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Summary

Hier beschreiben wir einen nicht-invasiven Ansatz mit Nahinfrarotspektroskopie zur Beurteilung einer reaktiven Hyperämie in der unteren Extremität. Dieses Protokoll bietet eine standardisierte Beurteilung der vaskulären und mikrovaskulären Reaktionsfähigkeit, die zur Bestimmung des Vorhandenseins einer vaskulären Dysfunktion sowie der Wirksamkeit therapeutischer Interventionen verwendet werden kann.

Abstract

Gefäßerkrankungen der unteren Extremität tragen wesentlich zur weltweiten Belastung durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Begleiterkrankungen wie Diabetes bei. Wichtig ist, dass mikrovaskuläre Dysfunktionen vor oder neben der makrovaskulären Pathologie auftreten können, und beide tragen möglicherweise zu Patientensymptomen und Krankheitslast bei. In dieser Arbeit beschreiben wir einen nicht-invasiven Ansatz mit Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) bei reaktiver Hyperämie, der eine standardisierte Beurteilung der vaskulären (Dys)funktion der unteren Extremitäten und eine mögliche Methode zur Bewertung der Wirksamkeit therapeutischer Interventionen bietet. Im Gegensatz zu alternativen Methoden, wie z. B. kontrastmittelverstärktem Ultraschall, erfordert dieser Ansatz keinen venösen Zugang oder eine ausgefeilte Bildanalyse, ist kostengünstig und weniger bedienerabhängig. Diese Beschreibung der NIRS-Methode enthält repräsentative Ergebnisse und Standardterminologie sowie die Erörterung von Messüberlegungen, Einschränkungen und alternativen Methoden. Die zukünftige Anwendung dieser Arbeit wird die Standardisierung des vaskulären Forschungsdesigns, der Datenerhebungsverfahren und der harmonisierten Berichterstattung verbessern und dadurch die translationalen Forschungsergebnisse in den Bereichen vaskuläre (Dys)funktion der unteren Extremitäten, Krankheit und Behandlung verbessern.

Introduction

Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) sind die Hauptursache für die weltweite Sterblichkeit¹. Während Myokardinfarkt und Schlaganfall die häufigsten Manifestationen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind, tragen Gefäßerkrankungen der unteren Extremitäten, wie die periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK) und die diabetische Fußerkrankung, wesentlich zur persönlichen, sozialen und gesundheitlichen Belastung durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei ^2,3,4. Wichtig ist, dass diese Krankheitszustände durch mikrovaskuläre und makrovaskuläre Dysfunktionen^{gekennzeichnet sind 5}, die zu Symptomen (z. B. Claudicatio intermittens), Funktionsbeeinträchtigungen, eingeschränkter Mobilität sowie sozialer Isolation und verminderter Lebensqualität^{beitragen 6}. In der Vergangenheit wurden Techniken zur Beurteilung der Gefäße der oberen Gliedmaßen als Maß für die systemische Gefäßfunktion und das damit verbundene kardiovaskuläre Risiko verwendet. Diese Methoden sind jedoch möglicherweise nicht sensitiv gegenüber lokalen Beeinträchtigungen der Gefäßfunktion der unteren Extremitäten ^7,8. Obwohl es derzeit eine Reihe von Techniken gibt, die zur Beurteilung der Gefäßfunktion in der unteren Extremität verwendet werden, wie z. B. die flussvermittelte Dilatation (FMD) und der kontrastmittelverstärkte Ultraschall, hat jede Methode Nachteile und Einschränkungen, wie z. B. die Kosten für die Ausrüstung, die Fähigkeiten des Bedieners oder die Notwendigkeit eines invasiven venösen Zugangs. Aus diesen Gründen besteht ein Bedarf an standardisierten und effektiven Techniken zur Bewertung der vaskulären (Dys)funktion der unteren Extremitäten, die in Forschung und Klinik leichter implementiert werden können.

Die kontinuierliche Nahinfrarotspektroskopie (CW-NIRS) ist eine nicht-invasive, kostengünstige und tragbare Methode, die die relativen Veränderungen der Hämoglobin-Oxygenierung in vivo quantifiziert. Da die NIRS-sauerstoff- und -desoxygenierten Hämoglobinsignale von den kleinen Gefäßen (<1 mm Durchmesser) stammen, können der lokale Skelettmuskelstoffwechsel und die mikrovaskuläre Funktion ausgewertet werden⁹. Konkret liefert der Gewebesättigungsindex (TSI) [TSI = oxygeniertes Hämoglobin/ (oxygeniertes Hämoglobin + desoxygeniertes Hämoglobin) x 100] ein quantitatives Maß für die Oxygenierung des Gewebes⁹. Bei der Messung vor, während und nach Okklusion und reaktiver Hyperämie deuten die Veränderungen des TSI auf eine vaskuläre Reaktionsfähigkeit der Endorgane im Vergleich zum Ausgangswert vor der Okklusion hin. Wichtig ist, dass diese Methode empfindlich auf Veränderungen der mikrovaskulären Reaktionsfähigkeit und Durchblutung der Muskeln reagiert, die mit dem Alter¹⁰, dem Fortschreiten der Krankheit¹¹ und klinischen Eingriffen (z. B. Revaskularisationschirurgie^12,13 oder Bewegungsrehabilitation 14,15,16,17) bei Personen mit mikrovaskulärer Dysfunktion oder einem Risiko dafür verbunden sind.

Die Verfügbarkeit von NIRS-Systemen hat zu einem raschen Anstieg der Zahl der Forschungsstudien geführt, die über die mikrovaskuläre Funktion berichten¹⁸. Unterschiede in den Testprotokollen für reaktive Hyperämie, das Fehlen detaillierter, wiederholbarer NIRS-Methoden sowie ein Mangel an Einheitlichkeit bei der Beschreibung, Darstellung und Analyse der NIRS-Reaktionsparameter machen Vergleiche zwischen einzelnen Studien jedoch zu einer Herausforderung. Dies schränkt die Zusammenstellung von Daten für die Metaanalyse und die Formulierung von Empfehlungen für die klinische Bewertung^{ein 9,15}.

Aus diesem Grund beschreiben wir in diesem Artikel die standardisierten NIRS- und Gefäßverschluss-Testprotokolle unseres Labors zur Beurteilung der reaktiven Hyperämie der unteren Extremitäten. Durch die Verbreitung dieser Methoden wollen wir zu einer besseren Standardisierung und Wiederholbarkeit der Datenerhebungsverfahren und einer harmonisierten Berichterstattung beitragen.

Protocol

Alle hier beschriebenen Methoden wurden von der Ethikkommission für die Humanforschung der University of the Sunshine Coast genehmigt. Darüber hinaus gaben alle Teilnehmer ihre schriftliche Einverständniserklärung zur Teilnahme an den in diesem Protokoll beschriebenen Messungen. Bitte beachten Sie, dass ein Gefäßverschlusstest in der unteren Extremität bei Personen kontraindiziert ist, die sich zuvor einem Revaskularisationsverfahren unterzogen haben, bei dem ein Gefäßtransplantat oder ein Stenting der Oberschen…

Representative Results

Nahinfrarot-SpektroskopieDauerstrich-Nahinfrarotspektroskopiegeräte messen relative Änderungen des sauerstoffhaltigen (O2Hb) und desoxygenierten (HHb) Hämoglobins, die die lokale O2 -Abgabe und -Nutzung über lichtemittierende Quellen und Photodetektoren widerspiegeln, die in bestimmten Abständen voneinander angeordnet sind. Es werden Wellenlängen des Lichts zwischen ~700 nm und 850 nm emittiert, was der maximalen Absorption vonO2Hb und HHb entspricht. S…

Discussion

In diesem Artikel werden standardisierte Verfahren zur Beurteilung der reaktiven Hyperämie der unteren Extremitäten unter Verwendung der CW-NIRS TSI zur Beurteilung der mikrovaskulären Funktion beschrieben. Dieses Protokoll wurde verfeinert durch die Untersuchung der Dauer des Verschlusses der Manschette in Bezug auf das Ausmaß des Ansprechens, der Reliabilität des NIRS-Tests bei reaktiver Hyperämie sowie des Grades der Übereinstimmung zwischen NIRS und anderen Methoden der mikrovaskulären Beurteilung, wie z. B. …

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