Summary
여기, 우리는 근처-적외선 분광학을 사용 하 여 단일 병원 또는 실험실 방문에 반응성 충 혈, 혈관 커플링 및 골격 근육 산화 능력을 평가 하는 간단한, 비-침략 적 접근 방식을 설명 합니다.
Abstract
운동 신진 대사 요구에 산소 공급을 맞추기 위해 높은 조정된 neurovascular 응답을 요구 하는 주요 hemodynamic 스트레스를 나타냅니다. (조직 허 혈의 짧은 기간에) 반응성 충 혈 심장 혈관 사건의 독립적인 예측 인자 이며 혈관 건강과 vasodilatory 용량에 중요 한 통찰력을 제공 합니다. 골격 근육 산화 용량 결정 myocellular 프로세스에 대 한 에너지 공급으로 건강과 질병, 똑같이 중요 하다. 여기, 우리는 근처-적외선 분광학을 사용 하 여 단일 병원 또는 실험실 방문 기간 중 각이 주요 임상 끝점 (반응성 충 혈, 혈관 커플링, 및 근육 산화 능력)을 평가 하는 간단한, 비-침략 적 접근 방식을 설명 합니다. 도플러 초음파, 자기 공명 이미지/분광학, 또는 침략 적인 카 테 터 기반 흐름 측정, 근육 생 검과 달리 우리의 접근 덜 연산자 종속, 낮은-비용, 그리고 완전히 비 침략 적 이다. 대표적인 데이터 이전 게시 된 문학에서 요약 데이터를 함께 찍은 우리의 실험실에서 이러한 종점의 각각의 유틸리티를 보여 줍니다. 일단이 기술을 마스터 응용 임상 인구 운동 옹 졸 및 심장 혈관 기능 장애에 중요 한 기계 통찰력을 제공할 것입니다.
Introduction
조직 허 혈의 짧은 기간에 hyperemic 응답 (마이크로) 혈관 기능의 키 비-침략 적 수단으로 떠오르고 있다. 동안 도관 동맥의 폐색, 다운스트림 arterioles 허 혈 성 모욕을 상쇄 하기 위해에서 같은데요. 폐색의 방출, 감소 혈관 저항 충의 크기는 다운스트림 microvasculature 팽창 하는 하나의 기능에 의해 결정 됩니다 발생 합니다. 반응성 충 혈은 심장 혈관 사건의1,2 , 따라서 임상적으로 중요 한 끝점의 강한 독립적인 예측, 관용과 삶의 질을 운동 그것의 기능적 중요성은 덜 분명 하다.
실제로, 동적 운동 신진 대사 요구에 산소 공급을 맞추기 위해 높은 조정된 neurovascular 응답을 요구 하는 주요 심장 혈관 스트레스를 나타냅니다. 예를 들어 골격 근육 혈 약 거의 고립 된 근육 수축3, hemodynamic 응답 했다 전신 운동에 추정 하는 경우 심장의 펌핑 용량을 압도 것 동안 증가할 수 있다. 따라서, 심한 저 혈압, 교감 (즉, vasoconstrictor)을 피하기 위해 신경 활동 증가 심장 출력 비활성 및 내장 조직에서 고 활성 골격 근육4쪽으로 재분배. 동 정적인 유출 또한 운동 골격 근5; 이동 그러나, 적절 한 조직의 산소 배달6,7,,89,10, 를 위해 vasoconstrictor 응답을 약하게 지역 신진 대사 신호 11.,이 과정은 불린다 기능 sympatholysis12, 그리고 운동 중 골격 근육 혈액 흐름의 일반 규정 하는 것이 필수적입니다. 골격 근육 혈 이기 때문에 호 기성 용량의 핵심 결정-삶의 질과 심혈 관 질환 사망률 및 사망13의 독립적인 예측-골격 근육 혈액 흐름과 조직 산소 제어 이해 운동 하는 동안 배달 큰 임상 의미입니다.
그러나 산소 공급은 Fick 방정식의 절반 밖에, 산소 이용 방정식의 나머지 절반을 만족으로. 중 산소 이용의 주요 determinates, 휴식 및 운동을 하는 동안 세포 프로세스에 대 한 충분 한 에너지 공급에 필수적인 역할을 담당 하는 미토 콘 드 리아 산화 인 산화. 실제로, 근육 산화 용량에 장애 기능 용량 및 삶의 질14,,1516를 제한할 수 있습니다. 다양 한 측정 일반적으로 근육 산화 용량, 침략 적 근육 biopsies을 비싸고 시간이 많이 걸리는 자기 공명 분광학 (MRS) 기술을 포함 한 인덱스를 제공 하는 데 사용 됩니다.
여기, 우리는 근처-적외선 분광학 (적외선)를 사용 하 여 단일 병원 또는 연구소 방문에서 (반응성 충, sympatholysis, 및 근육 산화 용량)이 세 가지 주요 임상 끝점의 각각을 평가 하는 소설, 비-침략 적 접근을 제안 합니다. 이 방법의 주요 장점은 3 겹: 먼저,이 기술을 쉽게 휴대용 이며, 상대적으로 저렴 한 비용, 실행 하기 쉬운. 충 혈 반응 측정을 위한 현재 도플러 초음파 방식은 높은 연산자--요구 하는 광범위 한 기술 및 훈련-정교한, 높은 비용, 데이터 수집 하드웨어 및 후 처리 소프트웨어를 필요로. 또한,이 클리닉 및 모니터링 또는 치료 효능을 테스트 하는 머리 맡에 대 한 대규모 임상 시험으로 도입 생각할 수 있습니다. 둘째, 방법론, 덕이 기술은 기술의 전반적인 특이성을 증가 골격 근육 microvasculature에 특히 집중 한다. 도플러 초음파를 사용 하 여 대체 방법을 업스트림 도관에 전적으로 집중 하 고 변경 내용을 다운스트림, 신호를 저해할 수 있는 추론. 셋째,이 기술은 완전히 비 침략 적 이다. 골격 근육 산화 용량은 전통적으로 침략 적으로 평가 하 고 고통 스러운 근육 생 검, 그리고 기능 sympatholysis sympathomimetics와 sympatholytics의 간 동맥 주입으로 평가 될 수 있습니다. 이 이렇게 모두 함께 이러한 요구 사항을 방지합니다.
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Protocol
이 프로토콜 알링턴 텍사스 대학에서 기관 검토 위원회의 지침 및 헬싱키의 선언의 최신 버전에 의해 설정 된 표준 규격을 준수. 따라서, 서 면된 동의 (이었고 이어야 한다) 취득된 이전 연구 절차의 개시에.
1입니다. 계측
참고: 다음 계측 설명 기반 근처-적외선 (NIR) 분석기 및 데이터 수집 시스템 실험실에서 사용 ( 재료의 표참조). 따라서, 지침이이 소자의 최적의 기능에 필요한 단계를 포함 합니다. 이 단계에는 NIR 프로브 동반 소프트웨어 및 교정, 팬텀을 사용 하 여 교정과 주변광을 제외 하는 어두운 천으로의 응용 프로그램 포함 됩니다. 다른 데이터 수집 하드웨어 및 소프트웨어를 사용 하는 경우에 조사 교정 및 주변 빛 고려 사항에 대 한 그들의 자신의 특정 사용자 매뉴얼을 참조 해야 합니다. 그림 1 실험 설정 및 계측 바로 아래 설명 된 보여 줍니다.
- 그들의 벨트 라인 약 LBNP 상자에 오프닝으로도 내부 낮은 체 부정적인 압력 (LBNP) (그림 1A), 그들의 다리와 부정사를 주제를 지시 합니다. LBNP 챔버를 구축 하는 방법에 대 한, 참조17. 를 참조 하십시오.
- 주제에 3 개의 심전도 전극 배치: 주제에 열 등 한, 중간 clavicular 위치에 두 개와 왼쪽 중간에 장 골도 머리. 이 구성은 낮은 팔 다리, 손 그립 운동 중 위 사지, 운동과 팔의 계측에 대 한 제한 된 액세스 때문에 최상의 결과를 제공합니다.
- 비-침략 적 혈액 압력 모니터 모듈을 지배적인 손목에 놓습니다. 각 손가락에 손가락 혈압 수 갑을 놓고 모듈 (그림 1B)에 연결 합니다. 손가락 혈압 수 갑은 당신의 장치를 동반 하는 사용자의 설명서에 따라 올바르게 보정을 확인 합니다.
- 손 그립 동력 (HGD) 약간 납치 위치에 그들의 비 지배적인 팔으로 파악을 지시 합니다. 머리 맡 테이블에 팔을 편안 하 게 위치 한다. 거리와 각도 HGD의 최소한의 팔 운동 (그림 1C) 최적의 그립 강도 수 있도록 조정 되어야 한다.
- 머리 맡 테이블에 HGD 보안.
- 참가자의 최대 자발적으로 수축 (MVC)를 측정 합니다. 즉, 프롬프트가 표시 되 면, 그들은 해야 합니다 짠 다는 HGD 가능한 하드만 손과 팔 뚝에 근육을 이용 하는 동안 참가자에 게. 그들은 그들의 팔, 가슴, 어깨, 또는 복 부 근육 최대 그립을 수행할 때 모집에서 자제 해야 합니다 주제에 지시 합니다.
- 반복 단계 1.6 세 번으로 구분 적어도 60 미 기록 달성 최대 힘 (최고 3의). 최대 힘이 골격 근육 산화 용량 및 혈관 (아래) 커플링에 대 한 운동 강도 계산 하기 위해 사용 됩니다.
- 급속 한 인플레이션 팔목 운동 손의 위쪽 팔 주위를 놓습니다. 팔목에 급속 한 인플레이션 컨트롤러에서 항공사를 연결 합니다.
- Profundus flexor digitorum를 식별 합니다. 피부 마커를 사용 하 여 만져 서 근육의 경계를 구분.
- NIR 분 광 계 장치에 포함 된 사용자의 설명서에 따라 올바르게 보정을 확인 합니다. 깨끗 한 피부는 NIR 프로브는 알코올 준비 닦기와 함께 배치 됩니다.
- 근육 (flexor digitorum profundus)의 뱃속의 센터 NIR 프로브를 놓고 팔 뚝에 안전 하 게 부착 합니다.
- 프로브를 포장 하 고 어두운 천으로, 주변광 (그림 1C, 그림 1D)에서 간섭 최소화와 팔.
- 연구의 기능 sympatholysis 부분을 수행할 준비가 되어 있는 때 LBNP 챔버로 주제를 봉인.
2. 골격 근육 산화 용량
참고: 골격 근의 산화 능력을 측정 하기 위한 실험 절차를 보여주는 대표적인 데이터 추적 그림 2에 묘사 된다. 이 실험 방법은 이전 vivo에서 인 부인18 와 제자리에서 근육 respirometry19에 대 한 검증 된 그리고 광범위 한 수용20를 얻고 있다.
- 주제를 계측 (계측) 위에 표시 된 대로.
- NIR 프로브를 통해 여전히 2 분 동안 (HHb) 헤모글로빈 모니터링 및 oxyhemoglobin (hbo가2)에 대 한 거짓말을 하도록 지시 합니다.
참고:이 나머지 기간 주제 계측 프로세스와 관련 된 모든 운동 유물에서 복구를 허용 하 고 안정적인 기본 측정을 보장. 2 분 후 아무 중요 한 변동이 발생 하는 경우 정상 상태, 또는 휴식 기준선에서 주제를 고려할 수 있습니다. - 팔목 폐색 이전 통보 피사체 팔목 팽창 될 것입니다. 5 분 (즉, suprasystolic)에 대 한 수축 기 혈압의 위 팔 갑 이상 30 mmHg를 부 풀 려. 아직도 하 고 팔목 인플레 및 다음 갑 디플레이션 도중 가능한 편안한으로 그들의 팔을 유지 하는 주제를 지시 합니다.
참고:이 분 상 완 동맥 갑 폐색 프로토콜 밀접 하 게 반영 한다 혈관 폐색에 대 한 현재 허용된 임상 표준 테스트21,,2223,,2425. - (전 갑 폐색) 초기/초기 값과 팔목 폐색 동안 조직 채도 (스토2) 최하 값을 기록 하 고이 두 값 사이의 중간점을 결정.
- 주제를 팔목 폐색에서 복구 휴식 초기 계획 값을 허용 합니다. 일단 주제는 적어도 1 전체 분에 대 한 휴식 기준선을 유지 하 고, 다음 단계를 계속 합니다.
- 천천히 따라 지시 하십시오 그리고 그들의 MVC의 50%에서 아이소메트릭 핸드 그립을 유지. 조직 채도가 50% 될 때까지 그들의 isometric 수축을 유지 하기 위해 주제를 권장 합니다. 이 가치를 얻을, 그들의 손을 긴장 하 고 더 이상 운동 또는 운동 필요 하다 그들을 통보 하는 주제에 게.
- 3-5 s 내의 다음 정지 운동, 다음 빠른 갑 폐색 시리즈 관리 (1 시리즈 = 1 인플레이션 + 1 디플레이션), 이전 설립18:
시리즈 #1-6: 5에서 s/5 s
시리즈 #7-10: 7에서 s/10 s
떨어져 시리즈 #11-14시 10분 s/15 s
떨어져 시리즈 #15-18시 10분 s/20 s - 18일 인플레이션/디플레이션 시리즈를 완료 한 후 나머지, 주제 조직 채도 초기 초기 계획 값을 반환할 수 있도록 지시 합니다. 이 값은 적어도 2 분 동안 일관 된 남아 있다, 후 2.4 및 2.5 단계를 반복 합니다.
-
골격 근육 산화 용량 계산
- 그림 2C에 monoexponential 복구 포인트를 형성 하는 개별 18 갑 않기의 각 스토2에 변화의 기울기를 계산 합니다.
- 2.7에서 계산 된 데이터는 다음 monoexponential 곡선18,,1926
y = 끝-Δ x e-kt
참고: 'y'는 팔목 인플레 동안 상대 근육 산소 소비 속도 (mV̇O2), 운동;의 직후 mV̇O2 나타냅니다 '끝' 델타 ('Δ') 연습; 끝에 나머지에서 mV̇O2 에서 변화를 의미 'k'는 피팅 속도 상수; ' t ' 시간 이다. 타우 1/k로 계산 됩니다.
3. 반응성 충 혈
참고: 반응성 충 혈을 측정 하기 위한 실험 절차를 보여주는 대표적인 데이터 추적 그림 3에서 묘사 된다.
- 부정사와 계측 거짓말 주제와 (계측) 위에서 설명한 대로 여전히 가능한 거짓말을 지시 합니다.
- 주제는 일관 된 휴식 상태를 달성 했다, 기준 데이터의 적어도 1 분을 기록 하 고 빠르게 suprasystolic 압력 (30 mmHg 이상 수축 기 혈압) 위 팔에 혈압 팔목을 팽창 시키기를 계속.
- 5 분 마크에서 급속 하 게 폐의 갑 hyperemic 응답을 기록 하는 동안.
- 복구를 잡으려고 3 분 이상에 대 한 녹음을 계속 합니다.
-
계산 반응성 충
참고: 계산 적외선 매개 변수는 그림 3에서 묘사 된다.- 팔목 동맥 폐색의 발병에 기준선 스토2 1 전체 분 사전에 평균 스토2 로 계산 합니다.
- 팔목 (슬로프 1로 정의) 폐색27,28동안 불포화 속도 (즉, 평균 기울기)으로 골격 근육의 휴식 신진 대사 속도 결정 합니다.
- 다음과 같이 반응 충을 계산.
팔목 릴리스 (즉, reperfusion 속도, 경사 2로 정의 된), 다음 a) 평균 upslope 리바운드 추적;의 선형 증가 단계 갑 릴리스 순간부터 계산
b) 높은 스토2 가치 도달 후 팔목 (스토2최대로 표시 됨);
c) 곡선 (AUC); 아래 반응 충 지역 계산 갑 출시 시점에서 1-, 2-및 3-분 게시 팔목 폐색 (AUC AUC 1 분, 2 분, 그리고 AUC 3 민, 각각); 그리고
d) hyperemic 보유, 기준선 위의 스토2 에서 변경으로 계산 되며 변화를 퍼센트 (%)로 보고. 이 값은 평균 채도 단계 3.5.1 (위 참조)에서 계산한 마이너스 리바운드 후 폐색 동안 달성 높은 채도로 계산 됩니다.
참고: 초기 계획 데이터에 큰 차이 hyperemic 예비의 해석에 영향을 크게이 됩니다.
4. 기능 Sympatholysis
참고: 대표적인 데이터 추적 기능 sympatholysis을 측정 하기 위한 실험 절차를 보여주는 그림 4에 묘사 된다.
- 주제를 계측 (계측) 위에 표시 된 대로.
- LBNP 챔버에 밀폐 인감을 확인 합니다.
- 여전히 그리고 나머지에서 거짓말 하는 주제와 초기 데이터의 3 분을 수집 합니다.
- 3 분 마크에서 진공 켭니다. LBNP 챔버 내부 압력은-20와-30 mmHg 사이 진공을 조정 한다. 진공의 응답을 모니터링 하는 동안 2 분 동안 실행을 허용 합니다.
- 5 분 마크에서 진공을 해제 하 고 3 분 동안 휴식을 허용 합니다.
- 8 분 마크에서 시작 리듬 핸드 그립 운동을 통해 주제 안내 음성 프롬프트 (20 %MVC).
- 주제는 각 창과 단계 전체에 걸쳐 그들의 쥐 어 짜기를 유지 하 고 각 반복 사이 동안 완전히 편안한 확인 합니다. 그들의 힘 출력을 모니터링 하 고 20%를 달성 하는 확인 각 그립 MVC. 11 분 마크까지 연습을 계속 합니다.
- 11 분 마크에서 계속 그들의 리듬 연습을 격려 하는 진공 켭니다. 11 월 13 일 분에서 실행 한 다음 해제를 진공을 수 있습니다.
- 계속 추가 2 분 동안 리듬 손 그립 운동 그들의 MVC의 20%를 수행 하는 주제를가지고. 운동 정지시 주제 나머지 조용히 있고 아직도 거짓말.
-
계산 기능 Sympatholysis
- 정상화 5 분 갑 폐색 동안 결정 총 정한 신호 (TLS), LBNP와 oxyhemoglobin에 변경:
- 각 이벤트의 마지막 20 분 평균으로 각 이벤트를 계산 합니다.
- 운동 유도 감쇠 oxyhemoglobin 감소의 계산:
- 정상화 5 분 갑 폐색 동안 결정 총 정한 신호 (TLS), LBNP와 oxyhemoglobin에 변경:
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Representative Results
골격 근육 산화 용량
그림 2 적외선 파생 골격 근육 산화 능력 평가 중 대표 참가자 응답을 보여 줍니다. 패널 A 쇼 조직 채도 동맥 5 분 동안 프로필 폐색 프로토콜, 손잡이, 운동과 운동에서 복구 하는 동안 간헐적으로 동맥 폐색에 커 프 스. 패널 B 복구 기간 동안 간헐적으로 동맥 않기 동안 예상된 조직 불포화/다시 saturation 프로필을 보여 줍니다. 불포화의 속도 직접 근육 산소 소비 속도에 비례 하 고 간헐적인 팔목 폐색 기간의 각각에 대 한 패널 C에 그려집니다. 계산 된 근육 산소 소비 복구 데이터는 다음 monoexponential 곡선 고 복구 시간 상수 파생 있습니다. 동일한 접근 방식을 사용 하 여, 연구의 증가 다양 한 근육 그룹 (표 1)에서 건강 및 질병에 대 한 골격 근육 산화 능력을 평가 했습니다.
반 동적인 충 혈
그림 3 대표적인 혈관 폐색 테스트 중 반응성 충 적외선 파생 된 프로필을 보여 줍니다. 이 같은 접근은 연구 인구와 좋은 성공 (표 2) 근육 그룹의 광범위 한 범위에 걸쳐 사용 되었습니다. 하지만 그 테스트는 쉽게 적응 하 고 임상적으로 의미 있는 데이터 뿐만 아니라 혈관 반응성에 대 한 값진 통찰력을 제공 하는 그 적외선 파생 반응성 충 나타냅니다.
기능 Sympatholysis
테이블 3 정확한 같은 혈관 접근 측정 기계 및 임상 관련 결과 보여주는 기능 sympatholysis을 여기에 설명 된 연결을 사용 하 여 기존 문학 요약 되어 있습니다. 건강 한 제어 과목에서 LBNP 가벼운 손잡이에 포개져 근육 산소에 반사 감소 50% (그림 4)에 의해 감쇠는. 심장 혈관 이나 신경 질환 (표 3), 것과 같이 운동을 하는 동안 공감 (vasoconstrictor) 신경 활동 감소를 산소 공급 및 활용, 사이의 균형을 방해 고 기능성 근육 국 소 빈 혈입니다.
그림 1입니다. 실험 설정 및 계측. (A) 대표 실험 설정, 챔버 내부에 LBNP 그들의 다리를 침대에 부정사와 완벽 하 게 계측 거짓말 일반적인 주제와 함께 했다. (B) 지배적인 팔 비트 대 비트 동맥 혈압 측정, 비-침략 적 이길-이길 혈압 장치와 교정 및 비트-비트 시스템의 확인에 대 한 상 완 동맥 혈압 팔목 기구. (C) 비 지배 팔의 계측. 손을 편안 하 게 (데이터 수집 시스템에 연결), 손잡이 동력을 재 밌 고 팔 뚝 근육의 근 적외선 분광학 프로브 계측. (D) 계측, 일단 적외선 optodes (주변 광 간섭 제거)을 검은 비닐 옷감으로 덮여 있다. 또한, 급속 한 팔목 인플레 체계는 상 완 동맥 위에 배치 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2입니다. 골격 근육 산화 용량 프로토콜입니다. (A) 대표 주제에서 원시 데이터 추적 적외선, 조직 채도 (스토2) 시간이 지남에 표시를 통해 측정. 안정적인 기준선을 설정한 후 비 지배적인 팔의 상 완 동맥의 불포화 예비 (초기 스토2 와 최하 점 차이)를 설정 하기 위해 5 분 동안 가려진입니다. 복구는 폐색, 후 주제는 50% 아이소메트릭 손잡이, 18 급속 한 팔목 인플레 시리즈 근육 산소 소비 복구 활동을 평가 하기 위해 다음을 수행 하도록 결정 했다. (B) 데이터 분석 각 팔목 폐색 시리즈 다음의 평균 기울기를 계산 하 여 오프 라인으로 수행은 다음 운동; 여기에 가상 팔목 폐색 시리즈 데이터를 사용 하 여 그림. (C) 근육 산소의 복구 시간 상수를 계산 하려면 기울기는 18 빠른 갑 않기 (즉, 포스트 운동 근육 산소 소비, mV̇O2) a에서 의 각각의 시간에 대 한 플롯 이며 적합 한 monoexponential 곡선입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3입니다. 반 동적인 충 혈 실험 프로토콜입니다. 부정사 거짓말 주제와 초기 계획 데이터, 총 동맥 갑 폐색의 5 분와 팔목 릴리스 다음 복구의 적어도 3 분의 1 분 이상 기록. 골격 근육 산화 용량 프로토콜 (그림 2)와이 프로토콜 사이 명백한 중복 note '기준' 팔목 동맥 폐색 이전 시간의 기간을 정의합니다. ' 슬로프 1' 팔목 폐색 동안 불포화 속도 정의 하 고 골격 근육 신진 대사 속도 휴식의 측정으로 간주 됩니다. 국 소 빈 혈 동안 얻은 가장 낮은 스토2 값 ' 스토2 최소 '로 정의 되 고 vasodilate에 허 혈 성 자극의 측정으로 간주 됩니다. 조직 채도 reperfusion ' 슬로프 2'로 표시 됩니다 그리고 반응성 충;의 인덱스 StO2 최대, 반응성 충 혈 '곡선 아래의 영역'은 (AUC). Hyperemic 예약에 대 한 통찰력을 얻으려면, 최대 스토2 기준선에서 백분율 변경 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4입니다. 기능 sympatholysis 실험 프로토콜입니다. 왼쪽된 패널: 대표 주제에서 원시 데이터 추적. LBNP 챔버에 부정사 누워 주제와 정상 기준 데이터 수집의 3 분을 허용 합니다. LBNP-20를 설정 2 분 Oxyhemoglobin/myoglobin에 대 한 mmHg 반사 동 정적인 vasoconstriction (파란색 원, 음영된 지역)에 대 한 응답에서 감소 한다. 복구에 대 일 분을 허용 합니다. 20%에서 리듬 손잡이 운동을 수행 하는 주제에 게 MVC (데이터 수집 전에 측정). 리듬 운동 3 분 후 반복-20 mmHg LBNP 2 분 동안 주제 운동을, 계속 되는 동안 LBNP 없이 운동 2 분 뒤. Oxyhemoglobin/myoglobin 감소 크게 감쇠 (빨간 원 모양, 음영된 지역) 해야 합니다. 되지 않은 경우, 불포화의 피사체의 범위 설정 5 분 운동 팔의 상 완 동맥에 혈압 팔목에 부 풀 려. 참고 그림에서 음영 처리 된 영역 에서만 의미 oxyhemoglobin/myoglobin; 변화를 강조 하는 분석 결과 변수 sympatholysis를 계산 하는 데 사용 하는 방법에 대 한 자세한 내용은 프로토콜을 참조 하십시오. 오른쪽 패널: oxyhemoglobin/myoglobin 휴식 및 손잡이 운동을 왼쪽에는 데이터에서 계산 하는 동안에 변화를 유도 하는 LBNP. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 참조/데이터 집합 | 연구 인구 | 샘플 크기 (n) |
참가자의 나이 (년 ± SD) |
타우 (τ) (s) |
근육 그룹 | 적외선 변수 보고 | 장치 |
| Brizendine 외. (2013) | 지구력 운동 선수 | 8 | 25 ± 3 | 19 | Vastus lateralis | Hbdiff/total 혈액 볼륨 | 연속 웨이브 (Oxymon MK III) |
| 라이언 외. (2014) | 젊고, 건강 한 | 21 | 26 ± 2 | 55 | Vastus lateralis | HHb | 연속 웨이브 (Oxymon MK III) |
| 남부 외. (2015) | 노인 | 23 | 61 ± 5 | 63 | 손목 flexor | Hb비교 | 연속 웨이브 (Oxymon MK III) |
| 노인 + 심장 마비 | 16 | 65 ± 7 | 77 | 손목 flexor | 연속 웨이브 (Oxymon MK III) |
||
| 아다미 외. (2017) | 일반 spirometry와 흡연 자 | 23 | 63 ± 7 | 80 | 중간 팔 뚝 | 조직 포화 지 수 (TSI) | 연속 웨이브 (Portamon) |
| COPD 골드 2-4 | 16 | 64 ± 9 | 100 | 중간 팔 뚝 | 연속 웨이브 (Portamon) |
||
| 에릭슨 외. (2013) | 척수 상해 | 9 | 43 ± 11 | 143 | Vastus lateralis | Hbo가2 | 연속 웨이브 (Oxymon MK III) |
표 1: 근 적외선 분광학을 사용 하 여 골격 근의 산화 능력을 측정 하는 건강 연속체에 걸쳐 이전 게시 된 보고서의 요약.
| 참조 | 연구 인구 | 근육 그룹 | 보고 결과 | 결과 값 |
| 라크, J Biomed 선택, 2012 | 건강 한 남성 | 팔 뚝 | 피크 Oxyhemoglobin | 28.05 ± 3.15 Μ M |
| 피크 총 헤모글로빈 | 10.56 ± 1.80 Μ M | |||
| 피크 HbO에 속도 증가2 | 0.75 ± 0.22 μ M/s | |||
| 피크 총 Hb 속도 증가 | 0.52 ± 0.16 μ M/s | |||
| Kragelj, 앤 Biomed 공학과, 2001 | 주변 혈관 질병 | 팔 뚝 | 산소 소비 | 0.68 ± 0.04 mL/min |
| 피크 시간 | 153 ± 16 s | |||
| Hbo가2 에서 최대 절대 변화 | 2.93 ± 0.22 μ M/100 mL | |||
| Suffoletto, 소생, 2012 | 체포 후 심장 중 환자 실 Admittants | Thenar 저명 | 채도 속도 | -5.6 ± 2 %/min |
| Resaturation 속도 | 0.9 ± 0.6 %/sec | |||
| Dimopoulos, Respir 관리, 2013 | 폐 동맥 고혈압 | Thenar 저명 | 21% O2 와 기준선 채도 | 65.8 ± 14.9% |
| 21% O2 와 o 2 소비 속도 | 35.3 ± 9.1 %/min | |||
| 21% O2 와 reperfusion 속도 | 535 ± 179 %/min | |||
| Doerschug, J Physiol 심장 Circ Physiol 오전, 2007 | 기관 실패 및 패 혈 증 | 팔 뚝 | 기본 채도 | 84% |
| Reoxygenation 속도 | 3.6 %/s | |||
| 시장, 크리티컬 케어 메 드, 2011 | 부패 시키는 충격 | Thenar 저명 | 기본 채도 | 80 ± 1.0% |
| 불포화 사면 | -9.8 ± 3.7 %/min | |||
| 복구 슬로프 | 2.3 ± 1.4 %/sec | |||
| McLay, 특급 Physiol, 2016 | 건강 한 남성 | 앞쪽에 Tibialis | 기본 채도 | 71.3 ± 2.9% |
| 최소 채도 | 44.8 ± 8.6% | |||
| 불포화 사면 | -0.1 ± 0.03 %/s | |||
| 복구 슬로프 | 1.63 ± 0.5 %/s | |||
| 피크 채도 | 82.6 ± 2.3% | |||
| McLay, Physiol 담당자, 2016 | 건강 한 남성 | 앞쪽에 Tibialis | 기본 채도 | 71.1 ± 2.4% |
| 최소 채도 | 46.2 ± 7.5% | |||
| 피크 채도 | 82.1 ± 1.4% | |||
| 복구 슬로프 | 1.32 ± 0.38 %/s |
표 2: 반응성 충 혈을 측정 하기 위해 근처-적외선 분광학을 사용 하 여 건강 연속체에 걸쳐 이전 게시 된 보고서의 요약.
| 참조 | 연구 인구 | % 감쇠 |
| 넬슨 메릴랜드, J. Physiol, 2015 | 건강 한 | -57 |
| 베 커 근이 영양 증 | -13 | |
| Vongpatanasin, J. Physiol, 2011 | 건강 한 | -93 |
| 고혈압 | -14 | |
| Fadel, J. Physiol, 2004 | 전 폐 | -84 |
| 포스트 폐 경 | -19 | |
| 샌 더, PNAS, 2000 | 건강 한 | -74 |
| 듀 켄 씨 근이 영양 증 | . 7 | |
| 넬슨 MD, 신경과, 2014 | 건강 한 | -54 |
| 듀 켄 씨 근이 영양 증 | -7 | |
| 가격, 고혈압, 2013 | 고혈압 치료 전 | -52 |
| 고혈압 게시물 Nebivolol 치료 | -97 | |
| 한 센, J. Clin 투자., 1996 | 20 %MVC 건강 한 운동 | -92 |
| 30 %MVC 건강 한 운동 | -125 |
표 3: 낮은 체 부정적인 압력 및 손잡이 운동, 함께 기능 sympatholysis를 평가 하기 위해 근 적외선 분광학를 사용 하 여 건강 연속체에 걸쳐 이전 게시 된 보고서의 요약.
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Discussion
여기에 설명 된 메서드는 단일 병원 또는 실험실 방문에 반응성 충 혈, 혈관 커플링 및 골격 근육 산화 용량 비-침략 적, 임상 평가 사용.
중요 한 고려 사항
적외선은 상대적으로 강력 하 고 사용 하기 쉬운, 비록 이러한 데이터의 수집 필요 주의 근육 배꼽 바로 위에 optodes의 배치 이동 유물을 피하기 위해 장소에서 단단히 확보 하 고 덮여을 피하기 위해 어렴풋이 점등 방에 검은 비닐 시트 외부 빛 으로부터 근처 적외선의 방해입니다. 또한, 테스터와 주제, 테스트 팀 간의 명확한 통신에 무 겁 게 의존 좋은 품질 데이터를 가져오는. 우리는, 그리고 다른 사람, 그 때 적절 한 관심과 주의 사용 하 여 수행, 적외선은 높은 재현성 단일 연구 방문 시간과 여러 방문10,11,,2429에서 나타났습니다. 또한, 생리 적 결과 변수 여기 보고 (즉, 골격 근육 산화 용량, 반응성 충 혈 및 혈관 커플링)는 실험/임상 개입, 둘 다 시간과 연구 방문 사이 민감한 30 , 31 , 10 , 11.
적외선 결과 변수의 적절 한 보고에 현재 제한 된 합의입니다. 예를 들어 골격 근육 산화 용량을 측정할 때 조사 HbO232, HHb19, Hbdiff30 및 조직 O2 포화 (현재 연구 그리고 다른33의 복구 활동에 맞게가지고 ). 마찬가지로, 결과 변수에서 비슷한 확산 또한 반응성 충 적외선 기반에 대 한 보고 되었습니다. 34 , 35 , 36 , 37 이 불일치의 일부 사용 하는 적외선 장치 유형의 관계 수 있습니다. 예를 들어 주파수 장치 (여기 사용) HbO2 와 HHb, 절대 정량화를 제공 하 고 따라서 급성 변화 총 Hb 콘텐츠 (부정 데이터를 수정 하는 필요)에 의해 영향 하지 않을 수 있습니다. 그러나 반면, 연속파 소자는 크게 영향을 요구 하는 데이터 수정25총 헤모글로빈의 급성 변화.
수정 및 문제 해결
적외선에의 한 중요 하 고 현재 피할 수 없는 한계 그것의 한정 된 침투 깊이 (~ 2 cm) 이다. 따라서 사지 adiposity 크게 줄일 수 있습니다-그리고 심지어 완전히 제거-적외선 신호 잠재적인 과목 심사 때 고려 되어야 합니다. 이 대 한 제어를 조사 측정 하는 것이 좋습니다 팔 뚝 피부 집계 두께, 및 중요 한 주변 adiposity 참가자 제외.
혈관 반응, 혈관 커플링 및 골격 근육 산화 용량 (즉, 약물, 유전자 변이, 등)을 조절 수 있습니다 어떤 요인 든 지 실제로 여기에 설명 된 기본 끝점 측정에 영향을 미칠 것 이다 . 조사자는 따라서 적응이 프로토콜 때 이러한 요소를 고려 하도록 하 고 미래의 실험 계획.
기능 sympatholysis 결정에 대 한 조사는 신호는 여전히 존재 하 고 운동 LBNP 동안 관찰 차이 신호 또는 측정 오류 손실 때문에 단순히 되지 않은 두 번째 휴식 LBNP 도전 포함 하실 수 있습니다. 3-5 분 휴식 LBNP 도전 반복 하기 전에 초기 계획 값을 전체 복구 oxyhemoglobin 신호 수 있도록 허용 하는 것이 좋습니다.
미래의 응용 프로그램 또는이 기술을 습득 후 방향
NIR 분광학 레이저 빛을 사용 하 여 조직에 산소와 deoxygenated 헤모글로빈의 농도 평가. 반 동적인 충 혈 및 기능 sympatholysis의 측정, 동안 이러한 매개 변수에 상대적인 변화 microvascular 흐름에 변화를 나타내는 여겨진다. 확산 상관 분광학 (DCS)은 신흥 근처-적외선 이미징 산소의 농도 평가 하는 것 뿐만 아니라, 접근-그리고 헤모글로빈, 또한 microvascular 관류38을 정할 수 있습니다. 이 두 가지 이미징 방법 사이 명백한 유사성을 감안할 때, 제안 된 기법으로 DC의 설립 사실상 원활한 것 그리고 microvascular 기능과 관류의 정량화에 추가 통찰력을 제공할 수 있습니다.
일단이 기술을 마스터 응용 프로그램 임상 인구, 심장 마비 등을 운동 옹 졸 및 심장 혈관 기능 장애에 중요 한 기계 통찰력을 제공할 것입니다.
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Disclosures
저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.
Acknowledgments
이 작품은 텍사스 대학 알링턴 학 제 연구 프로그램 그랜트에 의해 지원 되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dual-channel OxiplexTS Near-infrared spectroscopy machine | Iss Medical | 101 | |
| NIRS muscle sensor | Iss Medical | 201.2 | |
| E20 Rapid cuff inflation system | Hokanson | E20 | |
| AG101 Air Source | Hokanson | AG101 | |
| Smedley Handgrip dynometer (recording) | Stolting | 56380 | |
| Powerlab 16/35, 16 Channel Recorder | ADInstruments | PL3516 | |
| Human NIBP Set | ADInstruments | ML282-SM | |
| Bio Amp | ADInstruments | FE132 | |
| Quad Bridge Amp | ADInstruments | FE224 | |
| Connex Spot Monitor | Welch Allyn | 71WX-B | |
| Origin(Pro) graphing software | OrignPro | Pro | |
| Lower body negative pressure chamber | Physiology Research Instruments | standard unit |
References
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