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.
El proceso por el cual la perfusión cerebral se mantiene constante en una amplia gama de presiones sistémicas se conoce como "autorregulación cerebral." Amortiguación efectiva del flujo contra los cambios de presión se produce durante períodos tan cortos como ~ 15 seg y se hace progresivamente mayor durante períodos de tiempo más largos. Así, los cambios más lentos en la presión arterial se romos con eficacia y cambios más rápidos o fluctuaciones pasan a través del flujo sanguíneo cerebral relativamente poco afectada. La principal dificultad en la caracterización de la dependencia de la frecuencia de la autorregulación cerebral es la falta de prominentes fluctuaciones espontáneas de la presión arterial alrededor de las frecuencias de interés (menos de ~ 0,07 Hz o ~ 15 seg). Oscilatoria de presión negativa inferior del cuerpo (OLBNP) se puede emplear para generar oscilaciones en el retorno venoso central que resultan en fluctuaciones de la presión arterial en la frecuencia de OLBNP. Por otra parte, la proyección Persecución de regresión (PPR) proporciona un método no paramétrico para characterize las relaciones no lineales inherentes al sistema sin suposiciones a priori y revela la característica de no linealidad de la autorregulación cerebral. OLBNP genera mayores fluctuaciones en la presión arterial como la frecuencia de las oscilaciones de presión negativa se vuelven más lentos; Sin embargo, las fluctuaciones en el flujo sanguíneo cerebral se vuelven progresivamente menor. Por lo tanto, la PPR muestra una región de autorregulación cada vez más prominente en OLBNP frecuencias de 0,05 Hz y por debajo de 20 ciclos (SEC). El objetivo de este enfoque es que permite la determinación basada en el laboratorio de la relación no lineal característica entre la presión y el flujo cerebral y podría proporcionar una visión única para el control integrado cerebrovascular, así como a las alteraciones fisiológicas subyacentes afectada autorregulación cerebral (por ejemplo, después de una lesión cerebral traumática, accidente cerebrovascular , etc.).
El proceso por el que la perfusión cerebral se mantiene constante en un amplio rango de presiones sistémicas que se conoce como "la autorregulación cerebral." Observaciones originales de las respuestas de flujo cerebral 1 apoyó una contra-regulación frente a los cambios en la presión arterial que es de gran importancia para la regulación diaria de la perfusión cerebral. Aunque la caracterización de la autorregulación se basó en estudios de sostenido, hipo e hipertensión controlada, 2,3 se reconoció que los cambios inducidos por la presión de la resistencia son 'un proceso oscilatorio' 3 que abarca cambios de 10 a 90 seg. 4 Por otra parte, dentro de la dos últimas décadas, la medición de la velocidad del flujo sanguíneo cerebral en un latido a latido base 5 ha demostrado que el flujo cerebral se regula en períodos tan cortos como a pocos latidos del corazón. 6,7 Estos datos latido a latido sugieren que a partir del amortiguación de flujo contra los cambios de presión se produce duranteperíodos tan cortos como ~ 15 seg y se hace progresivamente mayor durante períodos de tiempo más largos. 8 Así, la relación entre las funciones de presión y de flujo como un filtro de paso alto en el que 7,9-12 cambios más lentos en la presión arterial se romos con eficacia y oscilaciones rápidas pasan a través de relativamente poco afectada.
La principal dificultad en la caracterización de la dependencia de la frecuencia de la autorregulación cerebral es la falta de prominentes fluctuaciones espontáneas de la presión arterial alrededor de las frecuencias de interés (menos de ~ 0,07 Hz o ~ 15 seg). Sin suficientemente grandes oscilaciones de presión, no se puede cuantificar con exactitud la respuesta del flujo sanguíneo cerebral. Nuestro laboratorio ha tratado con esta limitación mediante el uso de una técnica conocida como oscilatoria de presión negativa inferior del cuerpo (OLBNP). Esto crea caudales cambios de volumen de sangre venosa proporcionales al nivel de presión negativa en el tanque debido a la reducción de la presión transmural venosa. Cuando el pressu negativore se aplica a intervalos establecidos, las oscilaciones en consecuencia el retorno venoso central en fluctuaciones de la presión arterial en la frecuencia de OLBNP. Este enfoque ha sido utilizado en varios estudios a través de diferentes laboratorios. 8,14-17 Esto crea caudales cambios de volumen de sangre venosa proporcional al nivel de presión negativa en el tanque debido a la reducción de la presión transmural venosa. Cuando se aplica la presión negativa a intervalos establecidos, las oscilaciones en el retorno venoso central resultan en fluctuaciones de la presión arterial en la frecuencia de OLBNP. Este enfoque ha sido utilizado en varios estudios a través de diferentes laboratorios. 8,15-18
Incluso con un enfoque que puede generar fluctuaciones importantes en la presión arterial alrededor de las frecuencias de interés, hay un factor que complica: existe evidencia significativa de no linealidad en la autorregulación cerebral, especialmente en las frecuencias más bajas 8 Por otra parte, no existe una guía teórica fuerte.en cuanto a la naturaleza de las no linealidades presentes en la autorregulación cerebral. Por lo tanto, utilizamos un ateórico, basadas en datos método conocido como proyección Persecución de regresión (PPR) en nuestro análisis. 19 PPR es un método no paramétrico para caracterizar las relaciones no lineales inherentes a un sistema sin ninguna hipótesis a priori sobre la naturaleza de estas no linealidades. Esto es una ventaja decisiva para la captura de un sistema cuya fisiología aún no está definido por modelos no lineales explícitos. PPR revela que la característica de no linealidad de la autorregulación cerebral se asemeja a la "curva de autorregulación clásico" primero descrito por Lassen en 1959 (Figura 1). 2,19 Es decir, el flujo sanguíneo cerebral se mantiene relativamente constante dentro de un cierto rango de presión arterial, pero pistas pasivamente en una forma lineal fuera de este rango. Esta forma se hace más evidente a medida fluctuación de la presión arterial se vuelven más lentas. Por lo tanto, el análisis lineal es totalmente insuficiente para interrogaautorregulación cerebral te y la confianza en las técnicas lineales probable echa de menos información importante.
En este artículo se detallan el enfoque tanto para la adquisición de datos (uso en laboratorio de OLBNP) y análisis (PPR) que utilizamos para caracterizar la autorregulación cerebral en la salud y la enfermedad.
Precisamente las relaciones de entrada-salida que definen pueden requerir que la entrada (en este caso, la presión) cambia activamente a través de una gama suficientemente amplia para observar la respuesta de salida. Sin embargo, se producen espontáneamente fluctuaciones de presión son extremadamente inconsistente y pequeña en amplitud dentro de las frecuencias de la autorregulación cerebral. 27 Esta es la razón por la que los cambios espontáneos en la presión y el flujo de mostrar una relación con los períodos de alta correlación y los períodos de correlación extremadamente baja y que las oscilaciones en el flujo sanguíneo cerebral aparentemente parece sin unidad de presión arterial aparente. 28 OLBNP 22 proporciona una técnica fundamental para crear oscilaciones de presión arterial consistentes de diferente frecuencia y amplitud para evaluar las respuestas flujo sanguíneo cerebral. Aunque puede haber otros enfoques que podrían proporcionar una sonda similares, este enfoque permite el ensayo riguroso de la relación apuesta en frecuencia y / o amplitud dependientepresión arterial Ween y la velocidad del flujo sanguíneo cerebral.
Antes de investigación explorando posibles herramientas de medición para la autorregulación cerebral han utilizado modelos lineales de la relación entre la presión arterial y el flujo sanguíneo cerebral (por ejemplo, análisis de la función de transferencia). Se observa una relación lineal entre la presión de cierre y cambios sin amortiguación fluir cuando oscilaciones de presión son relativamente rápido, es decir,> ~ 10 seg. Sin embargo, las oscilaciones lentas (> ~ 20 seg) engendran una relación entre la presión y el flujo que se vuelve progresivamente menos linealmente relacionados. 8,24 Si la relación no es muy linealmente relacionada (bajo R2, baja coherencia espectral cruzada) uno no puede tener ninguna confianza en la precisión de las medidas lineales, tales como la ganancia y la fase de la función de transferencia. La falta de relación lineal indica la presencia de no linealidades importantes que son característicos de la autorregulación cerebral. De hecho, por su propia naturaleza, autoregulatiEste complemento no es susceptible de caracterización a través de enfoques lineales; enfoques lineales pueden indicar la presencia o ausencia de autorregulación, pero no pueden describir sus características y su eficacia.
Hay métodos que son comparables a los métodos lineales en su simplicidad pero que puede evaluar las relaciones no lineales entre la entrada (presión) y de salida (flujo) variables. Regresión búsqueda proyección es simplemente un método no paramétrico, ateórico, regresión múltiple 29,30 que no postula un modelo a priori ni asume linealidad en la relación insumo-producto. Estas son ventajas claras para la caracterización de un sistema que se comprende por completo. Sin embargo, cabe señalar que el uso de más de una función cresta aumentará el porcentaje de varianza explicada, pero a expensas de oscurecer la interpretación fisiológica de las relaciones características. Por lo tanto, se recomienda que la regresión búsqueda proyección se limita a una sola cresta funcio. Sin embargo, el enfoque de PPR se indica con una sola función cresta puede explicar una parte importante de la varianza en la relación entre la presión arterial y el flujo sanguíneo cerebral y revelar la relación no lineal característica que es consistente a través de los individuos.
Limitaciones y modificaciones posibles
Oscilatoria baja presión negativa cuerpo requiere equipos y procedimientos específicos y molesto por lo que no es apropiado para las evaluaciones basadas en la clínica. Es posible que en reposo grabaciones de longitud suficiente podría proporcionar datos adecuada para el análisis de PPR de la autorregulación cerebral. Sin embargo, el trabajo previo mostró que la regresión búsqueda proyección de reposo de datos realiza significativamente peor que el análisis de los datos OLBNP 0,03 Hz. Aunque las relaciones de presión-flujo cuantificados en reposo y durante 0,03 Hz OLBNP están relacionados, 19 la correspondencia modesta simplemente sugiere que la RELACIÓN de presión-flujoips estimados en reposo pueden no reflejar de forma fiable los derivados de 0,03 Hz OLBNP. Una solución puede ser la de generar las fluctuaciones de presión constante y mayor amplitud en las frecuencias de la autorregulación a través de, la respiración profunda eucápnica lento o maniobras en cuclillas stand-repetidas. Estos métodos se han demostrado para generar de forma fiable grandes fluctuaciones de presión que pueden proporcionar cambios a través de una gama suficientemente amplia para observar las respuestas flujo sanguíneo cerebral. 31,32
Aunque en promedio, la regresión búsqueda proyección puede explicar una cantidad significativa de la relación entre la presión arterial y las fluctuaciones de flujo cerebrales, se explica la varianza puede ser baja en unos pocos casos (~ 6% 19). Bajo rendimiento podría derivar, por ejemplo, de patrones de respiración si la frecuencia y el volumen tidal no se controlan. Sin embargo, cada prueba fisiológica tiene algunas observaciones aberrantes, y este enfoque no es una excepción. Mediciones pobres de ~ 1 de 20 observaciones deberían not socavan la utilidad potencial de este enfoque.
Aplicaciones futuras / Conclusiones
La relación presión-flujo característico puede ser alterado en algunas condiciones fisiopatológicas, como un accidente cerebrovascular 33 y la lesión cerebral traumática. 34 Si las relaciones precisas podrían ser adquiridos en el ámbito clínico, la regresión búsqueda proyección de la autorregulación cerebral puede tener una aplicación más amplia y ser útil como herramienta de evaluación donde OLBNP no está disponible. Es posible que las maniobras simples (por ejemplo, la respiración profunda, banda para el muslo, sit-to-base) y / o grabaciones de duración de descanso más largos podrían resultar en relación presión-flujo que puede ser demandado para derivar la autorregulación cerebral comparable a OLBNP datos. No obstante, la determinación basada en el laboratorio de los diferentes sistemas de regulación y su contribución a la no linealidad de la autorregulación podría proporcionar una visión única para el control cerebrovascular, y permitir diagnosis de alteraciones fisiopatológicas en la autorregulación cerebral (por ejemplo, después de una lesión cerebral traumática).
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 |