Abstract
心血管疾患は死亡率の主要な原因と世界中の障害の主要な原因です。血管内皮の機能不全は、血管拡張と血管収縮物質のバランスに破壊によって主に特徴づけられる病的状態であり、アテローム性動脈硬化性心血管疾患の発症に重要な役割を果たすことが提案されています。したがって、ヒトにおける内皮機能の正確な評価は、より優れた複数の心臓中心の病状の病因を理解するのに役立つ可能性が重要なツールを表します。
過去25年にわたって、多くの方法論的アプローチは、ヒトの内皮機能の評価を提供するために開発されてきました。 1989年に導入され、FMD検査は、一酸化窒素産生と上腕動脈の血管拡張を促進する前腕の閉塞およびその後の反応性充血を内蔵しています。 FMD検査は、現在最も広く利用されている、非侵襲性、ultrですasonicヒトにおける内皮機能の評価とは、将来の心血管イベントに関連しています。
FMD試験は臨床的有用性を持つことができるが、それを考慮する必要があるいくつかの交絡因子を継承している生理的な評価です。この記事では、生理学的および技術的な問題を最小限に抑え、評価の精度と再現性を向上させるために推奨される方法論を含めFMDを決定するための標準化されたプロトコルについて説明します。
Introduction
心臓血管疾患は、世界中で罹患率および死亡率の主な原因です。血管内皮の機能不全は、複数の血管関連疾患1の開発に向けた初期段階を表しています。したがって、ヒトにおける内皮機能の正確な評価は、病気の治療や予防の有効性を向上させることの究極の目標で、複数の心血管病変の病因を理解するのに役立つ可能性が重要な技術を表しています。
内皮
内皮細胞は、一酸化窒素（NO）、プロスタサイクリン、エンドセリン、内皮細胞増殖因子、インターロイキン、およびプラスミノーゲンインヒビター2のような多数の血管作動性物質を合成する細胞の単層です。このような因子は、血液流動性、血管緊張、血小板凝集、血漿成分と血管壁INFLの透過性を調節するために内皮の機能に貢献しますammation 2-4。さらに、NOは血管拡張を促進し、内皮の完全性を維持する上で重要な抗動脈硬化的な役割を果たしています。 NOは、組織への酸素の送達およびそれらの代謝需要3,5間の平衡を制御することによって血管のトーンと直径を調節します。複数の内因性、外因性、および内皮にL-アルギニン6,7からNOを合成するNO合成酵素（eNOSの）を誘発しない機械的刺激因子があります。最も顕著な機械的刺激は、せん断応力です。壁せん断応力は、NO産生とその後の平滑筋弛緩4で、その結果、eNOSのより多くの活性化に貢献しています。そのためNO生物学的利用能の低下は、多くの場合、内皮機能不全8の尺度として使用されます。
内皮機能不全
血管拡張剤および血管収縮薬の要因との間の不均衡は、機能不全の内皮2につながります。また、relea炎症性メディエーターおよび変更された局所せん断力のSEは、内皮由来の反応性酸素種（ROS）の合成を高めることができます。のみならず、シグナリングレドックスのこのアップレギュレーションは、内皮の完全性を変更し、NO 9の合成を減少させ、それは追加のフリーラジカルの直接産生をもたらすのeNOSを切り離すことができます。最終的には、NOバイオアベイラビリティのこの改善は、血管収縮、血管硬化、および減少した動脈の伸展性4を促進します 。
内皮の機能障害の程度は、とりわけ、高血圧10、アテローム性動脈硬化症11、虚血性脳卒中12、糖尿病13、子癇前症14または腎臓疾患15のようないくつかの病態の重症度と関係しています。したがって、だけでなく、時間をかけて血管内皮機能の変化を評価するための広大な関心があるだけでなく、治療的介入を以下に示します。種々の方法がために使用されています内皮機能の臨床評価の両方侵襲的冠動脈および末梢循環19（心臓カテーテルおよび静脈閉塞プレチスモグラフィ3,16）と、非侵襲的に（流れ媒介の拡張、橈骨動脈眼圧測定とパルス輪郭分析4,17,18）。
フロー依存性血管拡張
フロー媒介拡張（FMD）は、内皮機能の非侵襲性超音波評価であり、血管の健康問題の発症と相関しています。 1989年20の創業以来、FMDは、広く人間19,21,22で主にNO媒介内皮機能を評価するための信頼性の高い、in vivo法として利用されてきました。確かに、上腕動脈FMD検査は他の侵襲的技術23、数多くの調査に関連している口蹄疫と心血管傷害24,25ようINDIVIの間に強い逆の関係を記載していますより多くの血管病態を呈する低いFMD 25と双対。したがって、これらのデータは、無症候性の被験者26-30将来の心血管疾患に関連するこの技術が提供できる予後情報を強調する。
FMD試験中、上腕動脈の直径を連続的にベースライン時と前腕の循環停止のリリース後に測定されています。カフ放出されると、誘導された反応性充血はNO放出とその後の血管拡張19,31を媒介しないせん断応力の増加を促進します。 FMDはベースライン時の直径（FMDの％）と比較してカフのリリース後の動脈直径増加パーセントとして表現されます。
この手法で増加臨床関心にもかかわらず、FMDの試験は、生理的な評価であり、したがって、いくつかの変数は、ヒトにおける内皮機能の正確な評価を行うために考慮される必要があります。このArticleは、標準化されたプロトコルとFMD検査の精度、再現性および解釈を改善するための技術的および生物学的な問題を最小限にするための推奨方法を説明します。
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Protocol
注：以下のFMDの手順を日常統合血管や運動生理学（LIVEP）の研究室で血管評価研究中に行われます。すべての手順は、ヘルシンキ宣言の原則に従い、ジョージアリージェンツ大学で治験審査委員会によって承認されました。すべての参加者は、参加前に書面による同意を得た目的や手法のリスクの可能性を知らされた。 図1は、上腕動脈FMDの超音波評価のために考慮されるべき重要な要素の概略概要を示しています。
1.件名準備（到着前に）
- 参加者は（≥4時間の半減期の運動（≥12時間）、カフェイン（≥12時間）、喫煙や煙曝露（≥12時間）、ビタミン補給（> 72時間）と任意の薬物療法を実践控えていることを確認してください薬物、1 DAのための非ステロイド性抗炎症剤yおよび3日間アスピリン）。
- 参加者は空腹状態下でのみ、試験前に低脂肪食4を消費していることを確認してください。
- 閉経前の女性を試験する場合、内因性のエストロゲンおよびプロゲステロン8,32,33の影響を制限するために、月経周期の月経期の間、FMDプロトコルを実施することが提案されています。
2.件名の準備（到着時）
- 測定データの集録に先立ち、被験者は血行動態安定状態を達成するために、約20分間静かに、温度制御（24℃〜22℃）部屋で仰臥位に載っていることを確認します。
- 標準四肢リードII位置の3誘導ECGを取り付けます。アメリカの標準機器を使用して、右の肩にちょうど鎖骨の下に白/負極性リードを配置します。肩の近くに左鎖骨下の黒/デュアル極性のリードを接続し、赤/正極性のリードを接続します胸の横方向ベースで左胸筋下の。
- 約80℃の肩の外転の時に横方向に被験者の腕を拡張し、測定（ 図2）の間にアームの正確な位置を維持するために真空パックされた枕で、遠位前腕を固定します。
- 内側上顆のすぐ遠位前腕カフを配置し、何も以下の表（ 図2）を含む、カフに触れていないことを確認してください。
3.ベースライン測定
- 超音波で上腕動脈のマッピング：
- 手でプローブを保持しながら、断面がそれを配置し、上腕の内側上腕の挿入で始まり、近位に進むのスキャンを開始。
- Bモード（グレースケール）内では、上腕動脈および担保血管を特定し、動脈の位置を確認するために役立つカラーフロー（CF）モードを使用します。色や拍動を解釈します慎重に動脈と静脈ではないの評価を確実にするために、トランスデューサの方向性を考慮。
注：ヘッドが直面しているプローブ・インジケータを使用すると、赤い色は青手段が離れて（静脈の流れを）流れながら、トランスデューサ（動脈血流）に向かって流れることを意味します。
- 上腕動脈の同定：
- 上腕動脈を見つけた後、縦方向に腕をスキャンするためにプローブを90°回転させます。肘前窩上記2〜10cmの間の画像を入手します。
- このような静脈と同じ被写体で複数の評価のための筋膜面（ 図3）のような解剖学的目印を識別します。
- プローブの保護：
- 定位プローブホルダにプローブを固定します。プローブの確認を適切に過度の動きを回避するために固定されています。ホルダーに固定したプローブを使用すると、画像がホルダーなしで手動で得られた画像と同様に良好であることを確認してください。
- Resolutioの最適化画像のn個：
- 確保したプローブで（TGCの）時間ゲインコントロールを使用して画像を最適化します。
注：内腔と血管壁との間の前方および後方の内膜界面から明確Bモード画像が得られたときに最適な画像が得られます。 - 技術者が手動で内皮の近くと遠くの壁のはっきりと定義された画像を取得するには、ゲイン、フォーカルポイント、ダイナミックレンジ、および高調波を調整しています。
- 確保したプローブで（TGCの）時間ゲインコントロールを使用して画像を最適化します。
- 二重ドップラーモード：
- Bモード買収後、パルスドプラモードでスキャンを二重化に進みます。
- 上腕動脈の画像を調整し、60°の超音波照射の角度を得るために、複数の他のより一端にトランスデューサを揺動することによりホルダ内のプローブとつま先のアプローチにヒールを使用してください。
- ベースラインの取得：
- 動脈の明確な内膜内膜の壁を有する内皮層を識別し、良好Bモード画像を取得します。 ENSドップラー信号が無いマッフルとシャープでクリアなサウンドを表示さURE。
- 画像を凍結および解凍することによって超音波CINEループをリセットします。映像ソフトへのデータ記録を開始するためにF1キーを押します。少なくとも30秒間録音するベースラインデータ。ベースラインの値を表すために30秒間の平均直径と血流速度を分析します。注：異なる超音波およびソフトウェアのセットアップが必要なアクションを得るために、異なる配列を必要とするかもしれません。
4.血管閉塞の測定
- 前腕の閉塞：
- 急速に動脈閉塞を誘導するために5分間超収縮圧（250mL mmHgで）に、圧縮空気を使用して、前腕閉塞カフを膨張させます。
- 4分と前腕閉塞の30秒後に、データの収集を開始。
注：閉塞の測定は、閉塞の最後の30秒で表されます。
5.反応性充血（ポスト袖口リリース）測定
- 5分でカフを収縮させます。
- カフリリース後2分間の記録を維持。
結果の6.分析：エッジ検出とウォール追跡
- FMD解析の複雑さに起因して、製造元の指示に従って、より高い再現性FMD検査を通じてエッジ検出と壁追跡ソフトウェアを使用しています。
注：このオフライン分析は、手動評価よりも依存少ない演算子であり、したがって、FMDデータ4,34-36の精度を向上させることができます。また、このオフライン分析システムは、拡張末期動脈の同定のためのECGと同期を可能にします直径、直径4パルスに関連した変化の歪みを回避することができます。 ECGの使用が脈動の変動を最小限にするために承認されているが、ECG 37を織り付けずにFMDプロトコルを実行することも可能であることに留意すべきです。お勧めはできませんが、エッジのコンピュータ支援分析が利用できない場合、直径と速度の両方を慎重に手動評価は、36を収集する必要があります。 - 血管直径を評価するために、視覚的にBモード画像38に沿って超音波キャリパーの最適な配置を決定するために各フレームを検査する必要があります。
注：関係なく、データ解析方法の、それは反応性充血の最初の20秒であり、残りのポスト閉塞期間4ごとに5秒の間、毎4秒直径と速度データを収集することをお勧めします。
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Representative Results
明らかに健康コホート群からのベースライン特性は、統合血管と運動生理学（LIVEP）の研究室で行われFMD検査の最も一般的な変数は、表2に示されている表1に提示されている。以下の変数がメインFMDパラメータと考えられています公開されたFMDチュートリアル4とガイドライン36によって分析します。
ベースラインとピーク直径
適切な馴化段階に続いて、10〜30秒の39の期間にわたって血液速度と少なくとも10心周期の平均ベースライン直径を表すために使用されるべきです。また、ピーク直径は、カフリリース後最大の拡張は、2分後の閉塞collectioにわたって最高5秒の平均に基づいて計算されるべきですn期間4。
FMD応答
FMD応答は安静時に測定されたベースライン上腕動脈の直径に対する前腕カフの相対的な放出後上腕動脈径の最大の変化によって表されます。したがって、FMD応答の決意は、以下の式に従って計算されます。
口蹄疫応答の大きさは、せん断応力に正比例し、内皮の完全性、血液の粘度、および血流速度36,40に決定的に依存しています。ピークの血管拡張自体は180秒後カフ収縮41まで続けることができるが、最大のFMDは、45〜90秒の間の時間窓にわたって達成されることが観察されています。
せん断応力は、内膜表面上の血液によって発揮される平行摩擦力として記載されており、FMDのための主要な刺激としては、42応答します。せん断応力は、血管直径で割った速度と粘度との積として計算することができます。しかし、せん断応力の単純なインデックスは、血流速度と、以下の式で上腕動脈径の同時測定値から計算される剪断速度は、次のとおりです。
また、累積剪断速度（曲線下面積、AUC;秒-1）は、ピーク剪断及びピーク直径8との間の遅延を反映するためにも考慮されなければなりません。これは、カフ放出後第一20秒ごとに4秒は、台形則に基づいて計算し、残りのさデータ収集期間、毎5秒43。
FMDの正規化（FMD /せん断）
せん断応力とFMDの間の信頼を考えると、心の中で反応性充血応答の被験者間変動を保ち、せん断応力44,45とFMD応答を正規化することが示唆されています。適切にせん断するためのFMDを正規化する方法についてのコンセンサスはありませんが、せん断速度によってFMDを分割することFMD応答の異なるせん断プロファイルの影響を制御し、上腕動脈血管拡張39,46の刺激/応答メカニズムに追加の洞察力を提供しています。しかし、特定の条件36にのみ有効であるので、この正規化方法の立ち上がり認識と仮受付があることに留意すべきです。 FMDを正常化し、試験の感度と信頼性を向上させるもう一つの提案の方法はにあります剪断は、動脈瘤47の大きさに関連する用量反応曲線としてデータを表現します。また、FMDを正規化し、ベースラインの直径はFMD応答に有していてもよい影響を制御するために相対成長スケーリングを使用すると、48が提案されています。
タイム・ツー・ピークの血管拡張
分析FMDは49,50重要になってきたタイム・ツー・ピーク（TTP）血管拡張を決定し、様々な集団の中で説明した口蹄疫の時間経過で多様な応答のおかげ。しかし、TTPは、部分的に独立したではないことに留意すべきである、および内皮の健康51を表すために単独で使用される適切なFMDパラメータでなくてもよいです。
図4は、代表的な個体におけるFMD検査の直径と速度応答を示します。 Reacti充血は、短い遅延の後、直径の増加が続いている、ピーク速度を誘発まし。
図1：上腕動脈FMD試験を実施するための標準化手順のイラスト正確で信頼性の高いFMD試験のためには、適切な超音波装置ならびに技術を実行する前に対象の適切な製剤を有することが必須です。参加者が休止状態になると、ベースラインデータの収集を行うことができます。閉塞の5分後、カフは内皮上のせん断応力を誘発する反応性充血応答を作成解放されます。最後に、エッジ検出と壁追跡ソフトウェアを使用して、結果の分析が推奨されます。 このFの拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。igure。
図2： 上腕動脈FMD検査のために準備対象の表現は、被験者の腕は横方向に延び、真空パックされた枕に固定されます。前腕カフは内側上顆のすぐ遠位側に配置されています。超音波トランスデューサは、ホルダーに固定し、上腕動脈のデータを取得するための上腕二頭筋の挿入の上に配置されています。
図3：同じ被験体における繰り返しの評価のための解剖学的ランドマークの識別図2A、2B、2C及び2Dは 、4つの異なる日に、同じ個体における上腕動脈のベースライン評価を示します。矢印は、画像に使用される解剖学的ランドマークを識別しますそれぞれ別々の日に動脈。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4：FMDの試験中に観察される典型的な速度と直径応答の個々の表現の図は、30秒の初期ベースライン（BL）の期間、血管閉塞（OCC）の最後の30秒、および反応性充血応答を示します。前腕カフリリースに続く（120秒）。実線は直径応答を表し、点線はFMD技術を通して血液速度を表している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| 変数 | |
| n個 | 62 |
| 男女 | 31/31 |
| 年齢 （歳） | 32±2 |
| 高さ （cm）の | 167±2 |
| 質量 （kg） | 66.1±2.2 |
| BMI（kg /日m 2）で | 22.8±0.7 |
| SBP（mmHgで） | 115±2 |
| DBP（mmHgで） | 68±1 |
| FEV 1（％）と予測しました | 101.2±1.8 |
| グルコース （mgの/ dlで） | 88±1 |
| 総コレステロール （ミリグラム/デシリットル） | 162±5 | </ TR>
| HDLコレステロール （ミリグラム/デシリットル） | 57±2 |
| LDLコレステロール （ミリグラム/デシリットル） | 93±5 |
| トリグリセリド （ミリグラム/デシリットル） | 77±5 |
| ヘモグロビン （G / DL） | 14.7±0.3 |
| ヘマトクリット （％） | 43.4±0.7 |
表1：健常者集団の特性と血液化学データは、平均±SEMとして表されています。ボディマス指数（BMI）、収縮期血圧（SBP）、拡張期血圧（DBP）、一秒（FEV 1）における強制呼気容量、高密度リポタンパク質（HDL）、低密度リポタンパク質（LDL）。
| バールiable | n = 62 |
| ベースラインの直径 （cm）の | 0.322±0.009 |
| ピーク直径 （センチ） | 0.343±0.009 |
| FMD（％） | 6.7±0.4 |
| FMD絶対変化さ（cm） | 0.021±0.001 |
| せん断速度 （秒-1、AUC） | 46607±2940 |
| FMD /剪断 （％/秒-1 AUC） | 0.16±0.01 |
| タイム・ツー・ピーク血管拡張 （秒） | 44±2 |
表2：見かけ上健康な集団のデータから上腕動脈のFMD変数は平均±SEMとして表されます。
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Discussion
1989 20に導入され、FMDの試験が広く内皮機能の非侵襲的測定としてヒトに用いられてきました。 FMDは、将来の血管関連疾患のリスク19,52,53を予測することが示されていない、低いFMD値は強く心血管障害24,25,54と相関することを示してきました。内皮機能を評価するための他の技術、両方の侵襲（冠動脈造影）と非侵襲的に（静脈プレチスモグラフィと指プレチスモグラフィ）があるが、FMDは最も広く、その非侵入性及び末梢動脈機能23の迅速な評価に使用されてきました。
FMD検査は、反応性充血とその後のせん断応力2,4を誘発する過渡前腕の閉塞を内蔵しています。私は、それによって血管壁を通って拡散内皮由来NO合成酵素31,55からのNO産生の局所的な増加でせん断応力結果のこの機能強化、平滑筋弛緩およびそれに続く、血管拡張31を nducing。一般的に、閉塞のより長い期間の後の血流の増加がNO 56以外の虚血誘発性血管拡張剤を含むことができるしながら5分間の閉塞期間は主に、NOによって媒介されることが認められています。
FMD評価のための方法論的な考慮事項
上腕動脈FMD検査の非侵襲性は、この技術への関心を増加しています。しかし、それは、その臨床使用57を制限し 、実用的な課題と、この手順の生理学的および技術的な安定性に影響を与える方法論的な考慮事項があることは注目に値します。具体的には、FMDの試験を行うことは必要な設備（ すなわち 、超音波、迅速なカフインフレータ、および解析ソフトウェア）を購入するためにかなりの初期投資を必要とします。 physiolを理解するほか、高度なスキルと訓練を受けた人/ソノグラファFMD試験論はFMDのテストを実行するために必要とされます。方法論の観点では、任意の標準化なしFMD試験の多くの異なる方法論的アプローチがあることを考慮することが重要です。そのため、規範的データは、それが困難な内皮機能の「真」の異常を定義すること研究室へのラボとは異なります。さらに、多くの交絡因子は、FMDのテストに影響を与えることができ、したがって、試験される個人の基底状態の包括的な理解は、偽陰性の値を排除することが必要です。それにもかかわらず、技術の高精度のため更新FMD検査勧告に準拠し、削減FMDの変動を達成することができます。
超音波技術
日付の超音波まで技術が不可欠です。 Bモード径とパルス波ドップラー速度の同時取得の使用は、直径のより厳密な検出が4を変更しするために推奨されていますせん断速度の正確な計算。二重モードを使用して、より最近の研究では、虚血の長期間がどのように説明したのに対し、二重モード技術の不在は、5の後に血管拡張の類似度を記載した結果、10分間の閉塞期間8,58,59の一部とリンクすることができました大きな再灌流33,60と関連していました。
また、FMD検査の精度を向上させるためには、ドップラービームと動脈の位置合わせの間の超音波処理の適切な角度を達成することが重要です。十分な画質のバランスを達成し、速度誤差4,36のレベルを低下させるために≤60°の超音波照射角を得ることをお勧めします。また、定位クランプ61,62の使用と、10 MHzのリニアアレイトランスデューサ少なくとも、高品質のBモード画像4を取得することが推奨されていることは注目に値します。
カフの位置
カフの配置は、その大きさやその位置せん断応力刺激の変化に寄与することができるだけでなく、FMD応答41に寄与するメカニズムに影響を与える可能性があるので、多くの異なる研究8,63,64で詳細に検討されています63,65。内皮依存性血管拡張36を誘導するために、超音波プローブの遠位に、前腕に閉塞カフを配置することを推奨します。
分析
正確なFMDを達成するために、エッジ検出アルゴリズムとソフトウェアの自動分析システムは、高度に4をお勧めします。エッジ検出が不可欠である正確なベースライン直径、の決意と有効なFMDの計算の基礎に依存しています。ピーク直径応答が5秒の平均値4を使用して計算されるべきであるのに対し、少なくとも10個の心周期（または30秒）の平均値は、ベースラインの直径を表すために必要とされます。
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Disclosures
著者らは、開示することは何もありません。
Acknowledgments
著者は、私たちがFMD試験を用いて内皮機能を評価している中で、私たちの研究に参加した多くの被験者や患者に感謝したいと思います。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Doppler ultrasound | GE Medical Systems | Logiq 7 | Essential to include Duplex mode for simultaneous acquisition of B-mode and Doppler |
| Electrocardiographic (ECG) gating | Accusync Medical Research | Accusync 72 | |
| 12-MHz Linear array transducer | GE Medical Systems | 11L-D | A high-resolution linear array probe is essential |
| Forearm occlusion cuff | D.E. Hokanson | SC5 | 5 cm x 84 cm |
| Ultrasound transmission gel | Parker | 01-08 | |
| Rapid cuff inflator | D.E. Hokanson | E-20 AG101 | |
| Sterotactic-probe holder | Flexabar | 18047 | Magnetic base fine adjustor |
| Edge detection analysis software | Medical Imaging Applications | Brachial Analyzer 5 |
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