Summary
Aquí, describimos un enfoque simple y no invasor usando la espectroscopia de infrarrojo cercano para evaluar hiperemia reactiva, acoplamiento neurovascular y capacidad oxidativa del músculo esquelético en una sola visita de clínica o de laboratorio.
Abstract
Ejercicio representa un estrés hemodinámico importante que exige una respuesta neurovascular altamente coordinada para coincidir con la entrega de oxígeno a demanda metabólica. Hiperemia reactiva (en respuesta a un breve período de isquemia del tejido) es un predictor independiente de eventos cardiovasculares y proporciona la penetración importante en la salud cardiovascular y la capacidad de vasodilatador. Capacidad oxidativa del músculo esquelético es igualmente importante en la salud y la enfermedad, como lo determina el suministro de energía para los procesos de myocellular. Aquí, describimos un enfoque simple y no invasor usando la espectroscopia de infrarrojo cercano para evaluar cada uno de estos puntos finales clínicos principales (hiperemia reactiva, acoplamiento neurovascular y capacidad oxidativa muscular) durante una sola visita de clínica o de laboratorio. A diferencia de la ecografía Doppler, imágenes/espectroscopia de resonancia magnética, o las mediciones de flujo basadas en catéter invasivo o biopsias del músculo, nuestro enfoque es menos operador dependiente, bajo costo y completamente no invasivo. Datos representativos de nuestro laboratorio junto con los datos Resumen de la literatura previamente publicada ilustran la utilidad de cada uno de estos terminales. Una vez que se domina esta técnica, aplicación a poblaciones clínicas proporcionará importante visión mecanicista de intolerancia del ejercicio y disfunción cardiovascular.
Introduction
La respuesta hiperémica a un breve período de isquemia del tejido se ha convertido en una clave medida no invasiva de la función vascular (micro). Durante la oclusión de una arteria del conducto, las arteriolas descendentes dilatan en un esfuerzo por contrarrestar el insulto isquémico. Sobre el lanzamiento de la oclusión, la disminución de la resistencia vascular produce hiperemia, la magnitud de la que es dictada por la capacidad de dilatar la microvascularización aguas abajo. Mientras que la hiperemia reactiva es un fuerte predictor independiente de eventos cardiovasculares1,2 y, por tanto, un criterio de valoración clínicamente significativa, su significación funcional para ejercer la tolerancia y la calidad de vida es menos clara.
De hecho, el ejercicio dinámico representa un mayor estrés cardiovascular que exige una respuesta neurovascular altamente coordinada para coincidir con la entrega de oxígeno a demanda metabólica. Por ejemplo, el flujo sanguíneo músculo esquelético puede aumentar casi 100-fold durante musculares aisladas contracciones3, que pasarían a avasallar a la capacidad de bombeo del corazón si se extrapolaron una respuesta hemodinámica al ejercicio por todo el cuerpo. Por consiguiente, para evitar hipotensión severa, simpática (es decir, vasoconstrictor) aumenta la actividad nerviosa para redistribuir el gasto cardíaco de tejidos inactivos y viscerales y músculo esquelético activo4. Salida comprensiva está dirigida también al ejercicio músculo esquelético5; sin embargo, señalización metabólica local atenúa la respuesta vasoconstrictora para asegurar adecuado tejido oxígeno entrega6,7,8,9,10, 11. en conjunto, este proceso se denomina simpatolisis funcional12y es imprescindible para la normal regulación de flujo de sangre del músculo esquelético durante el ejercicio. Puesto que el flujo sanguíneo del músculo esquelético es un determinante clave de la capacidad aeróbica, un predictor independiente de la calidad de vida y de la morbilidad y mortalidad de enfermedad cardiovascular13— comprensión del control del oxígeno tejido y flujo sanguíneo del músculo esquelético entrega durante el ejercicio es de gran importancia clínica.
Entrega de oxígeno es sólo la mitad de la ecuación de Fick, sin embargo, con satisfacción de la otra mitad de la ecuación de la utilización del oxígeno. Entre los principales determina de utilización del oxígeno, la fosforilación oxidativa mitocondrial juega un papel esencial en el suministro de energía adecuada para los procesos celulares tanto en reposo como durante el ejercicio. De hecho, deficiencias en la capacidad oxidativa muscular pueden limitar funcional capacidad y calidad de vida14,15,16. Diversas medidas se utilizan para proporcionar un índice de la capacidad oxidativa del músculo, incluyendo las biopsias del músculo invasivo y costoso y desperdiciador de tiempo de resonancia magnética espectroscopia (MRS) técnicas.
Aquí, proponemos un enfoque novedoso, no invasivo, utilizando espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) para evaluar cada uno de estos tres principales medidas de resultado clínicas (hiperemia reactiva simpatolisis y capacidad oxidativa muscular) en una sola visita de clínica o de laboratorio. Las principales ventajas de este enfoque son tres: en primer lugar, esta técnica es fácilmente portable, relativamente bajo costo y fáciles de realizar. Enfoques actuales de la ecografía Doppler para medir la hiperemia reactiva son altamente operador dependiente, que requieren gran habilidad y entrenamiento — y requiere software hardware y procesamiento posterior de adquisición de datos sofisticados, de alto costo,. Por otra parte, esto podría concebiblemente introducirse en la clínica y/o ensayos clínicos grandes para cabecera de monitoreo o prueba de eficacia terapéutica. En segundo lugar, en virtud de la metodología, esta técnica se centra específicamente en la microvascularización de músculo esquelético, aumentando la especificidad global de la técnica. Enfoques alternativos mediante ecografía Doppler centran totalmente en los vasos del conducto ascendente e infieren cambios aguas abajo, que pueden atenuar la señal. En tercer lugar, esta técnica es completamente no invasivo. Capacidad oxidativa del músculo esquelético se evalúa tradicionalmente con el invasor y las biopsias musculares dolorosos y funcionales simpatolisis pueden evaluarse con la inyección intrarterial de simpaticomiméticos y droga. Este enfoque evita estos requisitos todos juntos.
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Protocol
Este protocolo sigue las directrices de la Junta de revisión institucional de la Universidad de Texas en Arlington y se ajusta a las normas establecidas por la última versión de la declaración de Helsinki. Por consiguiente, consentimiento de informado escrita era (y debe) obtenido previo al inicio de los procedimientos de investigación.
1. instrumentación
Nota: La siguiente descripción de la instrumentación se basa en el infrarrojo cercano (NIR) Espectrómetro y datos adquisición sistema utilizado en nuestro laboratorio (véase Tabla de materiales). Así, las instrucciones incluyen pasos que son necesarios para la función óptima de estos dispositivos. Estos pasos incluyen la calibración de la sonda NIR, utilizando los software y calibración fantasma y la aplicación de un paño oscuro para excluir la luz ambiente. En caso de que se utiliza diversos datos colección hardware o software, los investigadores deben consultar sus propios manuales específicos por razones de calibración y luz ambiente. La figura 1 ilustra el montaje experimental e instrumentación que se describe inmediatamente a continuación.
- Indicar el tema mentir supino con las piernas dentro de una cámara de presión negativa (LBNP) de cuerpo inferior (figura 1A), por lo que su línea de la correa es aproximadamente incluso con la apertura de la caja LBNP. Para obtener instrucciones sobre cómo construir una cámara LBNP, ver referencias17.
- Coloque tres electrodos de electrocardiograma en el sujeto: dos en una posición inferior, mediados de-clavicular y uno sobre el tema de lado izquierdo medial a la cresta ilíaca. Esta configuración ofrece los mejores resultados debido al acceso limitado a las extremidades inferiores, la instrumentación de los miembros superiores y el movimiento del brazo durante el ejercicio de apretón de mano.
- Lugar un módulo de monitor de presión arterial no invasiva en la muñeca dominante del sujeto. Colocar los manguitos de presión arterial del dedo en cada dedo y conectar con el módulo (figura 1B). Asegúrese de que los manguitos de presión arterial del dedo están calibrados correctamente según el manual del usuario que acompaña a su dispositivo.
- Indicar el tema de captar un dinamómetro de agarre de la mano (HGD) con su brazo no dominante en una posición ligeramente abducida. El brazo debe colocarse cómodamente en una mesa de noche. La distancia y el ángulo de la DGH deben ajustarse para permitir la fuerza de agarre óptimo con movimiento mínimo del brazo (figura 1).
- Asegure el Dag a una mesa de noche.
- Medir la contracción voluntaria máxima (MVC) del participante. Dígale a los participantes que, cuando se le solicite, debe exprimir el HGD tan duro como sea posible utilizando sólo los músculos de la mano y el antebrazo. Indicar al tema que deben abstenerse de reclutar su brazo, pecho, hombro o los músculos abdominales al realizar la máxima adherencia.
- Repita paso 1.6 tres veces, separadas por al menos 60 registro s. la fuerza máxima alcanzada (mejor de 3). Esta fuerza máxima se utilizará para calcular la intensidad del ejercicio para la capacidad oxidativa del músculo esqueléticas y neurovasculares de acoplamiento (abajo).
- Coloque un puño rápido inflación alrededor de la parte superior del brazo de la mano de ejercicio. Conecte la línea aérea desde el controlador de la inflación rápida a la banda.
- Identificar digitorum del flexor profundo. Use un marcador de piel para delimitar las fronteras del músculo palpable.
- Asegúrese de que el espectrómetro NIR es calibrado correctamente según el manual del usuario incluido con su dispositivo. Limpiar la piel sobre la cual se colocará la sonda NIR con un paño con alcohol prep.
- Coloque la sonda NIR sobre el centro del vientre del músculo (flexor digitorum profundus) y fijar firmemente en el antebrazo.
- Envolver la sonda y del antebrazo con el paño oscuro, reduciendo al mínimo la interferencia de la luz ambiental (figura 1, figura 1).
- Cuando esté listo para llevar a cabo la simpatolisis funcional parte del estudio, sello al tema en la cámara de LBNP.
2. capacidad oxidativa del músculo esquelético
Nota: Un trazo de datos representativos que ilustran el procedimiento experimental para medir la capacidad oxidativa del músculo esquelético se representa en la figura 2. Este enfoque experimental ha sido previamente validado contra en vivo fósforo MRS18 y en situ muscular respirometria19y está ganando la aceptación extensa20.
- Instrumento al tema como se indicó anteriormente (instrumentación).
- Indique el tema a mentir aún durante 2 minutos mientras monitoreo desoxihemoglobina (HHb) y oxihemoglobina (HbO2) a través de la sonda NIR.
Nota: Este período de descanso permite al sujeto recuperar de cualquier artefacto de movimiento relacionada con el proceso de instrumentación y garantiza mediciones de línea base estable. Si después de 2 min que no hay fluctuaciones significativas han ocurrido, el tema puede considerarse en un estado estacionario, o reposo basal. - Antes de la oclusión del manguito, notificar al sujeto que se infla el brazalete. Inflar la parte superior del brazo brazalete por lo menos 30 mmHg sobre la presión arterial sistólica durante 5 minutos (es decir, suprasistólica). Instruir al sujeto a mantener el brazo quieto y relajado como sea posible, tanto durante el manguito inflado y desinflado del siguiente.
Nota: Esta 5 min protocolo de oclusión de arteria braquial brazalete cerca refleja que el estándar clínico actualmente aceptado para oclusión vascular pruebas21,22,23,24,25. - Registre el valor inicial/basal (antes de la oclusión del manguito) y el valor nadir de saturación de tejidos (StO2) durante la oclusión del manguito y determinar el punto medio entre estos dos valores.
- Permita que el tema para recuperarse de la oclusión del manguito y volver a los valores basales reposo. Una vez que el sujeto ha mantenido una línea de base descanso durante al menos 1 minuto completo, continúe al siguiente paso.
- Instruir a sujetos a presión y agarre una mano isométricas al 50% de la MVC. Fomentar el tema para mantener su contracción isométrica hasta que elimina la saturación de los tejidos en un 50%. Al alcanzar este valor, Dile el sujeto relaje su mano y les informará que se necesita no más ejercicio o movimiento.
- Dentro de 3-5 s siguiente ejercicio dejar de fumar, administrar las siguientes series de oclusión del manguito rápido (una serie = 1 inflación + 1 deflación), como se ha establecido18:
Serie #1 - 6: 5 a/5 s s off
Serie #7 - 10: 7 en/10 s s off
Serie #11-14:10 s a/15 s de
Serie #15-18:10 s a/20 s de - Después de completar la serie de inflación/deflación 18th , instruir el tema para el descanso, permitiendo la saturación de tejido volver a los valores de línea de base inicial. Después de que estos valores han permanecido constantes durante al menos 2 minutos, repita los pasos del 2.4 y 2.5.
-
Cálculo de la capacidad oxidativa del músculo esquelético
- Calcular la pendiente del cambio en el StO2para cada una de las oclusiones de 18 manguito individuales, formando los puntos de recuperación de monoexponential ilustrados en la figura 2.
- Ajuste los datos calculados del 2.7 al siguiente monoexponential curva18,19,26
y = End - Δ x e-kt
Nota: 'y' es la tasa de consumo de oxígeno muscular relativa (mV̇O2) durante el inflado del manguito, 'Poner fin' representa el mV̇O2 inmediatamente después de la cesación del ejercicio; Delta ('Δ') significa el cambio de mV̇O2 de descanso al final del ejercicio; 'k' es la conexión constante de velocidad; ' t ' es el momento. Tau se calcula como 1/k.
3. reactiva hiperemia
Nota: Un trazo de datos representativos que ilustran el procedimiento experimental para medir la hiperemia reactiva se representa en la figura 3.
- Con el tema mentira supina y equipado como se describe anteriormente (instrumentación), instruir el tema mentir como todavía posible.
- Una vez que el sujeto ha logrado un consistente estado de reposo, continuar a grabar al menos 1 minuto de la base de datos y luego inflar rápidamente un esfigmomanómetro en el brazo a una presión suprasistólica (30 mmHg sobre la presión arterial sistólica).
- En la marca de 5 minutos, rápidamente desinfle el manguito mientras graba la respuesta hiperémica.
- Continuar la grabación de al menos 3 minutos para capturar la recuperación del sujeto.
-
Cálculo de hiperemia reactiva
Nota: Los parámetros NIRS calculados se muestran en la figura 3.- Calcular base StO2 como promedio StO2 durante 1 minuto completo previo al inicio de la oclusión arterial brazalete.
- Determinar la tasa metabólica de reposo músculo esquelético como el índice de desaturación (es decir, la pendiente media) durante el brazalete oclusión (definida como 1 pendiente)27,28.
- Calcular la hiperemia reactiva como sigue:
a) la media ascendente tras liberación de puño (es decir, reperfusión tasa, definida como pendiente 2), calculados desde el momento de la liberación del manguito a través de la fase creciente linealmente de la traza de rebote;
b) StO2 el valor máximo alcanzado después de lanzamiento del manguito (denotado como StO2máximo);
c) la zona de hiperemia reactiva bajo la curva (AUC). calculado desde el momento de la liberación del manguito a 1, 2 y 3 min post oclusión del manguito (1min, AUC AUC 2 min y AUC 3-min, respectivamente); y
d) el hyperemic reserva, calculada como el cambio en StO2 por encima de la línea de base y como un cambio de porcentaje (%). Este valor se calcula como la saturación más alto alcanzada durante la oclusiva posterior rebote menos la saturación promedio calculada en el paso 3.5.1 (véase arriba).
Nota: Las diferencias grandes en base de datos afectará grandemente la interpretación de la reserva hiperémica.
4. funcional simpatolisis
Nota: Un trazo de datos representativos que ilustran el procedimiento experimental para medir la simpatolisis funcional se representa en la figura 4.
- Instrumento al tema como se indicó anteriormente (instrumentación).
- Asegurar un sellado hermético de la cámara LBNP.
- Con el sujeto acostado aún y en reposo, recoger 3 min de la base de datos.
- En la marca de 3 minutos, encienda la aspiradora. Ajuste el vacío para que la presión dentro de la cámara LBNP es entre-20 y -30 mmHg. Permita que la aspiradora a 2 min mientras la respuesta del sujeto.
- En la marca de 5 minutos, apagar el vacío y dejar que el tema reposar 3 minutos.
- En la marca de 8 minutos, iniciar el mensaje de voz guiando el tema a través del ejercicio de agarre de mano rítmica (20% MVC).
- Confirmar que el tema es mantener su apretón en la totalidad de cada fase de agarre y relajarse completamente durante entre cada repetición. Monitorear su fuerza de salida y confirmar que están alcanzando 20% MVC con cada apretón. Continuar el ejercicio hasta el minuto 11.
- En la marca de 11 minutos, encienda la aspiradora animando el tema para continuar su ejercicio rítmico. Permita que la aspiradora desde el 11-13 min., después los apaga.
- Que el tema continúe realizando ejercicio de agarre de mano rítmica al 20% de la MVC para un 2 minutos adicionales. Sobre cese de ejercicio, tienen el resto del tema silencio y mentira todavía.
-
Cálculo funcional simpatolisis
- Normalizar el cambio de oxihemoglobina con LBNP la señal inestable total (TLS), determinado durante la oclusión del manguito de 5 min:
- Calcular cada evento como el promedio final de 20 min de cada evento.
- Calcular la atenuación inducida por el ejercicio de la reducción de la oxihemoglobina:
- Normalizar el cambio de oxihemoglobina con LBNP la señal inestable total (TLS), determinado durante la oclusión del manguito de 5 min:
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Representative Results
Capacidad oxidativa del músculo esquelético
La figura 2 ilustra una respuesta participante representante durante una evaluación de capacidad oxidativa del músculo esquelético derivado de NIRS. Panel A muestra la saturación de tejido perfil durante un minuto 5 arterial brazalete protocolo de obstrucción, el ejercicio de la empuñadura y la oclusión arterial intermitente durante la recuperación del ejercicio. Panel B muestra el tejido esperado desaturación/re-saturation perfil durante las oclusiones arteriales intermitentes durante el período de recuperación. El índice de desaturación es directamente proporcional a la tasa de consumo de oxígeno muscular y se grafica en el Panel C para cada uno de los períodos de obstrucción intermitente del pun ¢ o. Los datos de recuperación de consumo de oxígeno muscular calculada entonces es apto para una curva de monoexponential y derivado de la constante de tiempo de recuperación. Utilizando el mismo enfoque, un creciente número de estudios ha evaluado la capacidad oxidativa del músculo esquelético para la salud y la enfermedad, a través de una variedad de grupos musculares (tabla 1).
Hiperemia reactiva
La figura 3 ilustra el perfil de hiperemia reactiva derivada de NIRS durante una prueba representativa de oclusión vascular. Este mismo enfoque se ha utilizado en una amplia gama de poblaciones de estudio y los grupos musculares con buen éxito (tabla 2). Los datos indican que hiperemia reactiva derivada de NIRS no sólo proporciona información valiosa sobre la reactividad vascular, pero que la prueba es fácilmente adaptable y clínicamente significativas.
Simpatolisis funcional
Tabla 3 resume la literatura existente utilizando la neurovascular mismo exacto acoplamiento enfoque descrito para medir simpatolisis funcional, que muestra mecanicistas y clínicamente relevantes de los resultados. En temas sanos del control, cuando se superpondrá LBNP empuñadura suave, se atenúa el refleja disminución de la oxigenación del músculo en un ~ 50% (figura 4). Atenuar la actividad de nervios simpáticos (vasoconstrictor) durante el ejercicio, como con enfermedad cardiovascular o neurológica (tabla 3), altera el equilibrio entre oxigeno y utilización y causas músculo funcional isquemia.
Figura 1. Montaje experimental e instrumentación. Montaje experimental (A) representante, con un tema típico de mentira supina en una cama con las piernas dentro de la cámara LBNP y completamente instrumentada. Brazo dominante (B) equipado con un dispositivo no invasiva la presión arterial latido a latido para medición de presión arterial latido a latido y un brazalete de presión arterial de arteria braquial para la calibración y verificación del sistema de latido a latido. (C) instrumentación del brazo no dominante. La mano es agarrar cómodamente un dinamómetro de empuñadura (conectado al sistema de adquisición de datos), y el músculo del antebrazo está equipado con la sonda de la espectroscopia del infrarrojo cercano. (D) una vez instrumentados, las optodes NIRS se cubren con un paño de vinilo negro (para eliminar la interferencia de la luz ambiental). Además, un sistema de inflado rápido del brazalete se coloca sobre la arteria braquial. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Protocolo de la capacidad oxidativa del músculo esquelético. (A) rastreo de datos de un tema representativo medido mediante NIRS, que muestra la saturación de tejidos (StO2) con el tiempo. Después de establecer una línea base estable, se ocluye la arteria braquial del brazo no dominante durante cinco minutos para establecer la reserva de la desaturación del sujeto (diferencia entre base de StO2 y el nadir). Después de la recuperación de la oclusión, el sujeto es instruido a realizar una empuñadura isométrica del 50%, seguida de 18 series de inflación rápida del pun ¢ o para evaluar la cinética de recuperación de consumo de oxígeno de músculos. (B) datos de análisis se realizan sin conexión mediante el cálculo de la pendiente media de cada siguiente de serie de oclusión del pun ¢ o ejercen; ilustra aquí con brazalete hipotético oclusión series de datos. (C) para calcular la constante de tiempo de recuperación de oxigenación del músculo, la pendiente de cada uno de las 18 oclusiones de puño rápido (es decir, el consumo de oxígeno tras el ejercicio muscular, mV̇O2) de A es trazada contra el tiempo y a un curva de monoexponential. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Protocolo experimental de hiperemia reactiva. Con el sujeto acostado en decúbito supino, grabar al menos 1 minuto de datos de referencia, seguidos de 5 min de oclusión total arterial brazalete y al menos 3 minutos de recuperación después de la liberación del manguito. Tenga en cuenta la evidente superposición entre el protocolo de capacidad oxidativa del músculo esquelético (figura 2) y el presente Protocolo. 'Baseline' define el período de tiempo antes de la oclusión arterial brazalete. ' Cuesta 1' define el índice de desaturación durante la oclusión del manguito y es considerado como una medida de índice metabólico del músculo esquelético en reposo. El valor más bajo de2 StO obtenido durante la isquemia se define como ' StO2 mínimo ' y es considerado como una medida de estímulo isquémico a vasodilate. La tasa de reperfusión de saturación de tejidos se denota como 'Cuesta 2' y es un índice de hiperemia reactiva; como máximo2 de StO y la hiperemia reactiva 'area bajo la curva' (AUC). Para ganar la penetración en la reserva hiperémica, StO2 máxima se expresa como un porcentaje de cambio de referencia. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. Protocolo experimental simpatolisis funcional. Panel de la izquierda: rastreo de datos de un sujeto representativo. Con el sujeto acostado decúbito supino en la cámara LBNP, permite 3 minutos estado estacionario inicial de recolección de datos. Hacia el LBNP -20 mmHg durante 2 min oxihemoglobina/mioglobina debe disminuir en respuesta a la vasoconstricción simpática refleja (círculo azul, área sombreada). Permite 2 minutos de recuperación. Pedir el tema para llevar a cabo ejercicio rítmico empuñadura 20% MVC (medido antes de la recogida de datos). Después de 3 minutos de ejercicio rítmico, repetir-20 mmHg LBNP por 2 min mientras el tema continúa el ejercicio, seguido de 2 minutos de ejercicio sin LBNP. La reducción de la oxihemoglobina/mioglobina debe ser significativamente atenuada (círculo rojo, área sombreada). Si no ya realizado, infla un manguito de presión arterial sobre la arteria braquial del brazo ejercicio durante 5 minutos establecer el alcance del sujeto de desaturación. Tenga en cuenta que las áreas sombreadas en la figura sólo se pretenden destacar los cambios en la oxihemoglobina/mioglobina; Ver protocolo para obtener más información acerca de cómo analizar las variables de resultado permite calcular simpatolisis. Panel de la derecha: El cambio inducido por el LBNP en oxihemoglobina/mioglobina en reposo y durante ejercicio de empuñadura calculada a partir de los datos a la izquierda. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Conjunto de datos de referencia | Población de estudio | Tamaño de la muestra (n) |
Edad de los participantes (años ± SD) |
Tau (τ) (s) |
Grupo muscular | NIRS Variable registrados | Dispositivo de |
| Brizendine et al. (2013) | Atletas de resistencia | 8 | 25 ± 3 | 19 | Vastus lateralis | Volumen de la sangre HBdiff/total | Onda continua (Oxymon MK III) |
| Ryan et al. (2014) | Joven y saludable | 21 | 26 ± 2 | 55 | Vastus lateralis | HHb | Onda continua (Oxymon MK III) |
| Sur et al. (2015) | Personas de edad avanzada | 23 | 61 ± 5 | 63 | Flexor de la muñeca | HBdiff | Onda continua (Oxymon MK III) |
| Ancianos + insuficiencia cardíaca | 16 | 65 ± 7 | 77 | Flexor de la muñeca | Onda continua (Oxymon MK III) |
||
| Adami et al. (2017) | Fumadores con espirometría normal | 23 | 63 ± 7 | 80 | Medial antebrazo | Índice de saturación de tejidos (TSI) | Onda continua (Portamon) |
| Oro de EPOC 2-4 | 16 | 64 ± 9 | 100 | Medial antebrazo | Onda continua (Portamon) |
||
| Erickson et al. (2013) | Lesión de la médula espinal | 9 | 43 ± 11 | 143 | Vastus lateralis | HbO2 | Onda continua (Oxymon MK III) |
Tabla 1: Resumen de los informes previamente publicados en todo el continuo de salud usando la espectroscopia de infrarrojo cercano para medir la capacidad oxidativa del músculo esquelético.
| Referencia | Población de estudio | Grupo muscular | Medidas de resultado informadas | Resultado valor |
| Lacroix, J Biomed Opt, 2012 | Varones sanos | Antebrazo | Pico de oxihemoglobina | 28.05 ± 3,15 ΜM |
| Hemoglobina Total máximo | 10.56 ± 1,80 ΜM | |||
| Aumentar la tasa de pico HbO2 | ± 0,75 0,22 μM/s | |||
| Aumentar la tasa de Hb Total máximo | 0,52 ± 0,16 μM/s | |||
| Kragelj, Ann Biomed Eng, 2001 | Enfermedad Vascular periférica | Antebrazo | Consumo de oxígeno | 0.68 ± 0,04 mL/min. |
| Tiempo al pico | 153 ± 16 s | |||
| Cambio máximo absoluto en HbO2 | 2.93 ± 0.22 μM/100 mL | |||
| Suffoletto, reanimación, 2012 | Detención post-cardiaca UCI Admittants | Eminencia tenar | Índice de desaturación | -5,6 ± 2 %/min |
| Tasa de resaturation | %/sec ± 0,9 0,6 | |||
| Dimopoulos, Cuidado de Respir, 2013 | Hipertensión arteria pulmonar | Eminencia tenar | Saturación de la línea de base con 21% de O2 | 65,8 ± 14.9% |
| O2 Tasa de consumo con 21% de O2 | 35.3 ± 9.1 %/min | |||
| Tasa de reperfusión con 21% de O2 | 535 ± 179 %/min | |||
| Doerschug, Am J Physiol corazón Circ Physiol, 2007 | Sepsis y falla multiorgánica | Antebrazo | Saturación de la línea de base | 84% |
| Reoxygenation tasa | 3.6 %/s | |||
| Mayeur, Crit Care Med, 2011 | Shock séptico | Eminencia tenar | Saturación de la línea de base | 80 ± 1.0% |
| Pendiente de desaturación | -9.8 ± 3.7 %/min | |||
| Pendiente de recuperación | 2.3 ± 1.4 %/sec | |||
| McLay, Exp Physiol, 2016 | Varones sanos | Tibial Anterior | Saturación de la línea de base | 71,3 ± 2.9% |
| Saturación mínima | 44,8 ± 8.6% | |||
| Pendiente de desaturación | -0,1 ± 0.03 %/s | |||
| Pendiente de recuperación | 1.63 ± 0,5 %/s | |||
| Saturación de pico | 82,6 ± 2.3% | |||
| McLay, Physiol Rep, 2016 | Varones sanos | Tibial Anterior | Saturación de la línea de base | 71,1 ± 2.4% |
| Saturación mínima | 46,2 ± 7,5% | |||
| Saturación de pico | 82.1 ± 1.4% | |||
| Pendiente de recuperación | 1,32 ± 0,38 %/s |
Tabla 2: Resumen de los informes previamente publicados en todo el continuo de salud usando la espectroscopia de infrarrojo cercano para medir la hiperemia reactiva.
| Referencia | Población de estudio | % Atenuación |
| Nelson MD, J. Physiol, 2015 | Saludable | -57 |
| Distrofia Muscular de Becker | -13 | |
| Vongpatanasin, J. Physiol, 2011 | Saludable | -93 |
| Hipertensión | -14 | |
| Fadel, J. Physiol, 2004 | La premenopausia | -84 |
| Después de la menopausia | -19 | |
| Sander, PNAS, 2000 | Saludable | -74 |
| Distrofia Muscular de Duchenne | . + 7 | |
| Nelson MD, Neurología, 2014 | Saludable | -54 |
| Distrofia Muscular de Duchenne | -7 | |
| Precio, hipertensión, 2013 | Tratamiento previo de hipertensión | -52 |
| Tratamiento de la hipertensión Post-Nebivolol | -97 | |
| Hansen, J. Clin. Invertir., 1996 | Sano ejercicio en 20% MVC | -92 |
| Ejercicio saludable en 30% MVC | -125 |
Tabla 3: Resumen de los informes previamente publicados en todo el continuo de salud usando Espectroscopia del infrarrojo cercano, en combinación con la menor negativa presión y cubremanos ejercicio del cuerpo, evaluar simpatolisis funcional.
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Discussion
Los métodos descritos permiten una evaluación no invasiva, clínica de hiperemia reactiva, acoplamiento neurovascular y capacidad oxidativa del músculo esquelético en una sola visita de clínica o de laboratorio.
Consideraciones críticas
Aunque NIRS es relativamente robusto y fácil de usar, la recogida de estos datos requieren cuidadosa colocación de la optodes directamente sobre el vientre muscular, firmemente asegurado en su lugar para evitar artefactos de movimiento y cubierta con una sábana de vinilo negro en una habitación tenuemente iluminada para evitar interferencia de infrarrojo cercano de luz externa. Además, obtener datos de buena calidad depende en gran medida una comunicación clara entre el medidor y el sujeto y el equipo de pruebas. Nosotros y otros, hemos encontrado que cuando se realiza con cuidado apropiado, NIRS es altamente reproducible dentro de una visita de estudio individual y a través de múltiples visitas de10,11,24,29. Por otra parte, las variables de resultado fisiológico divulgadas adjunto (es decir, la capacidad oxidativa del músculo esquelético, hiperemia reactiva y acoplamiento neurovascular) son sensibles a la intervención experimental y clínicos, tanto dentro como entre visitas de estudio 30 , 31 , 10 , 11.
Existe consenso actualmente limitado en la divulgación apropiada de las variables de resultado NIRS. Por ejemplo, al medir la capacidad oxidativa del músculo esquelético, los investigadores han ajuste la cinética de recuperación de tejido saturación de2 O (presente estudio y otros33, HHb19, Hbdiff30 y HbO232 ). Además, una extensión similar en las variables de resultado también se han divulgado para hiperemia reactiva basada en NIRS. 34 , 35 , 36 , 37 Algunas de esta discrepancia pueden relacionarse con el tipo de dispositivo NIRS usado. Por ejemplo, dispositivos de dominio de la frecuencia (como los utilizados aquí) proporcionan la cuantificación absoluta de HbO2 y HHb y por lo tanto no pueden ser afectados por los cambios agudos en el contenido de Hb total (negación de la necesidad de corregir los datos). En cambio sin embargo, continuo-agite dispositivos grandemente son afectados por los cambios agudos en la hemoglobina total, que requieren corrección de datos25.
Modificaciones y la resolución de problemas
Una limitación importante y actualmente inevitable de NIRS es su profundidad de penetración limitada (~ 2 cm). Por lo tanto, puede reducir significativamente la adiposidad de la extremidad y eliminar incluso completamente — la señal NIRS y debería considerarse cuando los potenciales sujetos de investigación. Para controlar esto, se anima a los investigadores a medir pliegues cutáneos del antebrazo y excluir a los participantes con importante adiposidad periférica.
Cualquier factor que puede modular la reactividad vascular, acoplamiento neurovasculares o capacidad oxidativa del músculo esquelético (es decir, medicamento, mutaciones genéticas, etc.) de hecho afectarán a las mediciones de la punto final primaria descritas . Por lo tanto se anima a investigadores a tener en cuenta estos factores cuando la adaptación de este protocolo y planificación futura experimentación.
Para la determinación de simpatolisis funcional, investigadores puede incluir un segundo desafío LBNP descanso para asegurar la señal todavía está presente y que las diferencias observadas durante el ejercicio-LBNP no eran simplemente debido a la pérdida del error de medición o señal. Se recomienda para permitir 3-5 minutos permitir que la señal de la oxihemoglobina a recuperación total a valores basales antes de repetir el desafío LBNP descanso.
Futuras aplicaciones o indicaciones después de dominar esta técnica
Espectroscopia NIR utiliza luz láser para evaluar la concentración de hemoglobina oxigenada y desoxigenada en el tejido. Durante la medición de la hiperemia reactiva y simpatolisis funcional, cambios relativos en estos parámetros se creen que representan cambios en el flujo microvascular. Espectroscopia de correlación difusa (DCS) es una proyección de imagen infrarroja emergente enfoque que, además de evaluar la concentración de oxy- y desoxihemoglobina, también puede cuantificar la perfusión microvascular38. Dadas las evidentes similitudes entre estos dos métodos de proyección de imagen, incorporación de DCS en las técnicas propuestas sería prácticamente transparente y puede proporcionar la penetración adicional en la cuantificación de la perfusión y la función microvascular.
Una vez que se domina esta técnica, aplicación a poblaciones clínicas, tales como aquellos con insuficiencia cardiaca, proporcionará una visión mecanicista importante ejercicio intolerancia y disfunción cardiovascular.
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Disclosures
Los autores declaran que no tienen intereses financieros que compiten.
Acknowledgments
Este trabajo fue financiado por una Universidad de Texas en la beca del programa de investigación interdisciplinario de Arlington.
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 |
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