ספקטרוסקופיה אינפרא אדומה קרובה במהלך היפרמיה תגובתית להערכת תפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות
Summary
במאמר זה אנו מתארים גישה לא פולשנית המשתמשת בספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה להערכת היפרמיה תגובתית בגפה התחתונה. פרוטוקול זה מספק הערכה מתוקננת של תגובת כלי הדם והמיקרו-כלי דם שניתן להשתמש בה כדי לקבוע נוכחות של תפקוד לקוי של כלי הדם, כמו גם את היעילות של התערבויות טיפוליות.
Abstract
מחלות כלי דם של הגפה התחתונה תורמות באופן משמעותי לנטל העולמי של מחלות לב וכלי דם ותחלואה נלווית כגון סוכרת. חשוב לציין, תפקוד לקוי של כלי הדם יכול להתרחש לפני, או לצידו, פתולוגיה מקרו-וסקולרית, ושניהם עשויים לתרום לסימפטומים של המטופל ולנטל המחלה. במאמר זה אנו מתארים גישה לא פולשנית המשתמשת בספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (NIRS) במהלך היפרמיה תגובתית, המספקת הערכה מתוקננת של תפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות (דיס) ושיטה פוטנציאלית להערכת היעילות של התערבויות טיפוליות. בניגוד לשיטות חלופיות, כגון אולטרסאונד משופר בניגודיות, גישה זו אינה דורשת גישה ורידית או ניתוח תמונה מתוחכם, והיא זולה ופחות תלויה במפעיל. תיאור זה של שיטת NIRS כולל תוצאות מייצגות וטרמינולוגיה סטנדרטית לצד דיון בשיקולי מדידה, מגבלות ושיטות חלופיות. יישום עתידי של עבודה זו ישפר את הסטנדרטיזציה של תכנון מחקר כלי דם, הליכי איסוף נתונים ודיווח הרמוני, ובכך ישפר את תוצאות המחקר התרגומי בתחומים של תפקוד כלי דם בגפיים התחתונות (דיס), מחלות וטיפול.
Introduction
מחלות לב וכלי דם (CVD) הן התורמות המובילות לתמותה עולמית1. בעוד אוטם שריר הלב ושבץ הם הביטויים השכיחים ביותר של CVD, מחלות כלי דם של הגפיים התחתונות, כגון מחלת עורקים היקפית (PAD) ומחלת כף רגל סוכרתית, תורמות באופן משמעותי לנטל האישי, החברתי והבריאותי של CVD 2,3,4. חשוב לציין כי מצבי מחלה אלה מאופייניםבתפקוד לקוי של כלי הדם והלב 5 התורמים לתסמינים (למשל, צליעה לסירוגין), פגיעה תפקודית, ניידות לקויה וכן בידוד חברתי ואיכות חיים ירודה6. מבחינה היסטורית, טכניקות הערכת כלי דם בגפיים העליונות שימשו כמדד לתפקוד כלי דם מערכתי ולסיכון קרדיווסקולרי נלווה; עם זאת, שיטות אלה אינן רגישות לליקויים מקומיים בתפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות 7,8. בעוד שכיום קיים מגוון טכניקות המשמשות להערכת תפקוד כלי הדם בגפה התחתונה, כגון התרחבות בתיווך זרימה (FMD) ואולטרסאונד משופר בניגודיות, לכל שיטה יש חסרונות ומגבלות, כגון עלות ציוד, מיומנות מפעיל או הצורך בגישה ורידית פולשנית. מסיבות אלה, יש צורך בטכניקות סטנדרטיות ויעילות להערכת תפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות (דיס) שניתן ליישם בקלות רבה יותר במחקר ובמסגרות קליניות.
ספקטרוסקופיית גל רציף קרוב לאינפרא אדום (CW-NIRS) היא שיטה לא פולשנית, זולה וניידת המכמתת את השינויים היחסיים בחמצון המוגלובין in vivo. מכיוון שאותות ההמוגלובין המחומצנים והלא מחומצנים של NIRS נגזרים מכלי הדם הקטנים (בקוטר <1 מ"מ),ניתן להעריך את חילוף החומרים המקומי בשרירי השלד ואת תפקוד כלי הדם 9. באופן ספציפי, מדד רוויית הרקמה (TSI) [TSI = המוגלובין מחומצן/ (המוגלובין מחומצן + המוגלובין לא מחומצן) x 100], מספק מדד כמותי של חמצון רקמות9. כאשר נמדדים לפני, במהלך ואחרי חסימה והיפרמיה תגובתית, השינויים ב-TSI מצביעים על תגובתיות כלי דם של “איברי הקצה”, יחסית לקו הבסיס שלפני החסימה. חשוב לציין, שיטה זו רגישה לשינויים בתגובת כלי הדם המיקרו-וסקולריים של השרירים ובזילוח הקשורים לגיל10, התקדמות המחלה11, והתערבויות קליניות (למשל, ניתוח רה-וסקולריזציה12,13 או שיקום פעילות גופנית 14,15,16,17) אצל אנשים עם, או בסיכון לתפקוד לקוי של כלי הדם.
זמינותן של מערכות NIRS הובילה לעלייה מהירה במספר המחקרים המדווחים על תפקוד מיקרו-כלי דם18. עם זאת, הבדלים בפרוטוקולים לבדיקת היפרמיה תגובתית, השמטת שיטות NIRS מפורטות הניתנות לחזרה, כמו גם חוסר אחידות בתיאור, בהצגה ובניתוח של פרמטרי התגובה של NIRS הופכים את ההשוואות בין ניסויים בודדים למאתגרות. זה מגביל את איסוף הנתונים עבור מטא-אנליזה ואת ניסוח המלצות הערכה קלינית 9,15.
לכן, במאמר זה, אנו מתארים את הפרוטוקולים המתוקננים של המעבדה שלנו לבדיקת NIRS וחסימת כלי דם להערכת היפרמיה תגובתית בגפיים התחתונות. על ידי הפצת שיטות אלה, אנו שואפים לתרום לשיפור הסטנדרטיזציה והחזרתיות של הליכי איסוף נתונים ודיווח הרמוני.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מתאר נהלים סטנדרטיים להערכת היפרמיה תגובתית בגפיים התחתונות באמצעות CW-NIRS TSI להערכת תפקוד כלי הדם. פרוטוקול זה שוכלל על ידי בחינת משך חסימת השרוול על גודל התגובה, אמינות הבדיקה החוזרת של NIRS במהלך היפרמיה תגובתית, כמו גם רמת ההסכמה בין NIRS ושיטות אחרות להערכת כלי דם כגון אולטרסאונד מש?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות לד”ר א. מנזס, שעבודתו הקודמת תרמה לחידוד הפרוטוקול המתואר כאן. בנוסף, המחברים רוצים להודות לכל משתתפי המחקר שתרמו מזמנם כדי לאפשר פיתוח פרוטוקולים כאלה על מנת לקדם הבנה קלינית ומדעית.
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).
