Laser Doppler: Ett verktyg för att mäta bukspottskörteln Islet mikrovaskulära Vasomotion In Vivo
Summary
Bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion reglerar holme blod distribution och upprätthåller den fysiologiska funktionen av β cellöar. Det här protokollet beskriver använder en laser Doppler bildskärm att fastställa funktionella status för bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion i vivo och bedöma bidragen från bukspottskörteln holme mikrocirkulation att bukspottskörteln-relaterade sjukdomar.
Abstract
Som funktionella status av mikrocirkulationen är mikrovaskulära vasomotion viktigt för leveransen av syre och näringsämnen och avlägsnande av koldioxid och avfallsprodukter. Nedskrivning av mikrovaskulära vasomotion kan vara ett avgörande steg i utvecklingen av mikrocirkulationen-relaterade sjukdomar. Högt vaskulariserad bukspottskörteln Holmen är dessutom anpassade för att stödja endokrina funktion. I detta avseende verkar det möjligt att dra slutsatsen att bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion funktionella status kan påverka bukspottskörteln holme funktion. Analysera de patologiska förändringarna av bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion funktionella status kan vara en genomförbar strategi att bestämma bidrag att bukspottskörteln holme mikrocirkulation gör att relaterade sjukdomar, såsom diabetes mellitus, pankreatit, etc. Därför beskriver det här protokollet använder en laser Doppler blod flödesvakt att fastställa funktionella status för bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion, och att upprätta parametrar (inklusive genomsnittliga blodgenomströmning, amplitud, frekvens och relativ hastighet av bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion) för utvärdering av blodcirkulationens funktionella status. I en streptozotocin-inducerad diabetes musmodell observerade vi ett nedsatt funktionell status på bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion. Sammanfattningsvis kan detta tillvägagångssätt för att bedöma bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion i vivo visar på mekanismer som rör bukspottskörteln holme sjukdomar.
Introduction
Som en parameter för den funktionella statusen mikrocirkulationen, mikrovaskulära vasomotion tar ansvar för leverans och utbyte av syre, näringsämnen och hormoner och är avgörande för avlägsnande av metaboliska produkter, såsom koldioxid och cell avfall 1. mikrovaskulära vasomotion reglerar också blod flödesfördelning och vävnadsperfusion, vilket påverkar lokala blodcirkulationens blodtryck och Svaren till inflammation, som kan framkalla ödem i många sjukdomar. Mikrovaskulära vasomotion är därför mycket viktigt att bibehålla den fysiologiska funktionen av organ2,3,4, vävnader och komponent celler. Nedskrivning av mikrovaskulära vasomotion kan vara en av de viktigaste stegen i utvecklingen av mikrocirkulationen sjukdomar5.
Laser Doppler utvecklades ursprungligen för observation och kvantifiering i fältet av mikrocirkulationen forskning6. Denna teknik, tillsammans med andra tekniska metoder (t.ex. laser speckle7, transkutan syre, etc.), har betraktats som den gyllengula standarden för bedömning av blodflöde i mikrocirkulationen. Motiven att blod perfusionen av lokala mikrocirkulation (dvs, kapillärer, arterioler, venoler, etc.) kan bestämmas genom apparater utrustade med laser Doppler, bygger på principen Dopplereffekten. Den våglängd och frekvens av stimulerad emission ljus ändras när ljusa partiklar stöter rörliga blodkroppar i microvesselsna, de förblir oförändrade. Därför i mikrocirkulationen är numret och hastigheten av blodkroppar nyckelfaktorer avseende omfattning och frekvens distribution av Doppler-skiftat ljuset, medan riktningen av mikrovaskulära blodflödet är irrelevant. Med olika metoder, en mängd olika vävnader har använts för blodcirkulationens studier, inklusive mesenteries och dorsala skinfold avdelningar med möss, råttor, hamstrar, och även människor8. Men i det nuvarande protokollet, vi fokuserar på funktionell status för bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion, som utvärderas med hjälp av laser Doppler och en hemmagjord bedömningssystemet parameter.
Bukspottskörteln holme mikrocirkulationen huvudsakligen består av bukspottskörteln holme microvesselsna och uppvisar särdrag. Ett bukspottskörteln holme kapillära nätverk visar en fem-gånger-högre densitet än välutbyggt nät av dess exokrina motsvarighet9. Ger en kanal för leverans av ingående glukos och sprida insulin, leverera holme endotelceller syre till metaboliskt aktiva celler i islet β-celler. Dessutom visar nya bevis också att holme microvesselsna är inblandade inte bara reglera insulin genuttryck och β-cellen överlevnad, men också i att påverka β-cellernas funktion; att främja β-cell spridning; och producera ett antal vasoaktiva, angiogena ämnen och tillväxtfaktorer10. Därför i detta avseende som vi dra slutsatsen att bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion funktionella status kan påverka holme β-cellernas funktion och engagera sig i patogenesen av sjukdomar såsom akut/kronisk pankreatit, diabetes och andra bukspottkörteln-relaterade sjukdomar.
Analysera de patologiska förändringarna av bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion funktionella status kan vara en genomförbar strategi att avgöra bidragen från bukspottskörteln holme mikrocirkulationen för de sjukdomar som nämns ovan. Detaljerade stegvisa anvisningar som beskriver metoden för att bestämma bukspottskörteln holme mikrovaskulära vasomotion i vivo ger här. Typiska mätningar visas i Representativa resultat. Slutligen, fördelar och begränsningar av metoden är markerade i diskussion, tillsammans med ytterligare applikationer.
Protocol
Representative Results
Discussion
I de fall som involverar mikrovaskulära dysfunktion (t.ex. diabetes, akut pankreatit, perifer mikrovaskulära sjukdomar, etc.), leder vissa sjukdomar till minskat blodflöde. Andra än förändringar i blodflödet finns det viktiga indikatorer, såsom mikrovaskulära vasomotion, som speglar den funktionella statusen mikrocirkulationen. Den särskilda indikatorn, mikrovaskulära vasomotion, definieras allmänt som svängningen av mikrovaskulära tonen i mikrovaskulära sängar. I det nuvarande protokoll…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av bidrag från Peking Union Medical College ungdom fonden och den grundläggande forskningsmedel för Central universiteten (Grant nr 3332015200).
Materials
| MoorVMS-LDF2 | Moor Instruments | GI80 | PeriFlux 5000 (Perimed Inc.) can be used as an alternative apparatus to harvest data |
| MoorVMS-PC Software | Moor Instruments | GI80-1 | Software of MoorVMS-LDF2 |
| Calibration stand | Moor Instruments | GI-cal | Calibration tool |
| Calibration base | Moor Instruments | GI-cal | Calibration tool |
| Calibration flux standard | Moor Instruments | GI-cal | Calibration tool |
| One Touch UltraEasy glucometer | Johnson and Johnson | #1955685 | Confirm hyperglycemia |
| One Touch UltraEasy strips | Johnson and Johnson | #1297006 | Confirm hyperglycemia |
| Streptozotocin | Sigma-Aldrich | S0130 | Dissolve in sodium citrate buffer (pH 4.3) |
| Pentobarbital sodium | Sigma-Aldrich | P3761 | Working concentration 3 % |
| Ethanol | Sinopharm Inc. | 200121 | Working concentration 75 % |
| Sucrose | Amresco | 335 | Working concentration 10 % |
| Medical gauze | China Health Materials Co. | S-7112 | Surgical |
| Blunt-nose forceps | Shang Hai Surgical Instruments Inc. | N-551 | Surgical |
| Surgical tapes | 3M Company | 3664CU | Surgical |
| Gauze sponge | Fu Kang Sen Medical Device CO. | BB5447 | Surgical |
| Scalpel | Yu Lin Surgical Instruments Inc. | 175C | Surgical |
| Skin scissor | Carent | 255-17 | Surgical |
| Suture | Ning Bo Surgical Instruments Inc. | 3325-77 | Surgical |
| Syringe and 25-G needle | MISAWA Inc. | 3731-2011 | Scale: 1 ml |
References
- Aalkjaer, C., Nilsson, H. Vasomotion: cellular background for the oscillator and for the synchronization of smooth muscle cells. Br J Pharmacol. 144 (5), 605-616 (2005).
- Serne, E. H., de Jongh, R. T., Eringa, E. C., IJzerman, R. G., Stehouwer, C. D. Microvascular dysfunction: a potential pathophysiological role in the metabolic syndrome. Hypertension. 50 (1), 204-211 (2007).
- Carmines, P. K. Mechanisms of renal microvascular dysfunction in type 1 diabetes: potential contribution to end organ damage. Curr Vasc Pharmacol. 12 (6), 781-787 (2014).
- Holowatz, L. A. Human cutaneous microvascular ageing: potential insights into underlying physiological mechanisms of endothelial function and dysfunction. J Physiol. 586 (14), 3301 (2008).
- De Boer, M. P., et al. Microvascular dysfunction: a potential mechanism in the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance and hypertension. Microcirculation. 19 (1), 5-18 (2012).
- Nilsson, G. E., Tenland, T., Oberg, P. A. Evaluation of a laser Doppler flowmeter for measurement of tissue blood flow. IEEE Trans Biomed Eng. 27 (10), 597-604 (1980).
- Chen, D., et al. Relationship between the blood perfusion values determined by laser speckle imaging and laser Doppler imaging in normal skin and port wine stains. Photodiagnosis Photodyn Ther. 13 (1), 1-9 (2016).
- Fuchs, D., Dupon, P. P., Schaap, L. A., Draijer, R. The association between diabetes and dermal microvascular dysfunction non-invasively assessed by laser Doppler with local thermal hyperemia: a systematic review with meta-analysis. Cardiovasc Diabetol. 16 (1), 11-22 (2017).
- Yaginuma, N., Takahashi, T., Saito, K., Kyoguku, M. The microvasculature of the human pancreas and its relation to Langerhans islets and lobules. Pathol Res Pract. 181 (1), 77-84 (1986).
- Brissova, M., et al. Islet microenvironment, modulated by vascular endothelial growth factor-A signaling, promotes beta cell regeneration. Cell Metab. 19 (3), 498-511 (2014).
- de Moraes, R., Van Bavel, D., Gomes Mde, B., Tibirica, E. Effects of non-supervised low intensity aerobic excise training on the microvascular endothelial function of patients with type 1 diabetes: a non-pharmacological interventional study. BMC Cardiovasc Disord. 16 (1), 23-31 (2016).
- Humeau-Heurtier, A., Guerreschi, E., Abraham, P., Mahe, G. Relevance of laser Doppler and laser speckle techniques for assessing vascular function: state of the art and future trends. IEEE Trans Biomed Eng. 60 (3), 659-666 (2013).
- Park, H. S., Yun, H. M., Jung, I. M., Lee, T. Role of Laser Doppler for the Evaluation of Pedal Microcirculatory Function in Diabetic Neuropathy Patients. Microcirculation. 23 (1), 44-52 (2016).
- Sun, P. C., et al. Microcirculatory vasomotor changes are associated with severity of peripheral neuropathy in patients with type 2 diabetes. Diab Vasc Dis Res. 10 (3), 270-276 (2013).
- Pan, Y., et al. Effects of PEMF on microcirculation and angiogenesis in a model of acute hindlimb ischemia in diabetic rats. Bioelectromagnetics. 34 (3), 180-188 (2013).
- Jumar, A., et al. Early Signs of End-Organ Damage in Retinal Arterioles in Patients with Type 2 Diabetes Compared to Hypertensive Patients. Microcirculation. 23 (6), 447-455 (2016).
- Nguyen, H. T., et al. Retinal blood flow is increased in type 1 diabetes mellitus patients with advanced stages of retinopathy. BMC Endocr Disord. 16 (1), 25-33 (2016).
- Forst, T., et al. Retinal Microcirculation in Type 1 Diabetic Patients With and Without Peripheral Sensory Neuropathy. J Diabetes Sci Technol. 8 (2), 356-361 (2014).
- Hu, H. F., Hsiu, H., Sung, C. J., Lee, C. H. Combining laser-Doppler flowmetry measurements with spectral analysis to study different microcirculatory effects in human prediabetic and diabetic subjects. Lasers Med Sci. 31 (1), 1-8 (2016).
- Klonizakis, M., Manning, G., Lingam, K., Donnelly, R., Yeung, J. M. Effect of diabetes on the cutaneous microcirculation of the feet in patients with intermittent claudication. Clin Hemorheol Microcirc. 61 (3), 439-444 (2015).
- Khazraei, H., Shafa, M., Mirkhani, H. Effect of ranolazine on cardiac microcirculation in normal and diabetic rats. Acta Physiol Hung. 101 (3), 301-308 (2014).
- Fujita, T., et al. Increased inner ear susceptibility to noise injury in mice with streptozotocin-induced diabetes. Diabetes. 61 (11), 2980-2986 (2012).
- Wiernsperger, N., Nivoit, P., De Aguiar, L. G., Bouskela, E. Microcirculation and the metabolic syndrome. Microcirculation. 14 (4-5), 403-438 (2007).
- Chawla, L. S., et al. Vascular content, tone, integrity, and haemodynamics for guiding fluid therapy: a conceptual approach. Br J Anaesth. 113 (5), 748-755 (2014).
