JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

Alt ekstremite vasküler fonksiyonunun değerlendirilmesi için reaktif hiperemi sırasında yakın kızılötesi spektroskopisi

Published: March 22, 2024
doi:
10.3791/66511
, , , , , ,
1VasoActive Research Group, School of Health,University of the Sunshine Coast, 2Centre for Trials Research, College of Biomedical and Life Sciences,Cardiff University, 3Sunshine Coast Health Institute, Sunshine Coast Hospital and Health Service

Summary

Burada, alt ekstremitedeki reaktif hiperemiyi değerlendirmek için yakın kızılötesi spektroskopi kullanan non-invaziv bir yaklaşımı tanımladık. Bu protokol, vasküler disfonksiyonun varlığını ve terapötik girişimlerin etkinliğini belirlemek için kullanılabilecek vasküler ve mikrovasküler yanıtın standart bir değerlendirmesini sağlar.

Abstract

Alt ekstremitenin vasküler hastalıkları, kardiyovasküler hastalıkların ve diyabet gibi komorbiditelerin küresel yüküne önemli ölçüde katkıda bulunur. Daha da önemlisi, mikrovasküler disfonksiyon makrovasküler patolojiden önce veya onunla birlikte ortaya çıkabilir ve her ikisi de potansiyel olarak hasta semptomlarına ve hastalık yüküne katkıda bulunur. Burada, reaktif hiperemi sırasında alt ekstremite vasküler (dis) fonksiyonunun standart bir değerlendirmesini ve terapötik müdahalelerin etkinliğini değerlendirmek için potansiyel bir yöntem sağlayan yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS) kullanan non-invaziv bir yaklaşımı açıklıyoruz. Kontrastlı ultrason gibi alternatif yöntemlerin aksine, bu yaklaşım venöz erişim veya karmaşık görüntü analizi gerektirmez ve ucuzdur ve operatöre daha az bağımlıdır. NIRS yönteminin bu açıklaması, ölçüm hususlarının, sınırlamaların ve alternatif yöntemlerin tartışılmasının yanı sıra temsili sonuçları ve standart terminolojiyi içerir. Bu çalışmanın gelecekteki uygulaması, vasküler araştırma tasarımının, veri toplama prosedürlerinin ve uyumlaştırılmış raporlamanın standardizasyonunu geliştirecek, böylece alt ekstremite vasküler (disfonksiyon), hastalık ve tedavi alanlarında translasyonel araştırma sonuçlarını geliştirecektir.

Introduction

Kardiyovasküler hastalık (KVH), küresel mortaliteye en çok katkıda bulunan faktördür1. Miyokard enfarktüsü ve inme KVH’nin en sık görülen belirtileri olmakla birlikte, periferik arter hastalığı (PAH) ve diyabetik ayak hastalığı gibi alt ekstremitelerin vasküler hastalıkları, KVH 2,3,4’ün kişisel, sosyal ve sağlık yüküne önemli ölçüde katkıda bulunur. Daha da önemlisi, bu hastalık durumları mikrovasküler ve makrovasküler disfonksiyonile karakterizedir 5 semptomlara (örneğin, aralıklı topallama), fonksiyonel bozulmaya, zayıf hareketliliğe, ayrıca sosyal izolasyona ve düşük yaşam kalitesine6 katkıda bulunur. Tarihsel olarak, üst ekstremite vasküler değerlendirme teknikleri, sistemik vasküler fonksiyonun ve ilişkili kardiyovasküler riskin bir ölçüsü olarak kullanılmıştır; Bununla birlikte, bu yöntemler alt ekstremite vasküler fonksiyonundaki lokal bozukluklara potansiyel olarak duyarlı değildir 7,8. Şu anda alt ekstremitede vasküler fonksiyonu değerlendirmek için kullanılan akış aracılı dilatasyon (FMD) ve kontrastlı ultrason gibi bir dizi teknik olsa da, her yöntemin ekipman maliyeti, operatör becerisi veya invaziv venöz erişim ihtiyacı gibi dezavantajları ve sınırlamaları vardır. Bu nedenlerden dolayı, alt ekstremite vasküler (dis)fonksiyonunu değerlendirmek için araştırma ve klinik ortamlarda daha kolay uygulanabilecek standartlaştırılmış ve etkili tekniklere ihtiyaç vardır.

Sürekli dalga yakın kızılötesi spektroskopisi (CW-NIRS), in vivo olarak hemoglobin oksijenasyonundaki nispi değişiklikleri ölçen invaziv olmayan, düşük maliyetli ve taşınabilir bir yöntemdir. NIRS oksijenli ve oksijensiz hemoglobin sinyalleri küçük (<1 mm çapında) damarlardan türetildiğinden, lokal iskelet kası metabolizması ve mikrovasküler fonksiyon değerlendirilebilmektedir9. Spesifik olarak, doku doygunluk indeksi (TSI) [TSI = oksijenli hemoglobin/ (oksijenli hemoglobin + oksijensiz hemoglobin) x 100], doku oksijenlenmesinin kantitatif bir ölçümünü sağlar9. Oklüzyon ve reaktif hiperemi öncesinde, sırasında ve sonrasında ölçüldüğünde, TSI’deki değişiklikler, oklüzyon öncesi taban çizgisine göre ‘son organ’ vasküler yanıtını gösterir. Daha da önemlisi, bu yöntem, yaşlanma10, hastalığın ilerlemesi11 ve klinik müdahaleler (örneğin, revaskülarizasyon cerrahisi12,13 veya egzersiz rehabilitasyonu 14,15,16,17) ile ilişkili kas mikrovasküler yanıt verme ve perfüzyonundaki değişikliklere duyarlıdır., mikrovasküler disfonksiyonu olan veya risk altında olan kişilerde.

NIRS sistemlerinin mevcudiyeti, mikrovasküler fonksiyonu bildiren araştırma çalışmalarının sayısında hızlı bir artışa yol açmıştır18. Bununla birlikte, reaktif hiperemi test protokollerindeki farklılıklar, ayrıntılı, tekrarlanabilir NIRS yöntemlerinin ihmal edilmesi ve NIRS yanıt parametrelerinin tanımı, sunumu ve analizinde tekdüzelik eksikliği, bireysel denemeler arasında karşılaştırmaları zorlaştırmaktadır. Bu, meta-analiz için verilerin harmanlanmasını ve klinik değerlendirme önerilerinin formülasyonunu sınırlar 9,15.

Bu nedenle, bu makalede, alt ekstremite reaktif hiperemisinin değerlendirilmesi için laboratuvarımızın standardize edilmiş NIRS ve vasküler oklüzyon test protokollerini açıklıyoruz. Bu yöntemleri yaygınlaştırarak, veri toplama prosedürlerinin ve uyumlaştırılmış raporlamanın gelişmiş standardizasyonuna ve tekrarlanabilirliğine katkıda bulunmayı amaçlıyoruz.

Protocol

Burada açıklanan tüm yöntemler, Sunshine Coast Üniversitesi’nin insan araştırmaları etik komitesi tarafından onaylanmıştır. Ayrıca, tüm katılımcılar bu protokolde belirtilen ölçümlere katılmak için yazılı bilgilendirilmiş onamlarını verdiler. Alt ekstremitede vasküler oklüzyon testinin, daha önce femoral veya popliteal arterlerin vasküler grefti veya stentlenmesini içeren bir revaskülarizasyon prosedürü geçirmiş kişilerde kontrendike olduğunu lütfen unutmayın. Ekipmanı hazırlad?…

Representative Results

Yakın kızılötesi spektroskopisiSürekli dalga yakın kızılötesi spektroskopi cihazları, ışık yayan kaynaklar ve fotodetektörler aracılığıyla yerel O2 iletimini ve kullanımını yansıtan oksijenli (O2Hb) ve oksijensiz (HHb) hemoglobindeki nispi değişiklikleri ölçer ve belirli mesafeleri birbirinden ayırır. ~700 nm ile 850 nm arasındaki ışık dalga boyları yayılır, bu daO2Hb ve HHb’nin tepe emiciliğine karşılık gelir. Yakın k?…

Discussion

Bu makale, mikrovasküler fonksiyonu değerlendirmek için CW-NIRS TSI kullanılarak alt ekstremite reaktif hiperemisinin değerlendirilmesi için standart prosedürleri özetlemektedir. Bu protokol, manşet oklüzyon süresinin yanıt büyüklüğü, reaktif hiperemi sırasında NIRS test-tekrar test güvenilirliği ve NIRS ile kontrastlı ultrason gibi diğer mikrovasküler değerlendirme yöntemleri arasındaki uyum düzeyinin incelenmesiyle rafine edilmiştir23,24<…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, önceki çalışmaları burada açıklanan protokolün iyileştirilmesine katkıda bulunan Dr. A. Meneses’e teşekkür eder. Ek olarak, yazarlar, klinik ve bilimsel anlayışı ilerletmek için bu tür protokollerin geliştirilmesini sağlamak için zamanlarını bağışlayan tüm araştırma katılımcılarına teşekkür etmek ister.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Horvath, L., et al. Epidemiology of peripheral artery disease: Narrative review. Life (Basel). 12 (7), 1041 (2022).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Jung, F., et al. Microcirculation in hypertensive patients. Biorheology. 50 (5-6), 241-255 (2013).
  6. Bethel, M., Annex, B. H. Peripheral arterial disease: A small and large vessel problem. AmHeart J Plus: Cardio Res Prac. 28, 133291 (2023).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Barstow, T. J. Understanding near-infrared spectroscopy and its application to skeletal muscle research. J App Phys. 126 (5), 1360-1376 (2019).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Baltrunas, T., et al. Measurement of revascularization effect using near-infrared spectroscopy in below the knee arteries. Rev Cardiovasc Med. 23 (9), 299 (2022).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).

Tags

Near-infrared SpectroscopyReactive HyperemiaVascular FunctionLower LimbCardiovascular DiseaseMicrovascular DysfunctionMacrovascular PathologyNon-invasive AssessmentTherapeutic InterventionsStandardized ApproachTranslational Research

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Kriel, Y., Kwintowski, A., Feka, K., Windsor, M., Young, G., Walker, M., Askew, C. D. Near-Infrared Spectroscopy During Reactive Hyperemia for the Assessment of Lower Limb Vascular Function . J. Vis. Exp. (205), e66511, doi:10.3791/66511 (2024).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image