The present article describes the methodological considerations for several non-invasive assessments of vascular function and morphology that are commonly used in medical research to assess different stages of atherosclerosis.
The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis. Damage to the endothelium may predispose the vessel to atherosclerosis and increase the risk for cardiovascular disease. Assessments of peripheral endothelial function are good indicators of early abnormalities in the vascular wall and correlate well with assessments of coronary endothelial function. The present manuscript details the important methodological steps necessary for the assessment of microvascular endothelial function using laser Doppler imaging with iontophoresis, large vessel endothelial function using flow-mediated dilatation, and carotid atherosclerosis using carotid artery ultrasound. A discussion on the methodological considerations for each of the techniques is also presented, and recommendations are made for future research.
Das Endothel ist die innerste Auskleidung des Gefäßsystems und bei der Aufrechterhaltung der vaskulären Homöostase über die Regulierung einer Vielzahl von vasoaktiven Prozessen beteiligt. Störung auf diese Verfahren kann das Schiff zu Arteriosklerose begünstigen und das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) 1 zu erhöhen. Periphere Endothelfunktion ist ein guter Indikator der frühen Abnormalitäten in der Gefäßwand 2. Darüber hinaus Maßnahmen der peripheren Endothelfunktion wurde gezeigt, dass koronaren Endothelfunktion 3-5 reflektieren, und als solche sind als gute Prädiktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen 6-9 betrachtet. Dies ist vielleicht nicht verwunderlich, da die Atherosklerose ist nun allgemein sehr beliebt, um eine systemische Erkrankung 10 sein. Die Bewertung der peripheren Endothelfunktion der Regel quantifizieren die gefäßerweiternde Reaktion des Schiffes auf einen spezifischen Stimulus, mit einer Dämpfung des säumigen Antwort Hinweis auf EndothelzellenDysfunktion 11 und kann in verschiedenen Gefäßbetten gemessen werden. Die Bewertung der fortschrittlichen Strukturveränderungen im Behälter kann durch Ultraschalluntersuchung der Intima-Media-Dicke charakterisiert werden.
In der Mikrozirkulation, können Laser-Doppler-Flussmessung (LDF) und Laser-Doppler-Bildgebung (LDI) mit Iontophorese von gefäßerweiternden Agonisten nützliche Informationen über die mikrovaskuläre Perfusion 12 liefern. Beide Techniken messen die Doppler-Verschiebung von sich bewegenden roten Blutkörperchen die durch Streulicht. Perfusion wird als Blutfluss statt Blutfluss (ml / min) dargestellt ist, mit Blutflusses reflektiert durchschnittlichen roten Blutzellgeschwindigkeit und Konzentration. Die Messung der Blutfluss linear mit der tatsächlichen Blutfluss 13 verbunden. Die Beurteilung der LDI bietet erhebliche Vorteile gegenüber LDF, denn im Gegensatz zu LDF, LDI kann über ein riesiges Gebiet zu scannen was einem Anteil von Heterogenität in der Durchblutung der Haut und die Erhöhung der Reproduzierbarkeit der Technik12.
Der Reiz für die Erhöhung des Blutflusses während der LDI durch Iontophorese Vasodilator Agonisten Acetylcholin (ACh) und Natriumnitroprussid (SNP), die Endothel-abhängige und Endothel-unabhängige Funktion zu beurteilen bzw. in die Haut mit Hilfe eines schwachen elektrischen Strom 14 vorgesehen. Sobald durch die Haut bindet ACh Zell Muscarinrezeptoren Lösen der Vasodilatator Stickstoffmonoxid (NO) Endothelzellen. Die Verwendung von SNP aktiviert direkt glatten Muskelzellrezeptoren für maximale Vasodilatation des Gefäßes und Prüfung von glatten Muskelzellen Integrität 15 ermöglichen. Es besteht eine gewisse Unsicherheit darüber, ob ACh-vermittelten Dilatation beinhaltet NO überhaupt, wie ACh können nicht NO Wege wie Cyclooxygenase-vermittelte Signalwege 12 zu stimulieren. Dennoch haben wir bereits berichtet, dass SNP ACh und Antworten sind in Patientengruppen mit erhöhtem Risiko für CVD 16 beeinträchtigt und dass Übung Interventionen bekannt, KEINE b verbessernioactivity auch verbessern ACh-vermittelte Blutfluss mit LDI 17. Das Fahrzeug für den Transport der Wirkstoffe in die Haut Mikrogefäße enthalten oft Natriumchlorid oder VE-Wasser 18,19. Mikrovaskuläre endotheliale Funktion kann über verschiedene Ansätze, mit kutanen Gefäß Leitfähigkeit quantifiziert werden – ein Produkt des Flusses geteilt durch arteriellen Druck, in Studien eingesetzt, wenn der Blutdruck kann sich über ändern Sie die Studiendauer (dh während des Trainings oder antihypertensive Behandlung) 12. Eine andere häufig verwendete Quantifizierung ist es, die Fläche unter der Kurve für den Blutfluss berechnen oder drücken die prozentuale Erhöhung der Fluss von der Grundlinie. Es ist wichtig zu beachten, dass es keine festgelegten Richtlinien für die Präsentation von Daten, aber Ermittler sollten einen Ansatz, der eine gute Reproduzierbarkeit zeigt zu nutzen.
In der großen Gefäße, sind flussvermittelte Dilatation (FMD) und Glyceryl-Trinitrat vermittelten Dilatation (ATA) zu beurteilen, durchgeführts Endothel-abhängige und Endothel-unabhängige Funktion bzw. 20. FMD wird typischerweise in der Oberarmarterie, wo eine Manschette verwendet wird, um den arteriellen Blutstrom für 5 min durchgeführt zu verschließen; Freigabe der Manschette bewirkt eine plötzliche Erhöhung der Durchblutung (reaktive Hyperämie) durch die Brachialarterie was schubspannungsabhängige Dilatation des Gefäßes. Die Baseline-und Post-Manschette Release Durchmesser werden durch Ultraschall-Bildgebung des Schiffes mit anschließender Beurteilung der Gefäßdurchmesser quantifiziert geführt manuell 20 oder mit automatisierten Kantenerkennungssoftware 21,22. Der Einsatz von GTN hilft zu bestimmen, ob Abnormalitäten in Vasodilatation auf einen Verlust an Muskelzellintegrität glatte oder beeinträchtigter Freisetzung von NO aus Endothelzellen 23 sind. Maul- und Klauenseuche und GTN werden als die prozentuale Erhöhung der Post-Stimulus-Gefäßdurchmesser relativ zur Grundlinie Durchmesser ausgedrückt.
Die richtige Einschätzung der MKS erfordert eine Reihe vonwichtige Überlegungen im Studienprotokoll 24,25. Die Dauer der Okklusion Manschette sorgfältig zeitlich abgestimmt werden; 5 min von Manschettenverschluss reicht für NO-vermittelten Dilatation Weile Manschette Okklusion führt zu nicht-NO-vermittelten Dilatation 26. Ähnlich Platzierung der Okklusionsmanschette um das Handgelenk und distal von der Ultraschallsonde überwiegend ruft NO-vermittelte Dilatation, während Manschette bei am Oberarm und proximal zur Sonde nur teilweise stimuliert NO 27. Es ist auch wichtig, um Spitzen Dilatation folgenden Manschettenentleerung über einen längeren Zeitraum, da die Messung der Spitzendurchmesser innerhalb der ersten 60 Sekunden nach Manschettenentleerung um 25 MKS unterschätzen messen – 40% 28. Tatsächlich ist ein Zeitraum von 180 sec Wahrscheinlichkeit der Erfassung wahren Spitzendurchmesser ausreichend zu sein, wobei die meisten Spitzenwerte innerhalb der ersten 120 s 28 auftritt.
Die Anregung für MKS beinhaltens die Produktion von Scherspannung, die spezifischen endothelialen Rezeptoren aktiviert, um die NO 29 freizugeben. Jedoch kann Schubspannung auch aktivieren, mehrere andere vasoaktiven Faktoren (von denen einige Vasokonstriktion verursachen) 30, so dass es unerlässlich, dass die hervorgerufenen Scherbeanspruchung Reiz spiegelt Vasodilatation von NO Pfade 26. Es ist auch wichtig, um die Scherbeanspruchung Stimulus während FMD ausmachen, mit der Berechnung der Schergeschwindigkeit (Geschwindigkeit / Durchmesser) als geeignetes Maß für die Scherbeanspruchung dienen, aber nicht notwendigerweise Reflexionsspitzenstrom 31. Neueste physiologischen Empfehlungen legen nahe, dass die Schubspannung Profil sollte immer gekennzeichnet werden, wenn Ultraschallsysteme ermöglichen die gleichzeitige Messung der Pulswellengeschwindigkeit und aktive B-Bild im Duplex-Modus 25.
Beurteilung der Halsschlagadern mit B-Mode-Ultraschall kann Informationen über die Intima-Media-Dicke (cIMT) und wurde zum ersten Mal described 1986 von Pignoli und Kollegen 32. Beurteilung cIMT reflektiert Proliferation von glatten Muskelzellen in die Intima des Gefßes und ist ein nützlicher Indikator für klinische Ereignisse in eine Arteriosklerose 33. Carotis Ultraschall oft vorher arteriellen Struktur besser als ähnliche Verfahren (wie der Magnetresonanztomographie oder radiographischen Beurteilung) 34. Außerdem cIMT Mitarbeiter mit einer Reihe von klassischen CVD-Risikofaktoren wie Alter, Bluthochdruck, Fettstoffwechselstörungen und 35. Änderungen an den Wänden der Arteria carotis werden üblicherweise durch eine Reduktion in NO Bioverfügbarkeit, die Entzündung in dem Behälter 36 fördert initiiert. Die A. carotis communis, Arteria carotis interna und Karotisbifurkation Punkte können verwendet werden, um festzustellen, cIMT, da jede Website kann in ähnlicher Weise vorherzusagen, kardiovaskuläre Ereignisse 37.
In dem vorliegenden Manuskript, bieten wir detaillierte Methodik zur Bewertung der microvascular Endothelfunktion (LDI mit Iontophorese), großes Gefäß Endothelfunktion (MKS und GTN) und vaskuläre Morphologie (cIMT). Atherosklerose ist ein mehrstufiges Verfahren, das mit einer endothelialen Dysfunktion beginnt und endet mit der Brenn atherosklerotischen Läsionen in den großen Arterien. Die Begründung für die Wahl der oben genannten Einschätzungen ist, dass sie die verschiedenen Stadien der Atherosklerose zu reflektieren und dabei helfen, die Heterogenität des Gefäßsystems 38 zu berücksichtigen. Weiterhin haben wir früher gezeigt haben, daß in einer Population von Patienten mit einem erhöhten Risiko für CVD war mikrovaskulären endothelialen Funktion von großen Gefäß Endothelfunktion 39 unabhängig und funktionellen Bewertungen waren strukturelle Beurteilung der Vaskulatur 40 unabhängig. Daher kann die Gesamtbeurteilung des Gefäßsystems zu helfen, die verschiedenen Stadien der Atherosklerose zu entziffern.
Die vorliegende Manuskript Details der Methodologie aus mehreren getrennten Beurteilung der Gefäßfunktion und die Morphologie der in der peripheren Gefäßen durchgeführt werden kann. Jede Beurteilung informiert über die verschiedenen Stadien der Atherosklerose, und helfen, den Kreisprofil verschiedener Gefäßterritorien zu charakterisieren.
Wir haben bereits berichtet, dass mikrovaskuläre endotheliale Funktion ist von großer Gefäße Endothelfunktion unabhängig in einer Population von Patienten mit rheumatoider Arthritis ein erhöhtes Risiko für CVD-39. Darüber hinaus waren die Beurteilungen der Gefäßfunktion und Morphologie auch unabhängig voneinander in der gleichen Gruppe von Patienten und bei Patienten mit CVD 40,41. Diese Ergebnisse können durch die Heterogenität der Struktur und Funktion von Endothelzellen in verschiedenen Gefäßgebieten 38, wie auch eine mögliche Zeitverzögerung für die Progression von funktionellen Veränderungen morphologischen erklärtAnomalien in dem Behälter. Eine Studie von Hashimoto und Kollegen 42 ergab, dass mehrere Teilnehmer mit Arteriosklerose hatte MKS Werte als normal cIMT Werte verringert. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Prüfung der subklinischen Atherosklerose mit einer Vielzahl von Methoden ist wichtig, um die globalen Auswirkungen der CVD entziffern.
Die Bedeutung der Mikrogefäßsystems in Gesundheit und Krankheit gewinnt immer mehr Aufmerksamkeit in der medizinischen Literatur. Die Mikrogefäße bilden eine viel größere Oberfläche als große Schiffe so dass sie bedeutende Ziele für Schäden, die durch schädliche Reize 43. Es wurde vermutet, dass die Mikrogefäße könnte die primäre Quelle von Entzündungsmediatoren, die das Endothel der größeren Gefäßen, die zu Bildung von Läsionen 43 einzudringen. Bei Typ-II-Diabetikern, die mikrovaskuläre Krankheit geht häufig große Gefäßkrankheit 44 und in anderen Populationen mit erhöhtem Risiko für CVD wie rheumatoide Arthritis, Interventionen, die das CVD-Risiko zu verringern verbessern mikrovaskuläre, aber nicht großen Behälter, Endothelfunktion 45,46. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse, dass die Prüfung der mikrovaskulären Funktion kann in das Verständnis der komplexen Mechanismen, die Arteriosklerose initiieren helfen.
In der vorliegenden Arbeit wurde Beurteilung der mikrovaskulären endothelialen Funktion erfolgt mit LDI mit Iontophorese von vasoaktiven Substanzen. Mehrere andere Einschätzungen können verwendet werden, um mikrovaskuläre Funktion einschließlich nailfold Kapillaroskopie und Venenverschlussplethysmographie bewerten. Jedoch stellt die früheren Bewertungsinformation nur mikrovaskulärer Morphologie, während die letztere zeitintensiv und in einigen Protokollen invasive durch Verabreichung intra brachialis vasoaktive Mittel 1. Im Gegensatz dazu bietet LDI eine einfache, zeitsparende Ansatz zur mikrovaskulären Durchblutung der Hautblutgefäße als Reaktion auf vasoaktive Mittel zu messen, die verabreicht werden nicht INVAShungsweise. Die Messung der Durchblutung der Haut hat eine breite Akzeptanz in der Literatur durch seine einfache Zugänglichkeit und starke Korrelation mit etablierten CVD 12 gewonnen. Ferner liegt der Vorteil der LDI über andere Dopplertechniken wie Laser-Doppler-Flussmessung ist, dass sie gleichzeitig scannen mehreren Punkten in einem bestimmten Bereich und kann daher entfallen zellulären Bewegungsartefakte und räumliche Unterschiede der Hautdurchblutung, von denen beide die Wirkung Perfusion des Schiffes 47,48.
Trotz der offensichtlichen Vorteile der Iontophorese ist es wichtig anzumerken, dass der Strom induzierte Vasodilatation (CIV) von Iontophorese kann die Wirkung der vasoaktiven Mittel insbesondere an der Kathode zu verwechseln. Die Auswahl des Trägers für den Wirkstofftransport könnte dabei helfen, diesen Effekt zu reduzieren, das mit 0,5% Natriumchlorid bei der Beschränkung CIV 18 (wie in dem aktuellen Protokoll verwendet). Darüber hinaus verwenden einen größeren Durchmesser Kammern und eine geringe elektrische AktuellMieten (wie im aktuellen Protokoll verwendet) alle dazu beitragen, CIV 18 zu reduzieren. Die Verwendung eines Steuer Website wurde auch empfohlen 12. Biologische und Verhaltensfaktoren kann auch Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Verfahrens. Beispielsweise zirkadiane Variation und Rauchen wurde gezeigt, daß mikrovaskuläre endotheliale Funktion 49,50 beeinflussen. Strenge Aufnahmebedingungen müssen, um genaue Ergebnisse zu erhalten halten werden und hat Richtlinien sollten bei der Gestaltung Protokolle 12 folgen.
Die Messung der MKS und GTN-vermittelten Dilatation informiert über endotheliale Dysfunktion in der großen Blutgefäße, und ist weit verbreitet in nicht-invasiven Gefäßforschung. Die MKS-Technik liefert Ersatzinformation auf die NO Bioverfügbarkeit und ist ein nützlicher prognostischer Marker kardialer Ereignisse bei verschiedenen klinischen Populationen 7-9. In der vorliegenden Arbeit legte die Protokoll-Konten für viele der Faktoren,Für ausreichende Stimulation von NO-vermittelte Vasodilatation 25 notwendig. Zum Beispiel wurde die Okklusionsmanschette distal zum Ultraschallsonde gelegt und um das Handgelenk 27, die Dauer der Ischämie wurde 5 min 26 sowie ausreichend Zeit durfte die "wahren" Spitzendurchmesser aufnehmen folgenden reaktiven Hyperämie 28. Leider hat das Protokoll nicht enthalten Charakterisierung des Scherspannungsprofil wie die automatische Kantenerkennung Software nicht gleichzeitige Aufnahme von Gefäßdurchmesser und Pulswellengeschwindigkeit Signals ermöglichen. Die Berechnung der Scherbeanspruchung ist wesentlich für eine genaue Messung der FMD 26 und empfahlen, daß, soweit möglich, Gefäßforschungsgruppen benutzen Software, die solche Messungen durchgeführt werden können.
Beurteilungen der FMD und GTN-vermittelte Dilatation sind auch anfällig für Umwelt und biologische Veränderungen 24, wie kleine Änderungen in der Gefäßdurchmesserentlocken großen MKS / GTN Antworten. Beispielsweise umfassen typische FMD Werte für gesunde Teilnehmer reichen von 5-10% 51, die zu einer 0,25 entspricht – 0.5mm Änderung arteriellen Durchmesser einer Arterie mit einem Durchmesser von 5 mm. Angesichts dieser kleine Änderungen an der Arteriendurchmesser muss sorgfältig auf technische und biologische Faktoren, die die Messung beeinflussen kann bezahlt werden. In der Tat kann die MKS durch eine Vielzahl von biologischen und Verhaltensfaktoren wie sympathische Aktivierung 52, Schlafentzug 53, 54 Koffeinkonsum, Rauchen 55 beeinflusst werden, antioxidative Therapie 56 und die Tageszeit 57. Dementsprechend ist es wichtig, diese Faktoren, die durch Verwendung von Information aus etablierten Richtlinien 24,25 steuern.
Bewertung fortgeschrittener aber subklinischen Atherosklerose wurde mit cIMT getan. Die Technik wurde in mehreren klinischen Populationen genutzt worden und bietet allen Einzelheiten auf die arterielle structure gegenüber anspruchsvolleren Verfahren wie Kernspintomographie 34. Wie bei den anderen Kreislauf-Techniken, die Messung der cIMT erfordert eine sorgfältige Prüfung der technischen Faktoren, welche die Messung beeinträchtigen können. Im Allgemeinen sollten cIMT an Orten aufbewahren, Plaque durchgeführt werden, in der hinteren Wand des Halsschlagader. Ähnlich wie bei der MKS, Messung cIMT erfolgt mit hochauflösenden Sonographie und so ist sehr benutzerabhängig. Berichtet, Variationskoeffizient (CofV) Bereich von 2,4 bis 18,3% 58, während für die Maul- und Klauenseuche ist 1-84% 59. Selbst wenn jedoch beide Techniken durch kompetente Ultraschallspezialisten mit externen Faktoren gut kontrollierten durchgeführt werden, besteht ein hoher CofV 58,60,61. Ein Grund dafür könnte sein, dass die Analyse der Gefäßgrenzen werden mit manuellen Methoden 60,61 durchgeführt. Eine solche Analyse kann die Zuverlässigkeit als Bildartefakten wie falsche Grenzen, Lärm von der ultraso reduzierenund Signal und Verzerrung der Gefäße Interpretation des Bildes 22 zu beeinflussen.
Jüngste Entwicklungen in der kontinuierlichen automatischen Kantenerkennungssoftware haben die Erkennung von Gefäßwand Grenzen 21,22 stark verbessert. In der vorliegenden Studie wurde die VIA-Software verwendet, um die Oberarmarterie Durchmesser messen, während AMS wurde verwendet, um cIMT erkennen. Die Verwendung dieser Software reduziert Operator abhängig, jedoch in dem Fall von AMS, ein gewisses Maß an Bedien noch in Situationen zur Verfügung, wo die Bildqualität schlechter 62 sein. Laboratorien, die automatische Kantenerkennung Software verwenden in der Regel dazu neigen, niedrige CofV 58,63,64 haben, so sollte es das Ziel aller Gefäßforschungslabors, um automatisierte Messung der Gefäßgrenzen, um die Genauigkeit der Ergebnisse sicherzustellen, übernehmen können. Es ist auch ratsam, Ergebnisse der Reproduzierbarkeit Studien für spezifische Protokolle Bericht bei der Veröffentlichung von Studienergebnissen.
<p class = "jove_content"> Obwohl Beurteilungen der Gefäßfunktion werden routinemäßig in der klinischen Forschung, ist eine Einschränkung der Techniken, die Normwerte für LDI mit Iontophorese und FMD nicht existieren. Es ist daher wichtig, dass gesunde Alter und Geschlecht passenden Kontrollgruppen untersucht, um Ergebnisse mit der Testgruppe zu vergleichen. Obwohl diese Techniken in Verbindung mit einer schlechten Prognose in einer Vielzahl von Populationen mit Nachweis der CVD 6-9, gibt es immer noch ein Mangel an Studien, die den Zusammenhang zwischen schlechter Endothelfunktion und negativen kardiovaskulären Auswirkungen wie Herzinfarkt und Schlaganfall untersucht haben. Weitere prospektive Studien sind erforderlich, um diese Bedenken auszuräumen. Eine weitere Einschränkung ist die Verwendung von menschlichen Operatoren, um die Beurteilungen durchführen und die Analyse durchzuführen. Dies stellt eine potentielle Quelle der Befangenheit; dies kann jedoch durch Blendung der Fahrer den Ergebnissen oder zu gewährleisten, daß der Leser sich von dem Betreiber begrenzt werden. Esist auch wichtig, um sicherzustellen, dass der Leser nach einem standardisierten Protokoll für die Datenanalyse, so dass alle Daten konsistent analysiert.Zusammenfassend stellt die vorliegende Manuskript detaillierte Informationen zu den methodischen Schritte notwendig, um Bewertungen von Mikrogefäß und großes Gefäß Endothelfunktion sowie vaskuläre Morphologie des peripheren Blutkreislauf erfolgreich durchzuführen. Wenn sie zusammen verwendet, die Einschätzungen stellen globale Informationen über die verschiedenen Stadien der Atherosklerose. Weitere prospektive Studien, die das Potenzial diagnostische Rolle dieser Techniken sind gerechtfertigt.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr George Balanos for his assistance in the flow-mediated dilatation technique.
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Laser Doppler Imager | Moor Instruments, Devon, UK | moorLDI2 | |
Iontophoresis Controller | Moor Instruments, Devon, UK | MIC2 | |
Miochol-E 20mg | Novartis UK | Prescribed by physician | Acetylcholine for endothelium-dependent function |
Nitroprussiat Fides 50mg | Rottapharm Spain | Prescribed by physician | Sodium nitroprusside for endothelium-independent function |
Doppler Ultrasound | Siemens PLC, Camberley UK | Accuson Antares | |
Glyceryl Trinitrate 500 mcg | Alpharma, Barnstaple, UK | Prescribed by physician |