास छनन
      1. Matlab में, टाइप करें: [बी, ए] = cheby1 (1,1, [एफ - 0.005 एफ + 0.005] / (एस आर डी / 2)) डेटा = filtfilt (बी, ए, detrend (डेटा, 'रैखिक') बैंड के लिए -pass OLBNP की आवृत्ति के आसपास एफ प्रमुख OLBNP आवृत्ति है, जहां (चित्रा 2) (पास बैंड लहर की एक DB के साथ एक सेंट आदेश Chebyshev प्रकार मैं) दबाव फिल्टर और एक ± 0.005 हर्ट्ज बैंड में प्रवाह, एस आर डी decimated नमूना है दर (5 हर्ट्ज कदम 2.1.1 के बाद), और "डेटा" decimated संकेत (धमनी दबाव या प्रवाह) है।
        नोट: यह संभावित हस्तक्षेप को कम करता है और बाद में पीपीआर विश्लेषण में संकेत करने वाली शोर अनुपात बढ़ जाती है। प्रमुख धमनी दबाव में उतार-चढ़ाव कम शरीर नकारात्मक दबाव के oscillatory आवृत्ति पर होता है, संकेतों में यादृच्छिक शोर दबाव प्रवाह रिश्तों की व्युत्पत्ति के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं। बैंड पास छानने के बिना परिणाम गुणात्मक समान है लेकिन प्रतिशत विचरण ई होगाxplained (यानी, आर 2) कम हो जाएगा। 19
  2. प्रोजेक्शन पीछा प्रतिगमन आकलन
    नोट: आर भाषा और पर्यावरण सांख्यिकीय कम्प्यूटिंग के लिए में निर्मित में समारोह 'पीपीआर' का उपयोग करना, और / या धमनी दबाव-मस्तिष्क प्रवाह संबंध के लिए एक एकल रिज समारोह (एम = 1) उत्पन्न करने, अन्य प्लेटफार्मों में कस्टम लिखा कार्यों के माध्यम से ।
    1. Matlab में, कमांड "CVLabPPR (दबाव, प्रवाह)" दर्ज करें। XXX के तीन अक्षर का अध्ययन कोड है जहां XXXYYY, के रूप में अध्ययन आईडी दर्ज करें और yyy विषय आईडी के लिए तीन सांख्यिक वर्ण है। YYYY-MM-डीडी: निम्न स्वरूप में अध्ययन की तारीख दर्ज करें। संख्यात्मक माप # दर्ज करें (जैसे, "एक" दिन एक के लिए)।
    2. एपीएम (कला-लाइन के लिए finapress या अल के लिए एफपी दर्ज करें) दर्ज करें। पोत (एमसीए, एसीए, या पीसीए) दर्ज करें। क्वेरी के लिए "वाई" या "एन" Enter "आप सही एमसीए माप है?" Enter "Y और# 8221; या क्वेरी के लिए "एन" "आप एमसीए माप छोड़ दिया है?"
      ध्यान दें:
      1 समीकरण
      और उत्पादन (वाई टी - - मस्तिष्क में रक्त प्रवाह) एक रेखीय autoregressive हस्तांतरण समारोह (EQ 1. कोष्ठक के अंदर अवधि) - प्रत्येक इनपुट (धमनी रक्तचाप एक्स टी) के nonparametric गिरी कार्य (कश्मीर मीटर के माध्यम से पारित कर दिया है, 'रिज बुलाया मतलब कम करके निर्धारित कर रहे हैं कि कार्यों ') त्रुटि चुकता। प्रोजेक्शन पीछा प्रतिगमन (यानी, एम> 1) एक से अधिक रिज समारोह में शामिल कर सकते हैं। हालांकि, इसका मतलब यह चुकता त्रुटि कम हो जाएगा, हालांकि यह कारण उन दोनों के बीच संभावित बातचीत के लिए रिज कार्यों की व्याख्या अस्पष्ट हो सकता है। प्राथमिक उद्देश्य धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह कि सीए के बीच एक रिश्ता प्राप्त करने के लिए है, क्योंकिएन physiologically व्याख्या की जा, पीपीआर केवल एक रिज समारोह (एम = 1) के लिए सीमित किया जाना चाहिए।
    3. Piecewise रैखिक parameterization। बाद में सांख्यिकीय विश्लेषण (चित्रा 3) के लिए एक piecewise रैखिक समारोह के रूप में रिज समारोह parameterize। Matlab के लिए, ब्रूनो Luong के नि: शुल्क-गाँठ तख़्ता सन्निकटन का उपयोग करें। कमांड "BSFK (एक्स, वाई, कश्मीर, nknots)" दर्ज करें, जहां एक रेखीय फिट करने के लिए कश्मीर = 2 और nknots तीन क्षेत्रों के लिए = 3।
      । नोट: धमनी दबाव-मस्तिष्क प्रवाह संबंध में परिवर्तन, और रिश्ता लगभग रैखिक है जिसमें पर्वतमाला तीन परिणामों के एक योजनाबद्ध से पता चलता है जहां यह उन बिंदुओं को पहचानती है। प्रत्येक क्षेत्र के भीतर दबाव प्रवाह संबंध का लाभ (यानी, रैखिक ढलान) उस क्षेत्र के अंदर मस्तिष्क autoregulation की प्रभावशीलता का एक उपाय प्रदान करता है। एक कम लाभ उच्च लाभ अधिक निष्क्रिय FL संकेत मिलता है जबकि दबाव में उतार-चढ़ाव का अधिक प्रभावी जवाबी विनियमन को इंगित करता हैदबाव में परिवर्तन करने के लिए ओउ के हिमायती हैं।

Representative Results

120 एमएमएचजी 17 अप करने के लिए 10 एमएमएचजी 22 से OLBNP आयाम धमनी दबाव में उतार-चढ़ाव को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया गया है, लेकिन 30 एमएमएचजी OLBNP 23,24 और नहीं cerebrovasculature के नियामक क्षमता से परे पर्याप्त है। 17 OLBNP परिणामों का यह स्तर रक्तचाप दोलनों में है कि खड़े करने के लिए बैठा से जा रहा है, जब से होने वाली रक्तचाप परिवर्तन से अधिक नहीं है, जो 0.03 हर्ट्ज, पर परिमाण में लगभग 15-20 एमएमएचजी हैं। 25 OLBNP धमनी दबाव उतार चढ़ाव उत्पन्न कर सकते हैं जिसके भीतर श्रृंखला के लिए कुछ सीमाएं हैं। Autoregulation 0.07 हर्ट्ज और धीमी ~ में ही सक्रिय है, तो ऊपरी सीमा एक मुद्दा नहीं है। हालांकि 0.03 हर्ट्ज से नीचे कम आवृत्ति दोलन पैदा करने में कठिनाई चक्र समाप्त हो गया है इससे पहले कि हृदय प्रणाली LBNP प्रेरित धमनी दबाव में परिवर्तन के खिलाफ जवाबी नियंत्रित करता है। चित्रा 4 से पता चलता है के रूप में, 0.025 हर्ट्ज OLBNP पर हम वास्तव में सबसे बड़ी चोटी देखना0.05 हर्ट्ज पर धमनी दबाव दोलनों। वे autoregulatory समारोह की एक श्रृंखला का प्रतिनिधित्व करते हैं, क्योंकि मस्तिष्क autoregulation की आवृत्ति प्रतिक्रिया (autoregulation सक्रिय है जो भीतर समय तराजू, 23,24 0.03 हर्ट्ज और 0.08 हर्ट्ज OLBNP पर्याप्त हैं परिभाषित करने के लिए 0.03 हर्ट्ज-0.08 हर्ट्ज से लक्षण वर्णन किया जा सकता है, यानी एक कोई भी सुनाया autoregulatory क्षेत्र या एक मामूली एक)।

नकारात्मक दबाव दोलनों की आवृत्ति धीमी हो जाते हैं OLBNP धमनी दबाव में बड़ा उतार चढ़ाव उत्पन्न करता है। 5 0.03 हर्ट्ज (33 सेकंड चक्र) को 0.08 हर्ट्ज (12.5 सेकंड चक्र) से OLBNP साथ धमनी दबाव और फलस्वरूप मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में उतार-चढ़ाव से पता चलता है। उच्च आवृत्तियों पर, मस्तिष्क में रक्त प्रवाह धमनी दबाव के साथ संगीत कार्यक्रम में उतार चढ़ाव होता रहता। पीपीआर यह दर्शाता है; 0.08 हर्ट्ज, 0.07 हर्ट्ज (14 सेकंड चक्र), और 0.0 के उच्च आवृत्तियों पर धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह के बीच एक आनुपातिक रेखीय रिश्ता नहीं है6 हर्ट्ज (16.6 सेकंड चक्र)। धमनी दबाव उतार चढ़ाव बड़ा बन हालांकि OLBNP की धीमी आवृत्तियों पर, मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में उतार चढ़ाव के उत्तरोत्तर अधिक प्रभावी ढंग से घटा कर रहे हैं। इसलिए, पीपीआर 0.03 हर्ट्ज के लिए, 0.04 हर्ट्ज (25 सेकंड चक्र) के लिए, 0.05 हर्ट्ज (20 सेकंड चक्र) से OLBNP आवृत्तियों पर एक तेजी से और अधिक प्रमुख autoregulatory क्षेत्र से पता चलता है। दिखाए गए उदाहरण में, 0.03 हर्ट्ज पर, पीपीआर वक्र स्पष्ट रूप से Lassen (चित्रा 1) द्वारा वर्णित "क्लासिक autoregulatory वक्र" जैसा दिखता है। हम पहले दोलनों की आवृत्ति धीमी हो के रूप में इस अवलोकन धमनी दबाव में उतार-चढ़ाव का परिमाण में वृद्धि से बस नहीं समझाया जा सकता है कि पता चला है। हम पहले हम स्पष्ट रूप से autoregulatory रेंज और दबाव में उतार-चढ़ाव की भयावहता के बीच एक संभावित संबंध का पता लगाने नहीं था, हम फिर से OLBNP (दबाव में उतार-चढ़ाव का इस प्रकार, विभिन्न परिमाण)। 19 के विभिन्न परिमाण के दौरान 48 व्यक्तियों से डेटा को पीपीआर आवेदन किया हैरखी autoregulatory रेंज में भिन्नता केवल ~ 6% थी। इस प्रकार, हमारे पूर्व परिणाम स्पष्ट रूप से आवृत्ति के साथ पीपीआर की अवस्था में परिवर्तन पूरी तरह से दबाव में उतार-चढ़ाव का परिमाण में एक परिवर्तन से नहीं समझाया जा सकता है। इसी अध्ययन में, हम autoregulation की पीपीआर लक्षण वर्णन अलग सत्रों में प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य है कि क्या आकलन किया। इस विश्लेषण 0.03 हर्ट्ज OLBNP दौरान autoregulatory रेंज के ढलान (लिन क़बूल = 0.96, पी <0.001) और इस तरह अरेखीय दबाव प्रवाह संबंध अध्ययन दिनों में लगातार है बदल नहीं किया था कि पता चला है।

मस्तिष्कवाहिकीय बिस्तर अच्छी तरह से सहानुभूति तंत्रिका तंतुओं द्वारा innervated जाता है, autoregulation में उनकी भूमिका को व्यापक रूप से स्वीकार नहीं किया गया। 26 इसलिए, हमारे पिछले काम के कुछ मस्तिष्कवाहिकीय autoregulation में सहानुभूति तंत्रिका तंत्र की संभावित भूमिका का पता लगाया। 24 हम के लिए एक स्पष्ट भूमिका पाया सहानुभूति मस्तिष्क प्रवाह को विनियमित करने में व्यवस्था है, लेकिन हम wपहले 6 (आधारभूत) से पहले डेटा को पीपीआर आवेदन से परिणामों से पता चलता है। वजह autoregulation निस्र्पक के लिए रेखीय विधियों की सीमाओं के संबंध सहानुभूति प्रभाव को हटाने के साथ बदल कैसे चिह्नित करने के लिए सक्षम और 0.05 हर्ट्ज के दौरान सहानुभूति नाकाबंदी के बाद नहीं। समग्र वक्र स्पष्ट रूप से अधिक रैखिक हो जाता है। इसके अलावा, autoregulation सबसे स्पष्ट है, जहां 0.03 हर्ट्ज डेटा की पीपीआर विश्लेषण autoregulatory क्षेत्र की सीमा अपरिवर्तित बनी हुई है, लेकिन उस क्षेत्र में बढ़ जाती है के भीतर ढाल, चित्रा (7) कम प्रभावी autoregulation दर्शाती है कि पता चला है।

चित्रा 1
चित्रा 1. स्थिर बढ़ जाती है के बीच के रिश्ते से ली गई है और दबाव और स्थिर राज्य मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में कम हो जाती है 'क्लासिक' autoregulatory वक्र। अपरिवर्तनीय प्रवाह देस का एक क्षेत्रpite बदलते दबाव (यानी, ढलान = 0) क्षेत्रों से घिरा है बढ़ती जा रही है, जिसमें और घटते दबावों आनुपातिक मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में परिवर्तन में परिणाम।

चित्रा 2
चित्रा 2. पीपीआर विश्लेषण करने के लिए आवश्यक preprocessing। सिग्नल पहले 5 हर्ट्ज और (0,005 हर्ट्ज ±) OLBNP की आवृत्ति पर फ़िल्टर किया तो बैंड पास करने के लिए decimated कर रहे हैं।

चित्रा 3
चित्रा 0.03 हर्ट्ज OLBNP दौरान धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह की पीपीआर विश्लेषण से व्युत्पन्न मस्तिष्क autoregulation वक्र 3. पैरामीटर।

चित्रा 4
OLBNP आवृत्ति से नीचे 0.03 हर्ट्ज (33-दूसरे चक्र) है जब ओंग> चित्रा 4. पावर स्पेक्ट्रम धमनी दबाव में उतार चढ़ाव की भयावहता से पता चलता है। (0.025 पर धमनी दबाव वर्णक्रमीय सत्ता में दो बड़े चोटियों और 0.05 हर्ट्ज है कि वहाँ 40 नोट और 20 सेकंड चक्र), हालांकि केवल 0.025 हर्ट्ज पर LBNP वर्णक्रमीय सत्ता में एक भी चोटी है। इसके अलावा, दबाव में सबसे बड़ा उतार-चढ़ाव 0.05 हर्ट्ज पर है और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह प्रतिक्रियाओं की व्याख्या उलझाना चाहते हैं।

चित्रा 5
चित्रा धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह पर 0.03 हर्ट्ज के लिए 0.08 से OLBNP के प्रभाव से 5. उदाहरण। मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में उतार चढ़ाव छोटे हो जाते हैं, जबकि धमनी दबाव उतार चढ़ाव धीमी OLBNP के साथ बड़े हो जाते हैं। इस autoregulatory समारोह नीचे पैनल में दिखाया गया पीपीआर विश्लेषण के परिणामों के द्वारा वर्णित है। टीमस्तिष्क में रक्त के प्रवाह में वह autoregulatory क्षेत्र में धीमी OLBNP साथ उत्तरोत्तर अधिक स्पष्ट हो जाता है।

चित्रा 6
चित्रा 6 व्यक्तिगत और (आधारभूत) से पहले और सहानुभूति नाकाबंदी के बाद विषयों में 0.05 हर्ट्ज OLBNP डेटा से पीपीआर autoregulatory घटता औसत। ध्यान दें कि सहानुभूति नाकाबंदी के बाद संकीर्ण autoregulatory क्षेत्र की हानि।

चित्रा 7
पहले और सहानुभूति नाकाबंदी के बाद 0.03 हर्ट्ज OLBNP डेटा से पीपीआर मापदंडों के चित्रा 7. औसत। सहानुभूति नाकाबंदी स्पष्ट रूप से (दबाव में परिवर्तन के साथ यानी, अधिक आनुपातिक मस्तिष्क के प्रवाह में परिवर्तन ढलान बढ़ रही है, autoregulatory सीमा के भीतर मस्तिष्क autoregulation वक्र पर एक स्पष्ट प्रभाव पड़ा )।

Discussion

संक्षेप में परिभाषित इनपुट, आउटपुट संबंध (इस मामले में, दबाव में) इनपुट सक्रिय रूप से उत्पादन प्रतिक्रिया निरीक्षण करने के लिए एक पर्याप्त विस्तृत श्रृंखला में है कि परिवर्तन की आवश्यकता होती है सकते हैं। हालांकि, अनायास होने वाली दबाव उतार चढ़ाव मस्तिष्क autoregulation की आवृत्तियों के भीतर आयाम में अत्यंत असंगत और छोटे हैं। 27 इस दबाव में सहज परिवर्तन और उच्च सहसंबंध की अवधि और बेहद कम सहसंबंध के समय के साथ एक रिश्ते को दिखाने के प्रवाह कारण है कि और में दोलनों कि मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह को मालूम होता है कोई स्पष्ट धमनी दबाव ड्राइव के साथ दिखाई देते हैं। 28 OLBNP 22 मस्तिष्क में रक्त प्रवाह प्रतिक्रियाओं का आकलन करने के लिए अलग-अलग आवृत्ति और आयाम के अनुरूप धमनी दबाव दोलनों बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक प्रदान करता है। इसी तरह की एक जांच प्रदान हो सकता है कि अन्य दृष्टिकोण हो सकता है, इस दृष्टिकोण आवृत्ति और / या आयाम पर निर्भर रिश्ते शर्त के कठोर परीक्षण के लिए अनुमति देता हैसमझना धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त प्रवाह वेग।

मस्तिष्क autoregulation के लिए संभावित माप उपकरण की खोज के पूर्व अनुसंधान धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह (जैसे, हस्तांतरण समारोह विश्लेषण) के बीच संबंध का रेखीय मॉडल का इस्तेमाल किया है। दबाव दोलनों यानी, अपेक्षाकृत तेजी से कर रहे हैं जब दबाव और कोई dampening के साथ परिवर्तन प्रवाह के बीच एक करीबी रैखिक संबंध> ~ 10 सेकंड, मनाया जाता है। हालांकि, धीमी दोलनों (> ~ 20 सेकंड) के दबाव के बीच एक रिश्ता पैदा और कहा कि उत्तरोत्तर कम रैखिक संबंधित हो जाता प्रवाह। 8,24 संबंध अत्यधिक रैखिक संबंधित नहीं है, तो कम (आर 2, कम पार वर्णक्रमीय जुटना) एक से कोई भी नहीं कर सकते इस तरह के हस्तांतरण समारोह लाभ और चरण के रूप में रेखीय उपायों की सटीकता में विश्वास। रैखिक संबंध की कमी के कारण मस्तिष्क autoregulation की विशेषता रहे हैं कि महत्वपूर्ण nonlinearities की उपस्थिति इंगित करता है। वास्तव में, अपने स्वभाव से, autoregulatiपर रैखिक दृष्टिकोण के माध्यम से लक्षण वर्णन करने के लिए उत्तरदायी नहीं है; रेखीय दृष्टिकोण autoregulation की उपस्थिति या अनुपस्थिति संकेत कर सकते हैं, लेकिन इसकी विशेषताओं और इसकी प्रभावशीलता का वर्णन नहीं कर सकते हैं।

उनकी सादगी में रेखीय तरीकों की तुलना कर रहे हैं, लेकिन है कि इनपुट (दबाव) और निर्गम (प्रवाह) चर के बीच अरेखीय रिश्तों आकलन कर सकते हैं कि तरीके हैं। प्रोजेक्शन पीछा प्रतिगमन बस एक एक प्राथमिकताओं मॉडल मंज़ूर या इनपुट-आउटपुट संबंध में linearity ग्रहण नहीं करता है कि एक nonparametric, atheoretical, कई प्रतिगमन विधि 29,30 है। इन अधूरे समझा जाता है कि एक प्रणाली निस्र्पक के लिए स्पष्ट लाभ कर रहे हैं। हालांकि, यह प्रतिशत विचरण में वृद्धि होगी एक से अधिक रिज समारोह का उपयोग समझाया लेकिन विशेषता रिश्तों की शारीरिक व्याख्या obscuring की कीमत पर ध्यान दिया जाना चाहिए। इसलिए, यह प्रक्षेपण पीछा प्रतिगमन केवल एक रिज फू तक सीमित किया जा सिफारिश की है किnction। बहरहाल, एक भी रिज समारोह के साथ रेखांकित पीपीआर दृष्टिकोण धमनी दबाव और मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह के बीच संबंध में विचरण का एक महत्वपूर्ण भाग समझा और व्यक्तियों भर में लगातार लक्षण है कि अरेखीय संबंध प्रकट कर सकते हैं।

सीमाओं और संभावित संशोधन

Oscillatory कम शरीर नकारात्मक दबाव विशिष्ट और निकला हुआ उपकरण और प्रक्रियाओं की आवश्यकता है और इसलिए क्लिनिक आधारित आकलन के लिए उपयुक्त नहीं है। यह पर्याप्त लंबाई की रिकॉर्डिंग आराम मस्तिष्क autoregulation की पीपीआर के विश्लेषण के लिए पर्याप्त डेटा प्रदान कर सकता है कि संभव है। हालांकि, पिछले काम डेटा आराम का प्रक्षेपण पीछा प्रतिगमन 0.03 हर्ट्ज OLBNP आंकड़ों के विश्लेषण से काफी बदतर है कि प्रदर्शन दिखाया। 0.03 हर्ट्ज OLBNP बाकी पर और के दौरान मात्रा निर्धारित दबाव प्रवाह रिश्तों से संबंधित कर रहे हैं, 19 मामूली पत्राचार बस पता चलता दबाव प्रवाह संबंधों किबाकी का अनुमान आईपीएस मज़बूती से 0.03 हर्ट्ज OLBNP से ली गई उन को प्रतिबिंबित नहीं हो सकता है। एक समाधान धीमी और गहरी eucapnic सांस लेने या दोहराया फूहड़-स्टैंड युद्धाभ्यास के माध्यम से autoregulation की आवृत्तियों के भीतर लगातार और बड़ा आयाम दबाव उतार चढ़ाव उत्पन्न करने के लिए हो सकता है। इन तरीकों से मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह की प्रतिक्रियाएं निरीक्षण करने के लिए एक पर्याप्त विस्तृत श्रृंखला में परिवर्तन प्रदान कर सकता है कि मज़बूती से बड़े दबाव में उतार चढ़ाव उत्पन्न करने के लिए दिखाया गया है। 31,32

औसत पर, प्रक्षेपण पीछा प्रतिगमन धमनी दबाव और मस्तिष्क के प्रवाह में उतार-चढ़ाव के बीच संबंधों का एक महत्वपूर्ण राशि की व्याख्या कर सकते हैं, विचरण कुछ मामलों में (~ 6% 19) में कम हो सकता है के बारे में बताया। कम प्रदर्शन आवृत्ति और ज्वार की मात्रा नियंत्रित नहीं कर रहे हैं अगर पैटर्न साँस लेने से, उदाहरण के लिए, प्राप्त कर सकता है। हालांकि, हर शारीरिक परीक्षण कुछ न्यायपालिका टिप्पणियों की है, और इस दृष्टिकोण एक अपवाद नहीं है। ~ 1 की 20 टिप्पणियों में गरीब माप चाहिए कोईटी दृष्टिकोण की क्षमता उपयोगिता को कमजोर।

भविष्य के आवेदनों / निष्कर्ष

विशेषता दबाव प्रवाह संबंध में इस तरह के स्ट्रोक 33 और घाव मस्तिष्क चोट के रूप में, कुछ pathophysiologic परिस्थितियों में बदला जा सकता है। 34 सटीक संबंधों नैदानिक ​​सेटिंग में प्राप्त किया जा सकता है, मस्तिष्क autoregulation का प्रक्षेपण पीछा प्रतिगमन व्यापक आवेदन किया है और एक के रूप में उपयोगी हो सकता है मूल्यांकन उपकरण जहां OLBNP उपलब्ध नहीं है। यह सरल युद्धाभ्यास (जैसे, गहरी साँस ले, जांघ कफ, बैठने के लिए-स्टैंड) और / या लंबी अवधि के विश्राम रिकॉर्डिंग डेटा OLBNP करने के लिए तुलनीय मस्तिष्क autoregulation प्राप्त करने के लिए जारी किया जा सकता है कि दबाव के प्रवाह संबंध में हो सकता है कि संभव है। बहरहाल, विभिन्न नियामक प्रणाली और autoregulation की nonlinearities के लिए उनके योगदान की प्रयोगशाला आधारित दृढ़ संकल्प मस्तिष्कवाहिकीय नियंत्रण के लिए अद्वितीय अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं, और व्यास अनुमति दे सकता हैमस्तिष्क autoregulation (जैसे, घाव मस्तिष्क की चोट के बाद) में pathophysiological परिवर्तन की Gnosis।

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

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References

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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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