Cerebral perfusion is maintained across a range of pressures via cerebral autoregulation. However, characterizing autoregulation requires prominent pressure fluctuations at regulated frequencies. The described protocol will show how oscillatory lower body negative pressure can generate pressure fluctuations to provide data for projection pursuit regression for quantification of the autoregulatory curve.
대뇌 재관류 전신 압력의 넓은 범위에 걸쳐 일정하게 유지되는 과정은 ". 대뇌 자동 조절"로 알려진 압력 변화에 대해 흐름의 유효 댐핑이 15 초 ~ 한 짧은 기간에 걸쳐 발생하고, 더 긴 시간주기에 걸쳐 점진적으로 커지게된다. 따라서, 혈압의 느린 변화는 효과적으로 둔화되고 빠르게 변화 나 변동은 뇌의 혈액 흐름을 통해 상대적으로 영향을받지 전달합니다. 대뇌 자동 조절의 주파수 의존성을 특성화 주요 어려움은 관심있는 주파수 주위 동맥압의 현저한 변동 자발 부족 (~ 0.07 미만 또는 Hz에서 ~ 15 초)이다. 진동형 하체 부압 (OLBNP)는 OLBNP의 주파수에서 동맥 압력 변동을 초래할 중심 정맥 대가 진동을 생성하기 위해 사용될 수있다. 또한, 프로젝션 추구 회귀 (PPR)는 characteriz하는 비모수 적 방법을 제공즉 비선형 선험적 가정하지 않고 시스템에 내재 된 관계와 자동 조절은 뇌의 비선형 특성을 보여준다. OLBNP 음압의 진동 주파수가 느려질으로 동맥압에 큰 변동을 발생; 그러나, 대뇌 혈류의 변동은 점진적으로 덜된다. 따라서, PPR 아래 OLBNP 0.05 Hz에서의 주파수와 (20 초주기)에서 점점 더 눈에 띄는 자동 조절 영역을 보여줍니다. 이 압력 및 대뇌 흐름 간의 특성의 비선형 관계의 실험 기반 결정을 허용하는 생리적 변화에뿐만 아니라 집적 뇌 제어 독특한 통찰을 제공 할 수있다이 방법의 목적은 외상성 뇌 손상, 뇌졸중 후 예 대뇌 자동 조절을 (손상 하부 등).
프로세스는 대뇌되는 관류 ". 대뇌 자동 조절"로 알려진 대뇌 유동 반응 (1)의 원래 관측되는 전신 압력의 넓은 범위에 걸쳐 일정하게 유지 일일 조절에 매우 중요하다 동맥압의 변화에 대해 반대 규제를 지원 뇌 관류. 자동 조절의 특성을 유지, 제어 저혈압과 고혈압의 연구를 기반으로했지만, 2, 3, 그것은 저항의 압력에 의한 변화가 10에서 90 초로 변경을 포괄하는 '진동 공정'3 것으로 인식되었다. (4) 또한, 내 지난 20 년, 기초 5 대뇌 흐름이 몇 심장 박동처럼 짧은 기간 동안 규제 것으로 나타났습니다 비트별로 비트. 6, 7에 뇌 혈류 속도의 측정은 이러한 비트별로 비트 데이터는 효과적인 제안 압력 변화에 대한 흐름의 완충는 이상 발생~ 15 초 정도로 짧은 기간과 긴 시간주기에 걸쳐 점진적으로 커지게된다. (8) 이와 같이, 하이 패스 필터 등의 압력과 유량 함수 관계 7,9-12 혈압의 느린 변화를 효과적으로 평활화하고 빠르게 진동 전달 항 상대적으로 영향을받지 통해.
대뇌 자동 조절의 주파수 의존성을 특성화 주요 어려움은 관심있는 주파수 주위 동맥압의 현저한 변동 자발 부족 (~ 0.07 미만 또는 Hz에서 ~ 15 초)이다. 충분히 큰 압력 진동없이 한 번 정확하게 뇌 혈류 반응을 정량화 할 수 없습니다. 본 연구실은 진동형 하체 부압 (OLBNP)로 알려진 기술을 이용하여 제약이 다루었 다. 이는 감소 된 정맥 전층 압력 탱크 내의 부압의 레벨에 비례 꼬리 정맥 혈액량 변화를 생성한다. 때 부정적인 pressu설정된 시간 간격으로 적용되는 재, OLBNP의 주파수에서 동맥 압력 변동에 중심 정맥 반환 결과에 진동. 이 접근은 다른 실험실에 걸쳐 여러 연구에 사용되었다. 8,14-17이 줄어들어 정맥 전층 압력 탱크 내의 부압의 레벨에 비례 꼬리 정맥 혈액량 변화를 생성한다. 부압 설정된 시간 간격으로인가되는 경우, 중심 정맥 답례 OLBNP의 진동 주파수에서 동맥 압력 변동을 초래한다. 이 접근법은 다른 실험실에 걸쳐 여러 연구에 사용되었다. 8,15-18
심지어 관심의 주파수 주위 동맥 압력에서 눈에 띄는 변동을 생성 할 수 있습니다 접근 방식으로, 복잡한 요소가있다 : 대뇌 자동 조절의 비선형의 중요한 증거가 특히 낮은 주파수에서,이 (8) 또한, 더 강력한 이론적 가이드가 없습니다.대뇌 자동 조절에 존재하는 비선형의 성격에있다. 따라서, 우리는 atheoretical를 사용하여, 우리의 분석에 투사 추구 회귀 (PPR)로 알려진 데이터 구동 방법. (19) PPR은 이러한 비선형의 성격에 관해서는 어떤 선험적 가정없이 시스템에 내재 된 비선형 관계를 특징 짓는 비모수 적 방법이다. 이것은 그의 생리학 아직 명시 비선형 모델이 정의되지 않은 시스템을 포착 결정적인 장점이다. PPR 대뇌 자동 조절의 특성 비선형 1959 라슨 설명 "클래식 자동 조절 커브"(도 1).이다 2,19 유사한 것을 알 뇌 혈류 동맥압의 소정 범위 내에서 비교적 일정하게 유지되지만 수동적으로이 범위 외의 선형 방식으로 추적한다. 동맥 압력 변동이 느려질으로이 모양이 더 분명해진다. 따라서, 선형 해석은 완전히 interroga에 부족하다선형 기술에 테 대뇌 자동 조절 및 의존 가능성이 중요한 정보를 벗어났습니다.
이 문서에 우리의 세부 사항에 우리가 건강과 질병에 대뇌 자동 조절의 특성을 사용하여 두 데이터 수집 (OLBNP의 연구용) 및 분석 (PPR)에 접근.
정확하게 정의 입출력 관계 (이 경우, 압력의) 입력이 적극적 출력 응답을 관찰하기에 충분히 넓은 범위에 걸쳐 변화 할 것을 요구하고있다. 그러나 자발적으로 발생하는 압력 변동은 대뇌 자동 조절의 주파수에서 진폭이 매우 일관성이 작다. (27)이 압력의 자발적인 변화와 높은 상관 관계의 기간과 매우 낮은 상관 관계 기간과의 관계를 보여 흐름 이유이고의 진동 것을 뇌 혈류 겉보기 명백한 동맥압 드라이브 나타난다. 28 OLBNP 22 뇌 혈류 반응을 평가하기 위해 가변 주파수 및 진폭의 일관된 동맥압 진동을 만드는 중요한 기술을 제공한다. 유사한 프로브를 제공 할 수있는 다른 방법이있을 수도 있지만,이 접근법은 주파수 – 및 / 또는 진폭 의존 관계 내기 엄격한 테스트를 허용싸우는 동맥압 및 뇌 혈류 속도.
대뇌 자동 조절을위한 전위 측정 도구를 탐색 이전 연구는 동맥 압력 및 뇌 혈류 (예를 들어, 전달 함수 분석) 간의 관계의 선형 모델을 사용했다. 압력 진동 즉, 상대적으로 빠른 때 압력없이 완충와 변화 흐름 사이에 가까운 선형 관계> ~ 10 초, 관찰된다. 그러나 느린 진동 (> ~ 20 초) 압력 사이의 관계를 생기게하고 점진적으로 덜 선형 적으로 관련된다 흐름. 8,24을 관계가 높은 선형 관계가 아닌 경우 (낮은 R 2, 낮은 크로스 스펙트럼 일관성이) 하나 하나를 가질 수 없습니다 이러한 전달 함수의 이득 및 위상의 선형 측정의 정확성에 대한 확신. 선형 관계의 부족은 대뇌 자동 조절의 특징 중요한 비선형의 존재를 나타냅니다. 사실, 그 특성상, autoregulati에 선형 접근 방법을 통해 특성 의무가 아니다; 선형 접근법은자가 조절의 존재 또는 부재를 나타낼 수 있지만, 그 특성 및 그 효과를 설명 할 수있다.
그들의 단순 선형 방법에 비교할 수 있지만, 입력 (압력)과 출력 (흐름) 변수 간의 비선형 관계를 평가할 수있는 방법이 있습니다. 프로젝션 추구 회귀는 단순히 선험적 모델을 가정하는 또는 입력 – 출력 관계에서 선형성을 가정하지 않는 비모수, atheoretical, 다중 회귀 방법 (29, 30)이다. 이러한 불완전하게 이해할 수있는 시스템을 특징 짓는 분명한 장점이다. 그러나, 퍼센트의 분산을 증가 하나 이상의 릿지 함수를 사용하여 설명하지만 생리적 특성 관계의 해석을 모호 희생 주목해야한다. 따라서, 투영 추구 회귀 하나만 릿지 푸 한정 할 것을 권장nction. 그럼에도 불구하고, 하나의 릿지 기능 약술 PPR 접근법 동맥압 및 뇌 혈류량과의 관계에서 변화의 상당한 부분을 설명하고 개인 걸쳐 일관된 특성 비선형 관계를 밝힐 수있다.
제한 사항 및 가능한 수정
진동 하체 부정적인 압력은 구체적이고 눈에 띄지 장비와 절차가 필요하고 그래서 병원 기반의 평가에 적합하지 않습니다. 충분한 길이의 기록을 쉬고 자동 조절하는 뇌의 PPR 분석에 적절한 데이터를 제공 할 수있다. 그러나, 이전의 연구 데이터를 휴식의 투영 추구 회귀는 0.03 Hz에서 OLBNP 데이터의 분석보다 훨씬 더 수행하는 것으로 나타났다. 0.03 Hz에서 OLBNP 휴지 동안 정량 압력과 유량의 관계가 관련되어 있지만, (19)는 단순히 대응하여 적당한 제안 감압 유동 relationsh 그나머지 추정 IPS는 안정적으로 0.03 Hz에서 OLBNP에서 파생 된 분들을 반영하지 않을 수 있습니다. 한 가지 해결책은 천천히, 깊은 eucapnic 호흡 또는 반복 스쿼트 스탠드 기동을 통해 자동 조절의 주파수 내에서 일관되고 더 큰 진폭 압력 변동을 생성 할 수있다. 이러한 방법은 뇌 혈류 반응을 관찰하기에 충분히 넓은 범위에 걸쳐 변화를 안정적으로 제공 할 수있다 큰 압력 변동을 발생하는 것으로 나타났다. 31,32
평균적으로, 투영 추구 회귀 동맥 압력 및 유량 대뇌 변동 간의 관계 상당량 설명 할 수 있지만, 분산이 몇 가지 경우 (6 % ~ 19)에 대하여 설명 낮을 수있다. 낮은 성능은 주파수와 호흡량이 제어되지 않을 경우 호흡 패턴들, 예를 들어, 유도 할 수있다. 그러나, 모든 생리 학적 시험 일부 비정상적인 관측을 가지며, 이러한 접근 방식은 예외가 아니다. 1 ~ 20 관찰 가난한 측정해야 없음t는 접근의 잠재 성을 훼손.
미래 응용 프로그램 / 결론
특성 압력 – 유량 관계는 뇌졸중 (33)과 외상성 뇌 손상과 같은 몇 가지 병태 생리 학적 조건에서 변경 될 수있다. (34) 정확한 관계는 임상 설정에서 획득 할 수 있다면, 대뇌 자동 조절의 투영 추구 회귀는 광범위한 응용 프로그램이 있고 유용 할 수있다 평가 도구 곳 OLBNP 사용할 수 없습니다. 그것은 간단 기동 (예를 들면, 깊은 호흡, 허벅지 커프, 앉아 – 투 – 스탠드) 및 / 또는 더 긴 시간 휴식 녹음 데이터를 OLBNP에 비교 대뇌 자동 조절을 유도하기 위해 소송을 제기 할 수있다 압력 – 유량 관계를 만들어 낼 가능성이있다. 그럼에도 불구하고, 다른 규제 시스템과 자동 조절의 비선형에 기여 실험실 기반의 결정은 뇌 혈관 컨트롤에 고유 한 통찰력을 제공하고, 직경이 허용 될 수 있습니다대뇌 자동 조절 (예를 들어, 외상성 뇌 손상 후)의 병태 생리 학적 변화의 그노시스.
The authors have nothing to disclose.
This research was supported by National Heart, Lung, and Blood Institute Grant HL-093113.
Device | Company | Product | 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 |