التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة أثناء احتقان الدم التفاعلي لتقييم وظيفة الأوعية الدموية للأطراف السفلية
Summary
هنا ، نصف نهجا غير جراحي باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة لتقييم احتقان الدم التفاعلي في الطرف السفلي. يوفر هذا البروتوكول تقييما موحدا لاستجابة الأوعية الدموية والأوعية الدموية الدقيقة التي يمكن استخدامها لتحديد وجود خلل وظيفي في الأوعية الدموية وكذلك فعالية التدخلات العلاجية.
Abstract
تساهم أمراض الأوعية الدموية في الطرف السفلي بشكل كبير في العبء العالمي لأمراض القلب والأوعية الدموية والأمراض المصاحبة مثل مرض السكري. الأهم من ذلك ، يمكن أن يحدث خلل وظيفي في الأوعية الدموية الدقيقة قبل أو جنبا إلى جنب مع أمراض الأوعية الدموية الكبيرة ، وكلاهما يحتمل أن يساهم في أعراض المريض وعبء المرض. هنا ، نصف نهجا غير جراحي باستخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS) أثناء احتقان الدم التفاعلي ، والذي يوفر تقييما موحدا لوظيفة الأوعية الدموية للأطراف السفلية (dys) وطريقة محتملة لتقييم فعالية التدخلات العلاجية. على عكس الطرق البديلة ، مثل الموجات فوق الصوتية المحسنة بالتباين ، لا يتطلب هذا النهج وصولا وريديا أو تحليلا متطورا للصور ، وهو غير مكلف وأقل اعتمادا على المشغل. يتضمن هذا الوصف لطريقة NIRS نتائج تمثيلية ومصطلحات قياسية إلى جانب مناقشة اعتبارات القياس والقيود والطرق البديلة. سيؤدي التطبيق المستقبلي لهذا العمل إلى تحسين توحيد تصميم أبحاث الأوعية الدموية ، وإجراءات جمع البيانات ، وإعداد التقارير المنسقة ، وبالتالي تعزيز نتائج البحوث الانتقالية في مجالات وظيفة الأوعية الدموية للأطراف السفلية (DYS) والمرض والعلاج.
Introduction
أمراض القلب والأوعية الدموية (CVD) هي المساهم الرئيسي في الوفيات العالمية1. في حين أن احتشاء عضلة القلب والسكتة الدماغية هي المظاهر الأكثر شيوعا للأمراض القلبية الوعائية ، فإن أمراض الأوعية الدموية في الأطراف السفلية ، مثل أمراض الشرايين الطرفية (PAD) وأمراض القدم السكرية ، تساهم بشكل كبير في العبء الشخصي والاجتماعي والرعاية الصحية للأمراض القلبية الوعائية2،3،4. الأهم من ذلك ، تتميز هذه الحالات المرضية بخلل وظيفي في الأوعية الدموية الدقيقةوالأوعية الدموية الكبيرة 5 التي تساهم في الأعراض (على سبيل المثال ، العرج المتقطع) ، والضعف الوظيفي ، وضعف الحركة ، فضلا عن العزلة الاجتماعية وانخفاض نوعية الحياة6. تاريخيا ، تم استخدام تقنيات تقييم الأوعية الدموية للأطراف العلوية كمقياس لوظيفة الأوعية الدموية الجهازية والمخاطر القلبية الوعائية المرتبطة بها. ومع ذلك ، من المحتمل ألا تكون هذه الطرق حساسة للإعاقات الموضعية في وظيفة الأوعية الدموية للأطراف السفلية 7,8. في حين أن هناك حاليا مجموعة من التقنيات المستخدمة لتقييم وظيفة الأوعية الدموية في الطرف السفلي ، مثل التوسع بوساطة التدفق (FMD) والموجات فوق الصوتية المحسنة بالتباين ، فإن كل طريقة لها عيوب وقيود ، مثل تكلفة المعدات أو مهارة المشغل أو الحاجة إلى الوصول الوريدي الغازي. لهذه الأسباب ، هناك حاجة إلى تقنيات موحدة وفعالة لتقييم وظيفة الأوعية الدموية للأطراف السفلية (dys) التي يمكن تنفيذها بسهولة أكبر في البيئات البحثية والسريرية.
التحليل الطيفي للموجة المستمرة القريبة من الأشعة تحت الحمراء (CW-NIRS) هو طريقة غير جراحية ومنخفضة التكلفة ومحمولة تحدد التغيرات النسبية في أكسجة الهيموجلوبين في الجسم الحي. نظرا لأن إشارات الهيموجلوبين المؤكسجة وغير المؤكسجة NIRS مشتقة من الأوعية الصغيرة (قطرها <1 مم) ، يمكن تقييم استقلاب العضلات الهيكلية المحلية ووظيفة الأوعية الدموية الدقيقة9. على وجه التحديد ، يوفر مؤشر تشبع الأنسجة (TSI) [TSI = الهيموغلوبين المؤكسج / (الهيموغلوبين المؤكسج + الهيموغلوبين غير المؤكسج) × 100] ، مقياسا كميا لأكسجة الأنسجة9. عند قياسها قبل وأثناء وبعد الانسداد واحتقان الدم التفاعلي ، تشير التغييرات في TSI إلى استجابة الأوعية الدموية “للعضو النهائي” ، بالنسبة إلى خط الأساس قبل الانسداد. الأهم من ذلك ، أن هذه الطريقة حساسة للتغيرات في استجابة الأوعية الدموية الدقيقة للعضلات والتروية المرتبطة بالشيخوخة10 ، وتطور المرض11 ، والتدخلات السريرية (على سبيل المثال ، جراحة إعادة التوعي12،13 أو إعادة تأهيل التمرين14،15،16،17) في الأفراد الذين يعانون من خلل وظيفي في الأوعية الدموية الدقيقة أو معرضين لخطر الإصابة به.
أدى توافر أنظمة NIRS إلى ارتفاع سريع في عدد الدراسات البحثية التي تبلغ عن وظيفة الأوعية الدموية الدقيقة18. ومع ذلك ، فإن الاختلافات في بروتوكولات اختبار احتقان الدم التفاعلي ، وإغفال طرق NIRS التفصيلية والقابلة للتكرار ، فضلا عن عدم التوحيد في وصف وعرض وتحليل معلمات استجابة NIRS تجعل المقارنات عبر التجارب الفردية صعبة. هذا يحد من تجميع البيانات للتحليل التلوي وصياغة توصيات التقييم السريري 9,15.
لذلك ، في هذه المقالة ، نصف بروتوكولات NIRS وبروتوكولات اختبار انسداد الأوعية الدموية القياسية في مختبرنا لتقييم احتقان الدم التفاعلي للأطراف السفلية. من خلال نشر هذه الأساليب ، نهدف إلى المساهمة في تحسين توحيد وتكرار إجراءات جمع البيانات وتنسيق التقارير.
Protocol
Representative Results
Discussion
توضح هذه المقالة الإجراءات الموحدة لتقييم احتقان الدم التفاعلي للأطراف السفلية باستخدام CW-NIRS TSI لتقييم وظيفة الأوعية الدموية الدقيقة. تم تحسين هذا البروتوكول عن طريق فحص مدة انسداد الكفة على حجم الاستجابة ، وموثوقية اختبار NIRS وإعادة الاختبار أثناء احتقان الدم التفاعلي ، وكذلك مستوى الات…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
مينيسيس الذي ساهم عمله السابق في صقل البروتوكول الموصوف هنا. بالإضافة إلى ذلك ، يود المؤلفون أن يشكروا جميع المشاركين في البحث الذين تبرعوا بوقتهم لتمكين تطوير بروتوكولات مثل هذه من أجل تعزيز الفهم السريري والعلمي.
Materials
| Cuff Inflator Air Source | Hokanson | AG101 AIR SOURCE | |
| Elastic Cohesive Bandage | MaxoWrap | 18228-BL | For blocking out ambient light |
| OxySoft | Artinis | 3.3.341 x64 | |
| PortaLite (NIRS) | Artinis | 0302-00019-00 | |
| PortaSync MKII (Remote) | Artinis | 0702-00860-00 | For Marking milestones during measurement |
| Rapid Cuff Inflator | Hokanson | E20 RAPID CUFF INFLATOR | |
| Thigh Cuff | Hokanson | CC17 | |
| Transpore Surgical Tape | 3M | 1527-1 | For fixing probe to skin |
References
- Hasani, W. S. R., et al. The global estimate of premature cardiovascular mortality: A systematic review and meta-analysis of age-standardized mortality rate. BMC Public Health. 23 (1), 1561 (2023).
- Horvath, L., et al. Epidemiology of peripheral artery disease: Narrative review. Life (Basel). 12 (7), 1041 (2022).
- Jodheea-Jutton, A., Hindocha, S., Bhaw-Luximon, A. Health economics of diabetic foot ulcer and recent trends to accelerate treatment). Foot (Edinb). 52, 101909 (2022).
- Rodrigues, B. T., Vangaveti, V. N., Urkude, R., Biros, E., Malabu, U. H. Prevalence and risk factors of lower limb amputations in patients with diabetic foot ulcers: A systematic review and meta-analysis. Diabetes Metab Syndr-Clinin Res Rev. 16 (2), 102397 (2022).
- Jung, F., et al. Microcirculation in hypertensive patients. Biorheology. 50 (5-6), 241-255 (2013).
- Bethel, M., Annex, B. H. Peripheral arterial disease: A small and large vessel problem. AmHeart J Plus: Cardio Res Prac. 28, 133291 (2023).
- Thijssen, D. H. J., et al. Expert consensus and evidence-based recommendations for the assessment of flow-mediated dilation in humans. Eur Heart J. 40 (30), 2534-2547 (2019).
- Sanada, H., et al. Vascular function in patients with lower extremity peripheral arterial disease: A comparison of functions in upper and lower extremities. Atherosclerosis. 178 (1), 179-185 (2005).
- Barstow, T. J. Understanding near-infrared spectroscopy and its application to skeletal muscle research. J App Phys. 126 (5), 1360-1376 (2019).
- Rogers, E. M., Banks, N. F., Jenkins, N. D. M. Metabolic and microvascular function assessed using near-infrared spectroscopy with vascular occlusion in women: Age differences and reliability. Exp Physiol. 108 (1), 123-134 (2023).
- Manfredini, F., et al. A toe flexion nirs assisted test for rapid assessment of foot perfusion in peripheral arterial disease: Feasibility, validity, and diagnostic accuracy. Eur J Vasc Endovasc Surg. 54 (2), 187-194 (2017).
- Boezeman, R. P., Moll, F. L., Unlu, C., De Vries, J. P. Systematic review of clinical applications of monitoring muscle tissue oxygenation with near-infrared spectroscopy in vascular disease. Microvasc Res. 104, 11-22 (2016).
- Baltrunas, T., et al. Measurement of revascularization effect using near-infrared spectroscopy in below the knee arteries. Rev Cardiovasc Med. 23 (9), 299 (2022).
- Tuesta, M., Yanez-Sepulveda, R., Verdugo-Marchese, H., Mateluna, C., Alvear-Ordenes, I. Near-infrared spectroscopy used to assess physiological muscle adaptations in exercise clinical trials: A systematic review. Biology (Basel). 11 (7), 1073 (2022).
- Cornelis, N., et al. The use of near-infrared spectroscopy to evaluate the effect of exercise on peripheral muscle oxygenation in patients with lower extremity artery disease: A systematic review. Eur J Vasc Endovasc Surg. 61 (5), 837-847 (2021).
- Whyte, E., Thomas, S., Marzolini, S. Muscle oxygenation of the paretic and nonparetic legs during and after exercise in chronic stroke: Implications for mobility. PM R. 15 (10), 1239-1248 (2023).
- Soares, R. N., George, M. A., Proctor, D. N., Murias, J. M. Differences in vascular function between trained and untrained limbs assessed by near-infrared spectroscopy. Eur J Appl Physiol. 118 (10), 2241-2248 (2018).
- Joseph, S., et al. Near infrared spectroscopy in peripheral artery disease and the diabetic foot: A systematic review. Diabetes Metab Res Rev. 38 (7), 3571 (2022).
- Willingham, T. B., Southern, W. M., Mccully, K. K. Measuring reactive hyperemia in the lower limb using near-infrared spectroscopy. J Biomed Opt. 21 (9), 091302 (2016).
- Jones, S., Chiesa, S. T., Chaturvedi, N., Hughes, A. D. Recent developments in near-infrared spectroscopy (nirs) for the assessment of local skeletal muscle microvascular function and capacity to utilise oxygen. Artery Res. 16, 25-33 (2016).
- Soares, R. N., et al. Effects of a rehabilitation program on microvascular function of CHD patients assessed by near-infrared spectroscopy. Physiol Rep. 7 (11), e14145 (2019).
- Baltrunas, T., et al. The use of near-infrared spectroscopy in the diagnosis of peripheral artery disease: A systematic review. Vascular. 30 (4), 715-727 (2022).
- Young, G. M., et al. Influence of cuff-occlusion duration on contrast-enhanced ultrasound assessments of calf muscle microvascular blood flow responsiveness in older adults. Exp Physiol. 105 (12), 2238-2245 (2020).
- Young, G. M., et al. The association between contrast-enhanced ultrasound and near-infrared spectroscopy-derived measures of calf muscle microvascular responsiveness in older adults. Heart Lung Circ. 30 (11), 1726-1733 (2021).
- Rosenberry, R., Nelson, M. D. Reactive hyperemia: A review of methods, mechanisms, and considerations. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 318 (3), R605-R618 (2020).
- Iannetta, D., et al. Reliability of microvascular responsiveness measures derived from near-infrared spectroscopy across a variety of ischemic periods in young and older individuals. Microvasc Res. 122, 117-124 (2019).
- Celermajer, D. S., et al. Non-invasive detection of endothelial dysfunction in children and adults at risk of atherosclerosis. Lancet. 340 (8828), 1111-1115 (1992).
- Thijssen, D. H. J., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: A methodological and physiological guideline. Am J Physiol-Heart Circ Physiol. 300 (1), H2-H12 (2011).
- Inaba, Y., Chen, J. A., Bergmann, S. R. Prediction of future cardiovascular outcomes by flow-mediated vasodilatation of brachial artery: A meta-analysis. Int J Cardiovasc Imaging. 26 (6), 631-640 (2010).
- Soares, R. N., De Oliveira, G. V., Alvares, T. S., Murias, J. M. The effects of the analysis strategy on the correlation between the NIRS reperfusion measures and the FMD response. Microvasc Res. 127, 103922 (2020).
- Tucker, W. J., et al. Studies into the determinants of skeletal muscle oxygen consumption: Novel insight from near-infrared diffuse correlation spectroscopy. J Physiol-London. 597 (11), 2887-2901 (2019).
- Tucker, W. J., et al. Near-infrared diffuse correlation spectroscopy tracks changes in oxygen delivery and utilization during exercise with and without isolated arterial compression. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 318 (1), R81-R88 (2020).
- Wassenaar, E. B., Van Den Brand, J. G. Reliability of near-infrared spectroscopy in people with dark skin pigmentation. J Clinic Monit Comput. 19 (3), 195-199 (2005).
- Soares, R. N., Murias, J. M. Near-infrared spectroscopy assessment of microvasculature detects difference in lower limb vascular responsiveness in obese compared to lean individuals. Microvasc Res. 118, 31-35 (2018).
- Boezeman, R. P., et al. Monitoring of foot oxygenation with near-infrared spectroscopy in patients with critical limb ischemia undergoing percutaneous transluminal angioplasty: A pilot study. Eur J Vasc Endovasc Surg. 52 (5), 650-656 (2016).
- Lin, B. S., et al. Using wireless near-infrared spectroscopy to predict wound prognosis in diabetic foot ulcers. Adv Skin Wound Care. 33 (1), 1-12 (2020).
- Weingarten, M. S., et al. Diffuse near-infrared spectroscopy prediction of healing in diabetic foot ulcers: A human study and cost analysis. Wound Repair. 20 (2), A44-A44 (2012).
- Murrow, J. R., et al. Near-infrared spectroscopy-guided exercise training for claudication in peripheral arterial disease. Eur J Prev Cardiol. 26 (5), 471-480 (2018).
