Yöntem makalesi

Salınım Alt Vücut Negatif Basınç ve Projeksiyon Takip regresyon yoluyla Serebral otoregülasyonda Değerlendirilmesi

13.3K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/51082

⸱

10 Aralık 2014

 ,  , 
1Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Harvard Medical School, 2Cardiovascular Research Laboratory, Spaulding Hospital Cambridge

Bu makalede

Özet

Serebral perfüzyon, serebral otoregülasyon yoluyla bir dizi basınç boyunca korunur. Bununla birlikte, otoregülasyonun karakterize edilmesi, düzenlenmiş frekanslarda belirgin basınç dalgalanmaları gerektirir. Açıklanan protokol, salınımlı alt gövde negatif basıncının, otoregülasyon eğrisinin nicelleştirilmesi için projeksiyon takibi regresyonu için veri sağlamak üzere nasıl basınç dalgalanmaları oluşturabileceğini gösterecektir.

Özet

serebral perfüzyon sistemik geniş bir basınç aralığında sabit tutulur süreçtir. "serebral otoregülasyonun" olarak bilinen basınç değişimlerine karşı akım etkili söndürme 15 saniye ~ kadar kısa bir süre içinde meydana gelir ve uzun zaman süreleri zarfında tedricen daha büyük hale gelir. Böylece, kan basıncı yavaş değişiklikler etkin bir körelmiş ve hızlı değişiklikler veya dalgalanmalar serebral kan akımı yoluyla nispeten etkilenmemiş geçmektedir. serebral otoregülasyonda frekans bağımlılığını karakterize primer zorluk ilgi frekansları etrafında arter basıncında belirgin spontan dalgalanmaların olmaması (daha az ~ 0.07 Hz veya ~ 15 sn) 'dir. Salınım alt gövde negatif basınç (OLBNP) OLBNP frekansta arteriyel basınç dalgalanmaları sonucu santral karşılığında osilasyonları üretmek için kullanılabilecektir. Ayrıca, Projeksiyon Takip Regresyon (PPR) characteriz için parametrik olmayan bir yöntem sağlarE doğrusal olmayan bir önsel varsayımlar olmadan sisteme içkin ilişkiler ve serebral otoregülasyonda karakteristik olmayan lineer ortaya koymaktadır. OLBNP negatif basınç salınımları sıklığı yavaş olmak gibi arter basıncında daha büyük dalgalanmalar oluşturur; Ancak, serebral kan akımında dalgalanmalar giderek daha az olur. Bu nedenle, PPR altında OLBNP 0.05 Hz frekansları ve (20 sn döngüleri) de giderek daha belirgin otoregülatör bölgeyi gösterir. bu basınç ve serebral akış arasındaki karakteristik doğrusal olmayan ilişki laboratuar tabanlı tespitine imkan vermek ve fizyolojik değişikliklere yanı sıra entegre serebrovasküler kontrolü eşsiz fikir verebilir bu yaklaşımın amacı travmatik beyin hasarı, inme sonrası örneğin serebral otoregülasyonun (engelli altında yatan , vs.).

Giriş

süreç serebral perfüzyon ile hangi ". serebral otoregülasyonun" olarak bilinen beyin akış yanıtları 1 Orijinal gözlemler sistemik baskıların geniş bir yelpazede üzerinde sabit tutulur günlük düzenlenmesi için büyük önem taşımaktadır arter basıncında değişikliklere karşı bir karşı-düzenleme desteklenmektedir serebral perfüzyon. Otoregülasyonundaki karakterizasyonu sürekli, kontrollü hipo ve hipertansiyon çalışmalara dayanmaktadır olmasına rağmen, 2,3 direniş basınç kaynaklı değişiklikler 10 ila 90 saniye değişiklikleri kapsayan 'bir salınım süreci' 3 olduğu kabul edilmiştir. 4 Dahası, içinde Geçtiğimiz iki yıl, temeli 5 serebral akım sadece bir kaç kalp atım gibi kısa sürelerle düzenlendiğini göstermiştir beat-by-beat bir. 6,7 serebral kan akış hızı ölçümü Bu beat-by-beat verileri etkili olduğunu düşündürmektedir Basınç değişiklikleri karşı akış nemlendirme gerçekleşir~ 15 sn gibi kısa süreler ve daha uzun süreler boyunca giderek artar. 8 Böylece, yüksek geçiş filtresi olarak basınç ve akış fonksiyonları arasındaki ilişki 7,9-12 kan basıncı yavaş değişiklikler etkin bir körelmiş ve hızlı salınımlar geçmek burada Nispeten etkilenmemiş aracılığıyla.

serebral otoregülasyonda frekans bağımlılığını karakterize primer zorluk ilgi frekansları etrafında arter basıncında belirgin spontan dalgalanmaların olmaması (daha az ~ 0.07 Hz veya ~ 15 sn) 'dir. Yeterince büyük basınç salınımları olmadan, bir doğru serebral kan akımı yanıtı ölçmek mümkün değil. Laboratuvarımız salınımlı düşük vücut negatif basınç (OLBNP) olarak bilinen bir teknik kullanarak bu sınırlama ile vurmuştur. Bu durum, düşük venöz transmural basınç tankında negatif basınç seviyesi ile orantılı kaudal venöz kan değiştirmesine oluşturur. Ne zaman negatif pressubelirli aralıklarla uygulanır yeniden, OLBNP frekansta arter basıncı dalgalanmaları santral venöz dönüş sonucu salınımlar. Bu yaklaşım, farklı laboratuarlarda arasında çeşitli çalışmalarda kullanılmıştır. 8,14-17 Bunun nedeni azalmış venöz basınç transmural tank içinde negatif basınç seviyesine orantılı kaudal venöz kan hacmi vardiya oluşturur. Negatif basınç belirli aralıklarla uygulandığında, santral venöz karşılığında salınımlar OLBNP frekansta arter basıncı dalgalanmaları sonucu. Bu yaklaşım, farklı laboratuarlarda arasında çeşitli çalışmalarda kullanılmıştır. 8,15-18

Hatta ilgi frekansları etrafında arter basıncında belirgin dalgalanmalar oluşturabilir bir yaklaşımla, bir komplike bir faktör var: serebral otoregülasyonun nonlineerliğin önemli kanıtlar özellikle düşük frekanslarda, orada 8 Üstelik, hiçbir güçlü teorik rehber vardır.serebral otoregülasyonun mevcut doğrusalsızlıklarıyla doğası gibi. Dolayısıyla, biz bir atheoretical kullanmak, bizim analiz Projeksiyon Takip Regresyon (PPR) olarak bilinen veri güdümlü bir yöntem. 19 PPR bu doğrusalsızlıklarıyla doğaya herhangi bir önsel varsayımlar olmadan sisteme içkin doğrusal olmayan ilişkileri karakterize bir parametrik olmayan bir yöntemdir. Bu kimin fizyolojisi henüz açık doğrusal olmayan modellerin tarafından tanımlanan olmayan bir sistem yakalamak için bir karar avantajı olduğunu. PPR serebral otoregülasyonda karakteristik doğrusal olmayan ilk 1959 yılında Lassen tarafından açıklanan "klasik otoregülatör eğrisi" (Şekil 1). Olduğunu 2,19 benzer olduğunu ortaya koymaktadır, serebral kan akımı arteriyel basıncı belirli bir aralık içinde nispeten sabit kalır, ancak pasif bu aralığın dışında bir doğrusal bir şekilde izler. Tansiyon dalgalanması yavaş hale geldikçe bu şekil daha belirgin hale gelir. Bu nedenle, lineer analiz tam interroga yetersiz olduğunuLineer teknikleri te serebral otoregülasyon ve güven olasılıkla önemli bilgiler özlüyor.

Bu makalede detaylı olarak biz sağlık ve hastalık serebral otoregülasyonun karakterize kullanmak, her iki veri toplama (OLBNP laboratuvar kullanımı) ve analiz (PPR) yaklaşım.

Protokol

1. Titreşim Alt Vücut Negatif Basınç (OLBNP)

  1. Ekipman Kurulumu
    1. Elektrokardiogram Kurşun II (EKG): Çalışma boyunca kalp hızının izlenmesi için öznenin gövde üç (veya daha fazla) elektrotlar yapıştırın.
    2. Neopren Etek: iliak kadar düşük vücut negatif basınç odasına konu kapatan bir ölçüye neopren etek kullanın. Onlar tank içinde yatar yerleştirilir önce deneğin göğüs çevresinde koyun ve EKG sinyali hala yeterli olduğundan emin olun. O nefes kısıtlamak için rahat ama çok sıkı olmadığından emin olun.
    3. Alt Vücut Negatif Basınç Odası: yatak konusu yalan sırtüstü var ve altlarında LBNP odasına manevra. LBNP odası ayarlanabilir bisiklet koltuğu varsa, (emme etkisi mücadele etmeden hareket artifakı en aza indirmek için) tabi rahatça bunun üzerine oturduğundan emin olun. Deneğin wa için özel yapılmış pleksiglas boşluk kesim kullanınist boyutu odasına mühür yardımcı olur. Koli bandı ile LBNP odasının etrafında neopren etek Seal.
    4. LBNP Odası Basınç: standart basınç dönüştürücü için LBNP odasına bağlayın. MmHg basınç sensörü kalibre.
    5. Mekanik Vana Bağlı Döngüsü Timer tekrarlayın: LBNP odasına mekanik vana ve tekrar çevrim zamanlayıcı inşa özel takın.
      NOT: Bir mekanik valf kontrolü iki motorlara bağlı bir zaman gecikmesi rölesi negatif basınç ve ortam basıncı arasındaki geçiş için kullanılır. Zaman geciktirme rölesi vekilleri açın ve odacık ve vakum arasında bir vanayı kapatmak için bir sabit aralıklarla motorlara voltaj. Bu durumda kabaca kare dalga bir LBNP odası basıncı dalga oluşturur. İstediğiniz OLBNP frekansa çevrim süresini ayarlayın.
    6. Değişken Trafo ve Vakum: mekanik vana standart bir ev elektrikli süpürge takın. Gerilimi sağlayan bir değişken transformatör içine vakum takınVakum kontrol edilecek. Elektrikli süpürge açın ve elde hedef LBNP basıncı (örneğin, 30 mmHg) kadar değişken transformatör ayarlayın.
    7. Arter Kan Basıncı: takın non-invaziv photoplethysmographic arter basıncı manşetleri (örneğin, Portapres, Finapres) Bir elin parmak (lar). Ters kol brakiyal arterden osilometrik baskılara basıncı karşılaştırarak doğruluğunu sağlamak.
    8. 2 MHz İçi Doppler ve Yoklama Tespit Cihazı
      1. Tapınağın (yani, Transtemporal pencere) de orta serebral arter M1 segmenti insonate için 2 MHz nabız dalga Doppler probu kullanın.
      2. Sinyalin spektral yoğunluğunu arttırmak için prob açısı, İnsonasyon derinliğini (~ 55 mm), kazanç ve iletim gücünü Alter.
      3. Hareket artefakt gönüllü hareket olarak sinyal içine değil, böylece (yani, bir kafa bandı) hiçbir geri olan bir tespit cihazı kullanarak yerine Doppler probu FixNegatif basınç salınımları ile s.
        NOT:. Beyin kan akımı tek taraflı veya çift taraflı olarak ölçülebilir, ancak serebral otoregülasyonun fark felç veya travmatik beyin hasarı gibi lokalize yaralanma olmadığı sürece hemisfer arasında beklenen 20
    9. Süresi Doldu CO 2: süresi dolmuş CO 2 izlemek için kızılötesi CO 2 analizörü bağlı bir burun kanülü kullanın ve sadece burundan nefes konuyu söyleyin. Derin etkisi göz önüne alındığında arteriyel CO 2, her çalışma boyunca serebral kan akımı, 21 monitör CO 2 sahiptir.
  2. Veri Toplama
    1. Arter basıncı, serebral kan akımı, LBNP odası basıncı dijital dönüşüm analog kurmak, ve kanal başına 50 Hz en az elde CO 2 doldu. 1 kHz EKG Edinme.
      NOT: daha düşük frekans bilgileri (≤0.07 Hz) ile sonraki analiz fırsatlar iken, csinyallerin kalitesini izlemek için ritical bir çalışma sırasında edinilecek. 50 Hz örnekleme oranı, kan basıncı ve eserin tespiti için serebral kan akımının doğru görselleştirme sağlayacaktır.
  3. Salınım LBNP Protokolü
    1. Vakum açın ve tank basıncı -30 mmHg kararlı olduğundan emin olun.
    2. 0.03 Hz OLBNP için 33 sn Set tekrar çevrimi sayacı.
    3. Optimum sinyal sağlamak için Doppler probu (ler) ayarlayın.
    4. PPR tahminleri yeterli güveni sağlamak için en az 15 döngü (0.03 Hz 500 sn) için veri elde. Bundan başka, bir sinyal-gürültü oranını geliştirmek gibi zaman izin verdiği takdirde, bu daha fazla veri toplar.
    5. Tekrar döngüsü zamanlayıcı süresini değiştirerek 0.03 Hz 0.08 Hz arasında herhangi frekanslar için yukarıdaki adımları tekrarlayın.
      NOT: sırayla frekansları uygulayın, ancak rastgele konular arasında başlangıç ​​frekansı değişir.

2. Projeksiyon Takip Regresyon (PPR)

  1. Veri Önişleme
    1. Kırım ve Alçak-geçiren Filtreleme
      1. Matlab açın. Komut yazın "data = resample (SR verileri, 1/5)" 5 Hz arter basıncı ve serebral kan akımını kırıp (SR orijinal örnekleme oranı olduğu).
        NOT: İsteğe bağlı olarak, 0.4 Hz'lik bir kesim ile low-pass filtre (19 inci sırası Chebyshev Tip II). filtreleme sonraki işleme verilen, gereksiz, ama bazen gürültülü arter basıncı ve serebral kan akımı sinyallerinin tepe tespiti güvenmeyin ortalama dalga formları oluşturur.
    2. Artifact Kaldırma
      1. Bir kılavuz olarak orijinal olmayan kesilmiş dalga formları kullanarak, eserler ile sinyallerin herhangi bölümleri kaldırmak ve doğrusal enterpolasyon. Bu bölümler kayıt dönemi fazla% 10'unu ise, tamamen kayıt atın.
        NOT: Bu noktada, dalga uygun bir şekilde transfer fonksiyonu analizi gibi geleneksel lineer yaklaşımlar için işlenir.
    3. Bant geçiren Filtreleme
      1. Matlab yazın: [B, A] = cheby1 (1,1, [F - 0.005 F + 0.005] / (SRD / 2)) veri = filtfilt (B, A, detrend (veri, 'doğrusal') bant için -Pass OLBNP sıklığı etrafında F baskın OLBNP frekansı (Şekil 2) (geçiş bandı dalgalanma 1 dB ile 1. dereceden Chebyshev Tip I) basınç filtre ve ± 0.005 Hz bandında akış, SRD kırıp örnekleme oranı (5 Hz adım 2.1.1 sonra), ve "veri" kırıp sinyali (arteriyel basınç veya akış) 'dir.
        Not: Bu, potansiyel bir girişimi en aza indirir ve daha sonra PPR analizi, sinyal-gürültü oranı artar. Baskın tansiyon dalgalanması daha düşük vücut negatif basınç salınım frekansında meydana gelmesine rağmen, sinyallerin rastgele gürültü basınç-akım ilişkileri türetme engel olabilir. Band geçiren filtreleme olmadan Sonuçları niteliksel benzer ama yüzde Varyans e olacakxplained (yani, R, 2) daha düşük olacaktır. 19
  2. Projeksiyon Pursuit Regresyon Tahmini
    NOT: R Dili ve Çevre İstatistik Computing için yerleşik işlev 'ppr' kullanarak, ve / veya arteriyel basınç serebral akış ilişkisi için bir tek sırt fonksiyon (M = 1) oluşturmak, diğer platformlara özel yazılmış fonksiyonlar yoluyla .
    1. Matlab komut "CVLabPPR (basınç, debi)" girin. XXX 3 harfli çalışma kodu XXXYYY olarak Çalışma kimliğini girin ve YYY konusu kimliği için üç sayısal karakter. YYYY-AA-GG: Aşağıdaki biçimde Çalışma Tarihi girin. Sayısal ölçüm # girin (örneğin, "1" gün 1 için).
    2. APM (sanat-line için finapress veya AL için FP girin) girin. Gemi (MCA, ACA, veya PCA) girin. Sorguya "y" veya "n" Enter "Eğer sağ MCA ölçümleri var mı?" Enter "y &# 8221; veya sorguya "n" "MCA ölçümleri yapmamışlar mı?"
      Not:
      figure-protocol-1
      Ve çıkış (y t - - serebral kan akımı) bir doğrusal otoregresif transfer fonksiyonu (Denklem 1. parantez içinde vadeli) - Her bir giriş (arteriyel kan basıncı x t) parametrik olmayan çekirdek fonksiyonları (k m geçirilir; 'sırt denir ortalama minimize ederek belirlenir fonksiyonlar ') hata kare. Projeksiyon takip regresyon (yani, M> 1) Birden fazla sırt fonksiyonu içerebilir. Ancak, ortalama kare hata azaltacaktır olsa, bunun nedeni aralarındaki potansiyel etkileşimler sırt fonksiyonlarının yorumunu gizleyebilir. Birincil amacı arter basıncı ve serebral kan akımı o ca arasında bir ilişki elde etmek olduğundann, fizyolojik olarak yorumlanmalıdır PPR tek çubuk fonksiyonu (M = 1) için sınırlanmalıdır.
    3. Parçalı Doğrusal Parameterization. Sonraki istatistiksel analiz (Şekil 3) için bir parçalı doğrusal fonksiyonu olarak sırt fonksiyonu parameterize. Matlab için, Bruno Luong Serbest-düğüm spline yaklaşım kullanın. Komutu "BSFK (x, y, k, nknots)" Giriş burada doğrusal bir uyum için, k = 2 ve nknots üç bölgede = 3.
      . NOT: arteriyel basınç-akım ilişkisi beyin değişiklikleri ve ilişki yaklaşık lineer burada aralıkları 3 sonuçların bir şemasını göstermektedir burada bu noktaları tanımlar. her bölge içindeki basınç, akış ilişkisi kazancı (yani, doğrusal eğim) bu bölge içinde serebral otoregülasyonda etkinliğinin bir ölçüsünü sağlar. Daha düşük kazanç yüksek kazanç daha pasif fl işaret ise basınç dalgalanmalarının daha etkili karşı-düzenleme gösterirBasınç değişiklikleri ow tepkiler.

Sonuçlar

120 mmHg 17 kadar, 10 mmHg 22 OLBNP genlikleri arteriyel basınç dalgalanmalarını artırmak için kullanılmıştır, ancak 30 mmHg OLBNP 23,24 ve cerebrovasculature düzenleyici kapasitesinin ötesinde yeterlidir. 17 OLBNP sonuçları bu seviyede kan basıncı salınımları o ayakta oturmuş gelen giderken meydana gelen kan basıncı değişiklikleri daha büyük değildir 0.03 Hz, en büyüklük yaklaşık 15-20 mmHg bulunmaktadır. 25 OLBNP arteriyel basınç dalgalanmalarını üretebilir, içinde aralığı bazı sınırlamalar vardır. Otoregülasyonu 0.07 Hz ve yavaş ~ sadece aktif, yani üst limit söz konusu değildir. Ancak 0.03 Hz altındaki düşük frekanslı titreşimler üretmek zorluk döngüsü bitmeden kardiyovasküler sistem LBNP kaynaklı kan basıncı değişikliklerine karşı karşı-regüle olmasıdır. Şekil 4 de görüldüğü gibi, 0.025 Hz OLBNP biz aslında büyük zirve görmek0.05 Hz arter basıncı salınımlar. Onlar otoregülatör fonksiyonu bir dizi temsil beri serebral otoregülasyonda frekans tepkisi (otoregülasyon aktif olduğu içinde zaman ölçekler, 23,24 0,03 Hz ve 0.08 Hz OLBNP yeterli tanımlamak için 0.03 Hz 0.08 Hz karakterize edilebilir iken, yani bir hiçbiri belirgin otoregülatör bölge veya mütevazı bir bir).

Negatif basınç salınımları sıklığı yavaş olmak gibi OLBNP arter basıncında daha büyük dalgalanmalar oluşturur. 5 0.03 Hz (33 sn döngüleri) 0,08 Hz (12.5 sn döngüleri) den OLBNP ile arter basıncı ve buna bağlı serebral kan akımı dalgalanmaları göstermektedir. Daha yüksek frekanslarda, serebral kan akışı kan basıncı ile uyum içinde değişmektedir. PPR bu gösterir; 0.08 Hz, 0.07 Hz (14 sn döngüleri), ve 0.0 yüksek frekanslarda arter basıncı ve serebral kan akımı arasında orantılı bir doğrusal ilişki vardır6 Hz (16.6 sn döngüleri). Arteriyel basınç dalgalanmaları daha büyük hale olsa OLBNP yavaş frekanslarda, serebral kan akımında dalgalanmalar giderek daha etkin nemlendirilmiş edilir. Bu nedenle, PPR 0.03 Hz, 0.04 Hz (25 sn döngüsü) için, 0.05 Hz (20 sn döngüleri) den OLBNP frekanslarda giderek daha belirgin otoregülatör bölgeyi gösterir. Gösterilen örnekte, 0.03 Hz PPR eğrisi açıkça Lassen (Şekil 1) tarafından açıklanan "klasik otoregülatör eğrisi" benzer. Daha önce salınım frekansı daha düşük hale gelir, bu gözlem arteriyel basınç dalgalanmaları büyüklüğünde artış sadece açıklanamaz göstermiştir. Biz önce biz açıkça otoregülatör aralığı ve basınç dalgalanmalarının büyüklüğü arasında bir potansiyel ilişkiyi keşfetmek değildi, biz yeniden OLBNP (basınç dalgalanmaları böylece, farklı büyüklük). 19 farklı büyüklüklerde sırasında 48 kişiden verilere PPR uyguladığınıztaşıdık otoregülatör aralığında değişim sadece ~% 6 olduğunu söyledi. Böylece, bizim daha önceki sonuçlar açık bir şekilde frekans ile PPR eğrisi değişim tam basınç dalgalanmaları büyüklüğünde bir değişiklik ile açıklanamaz göstermektedir. Aynı çalışmada, biz otoregülasyonundaki PPR karakterizasyonu ayrı oturumlar boyunca tekrarlanabilir olup olmadığını değerlendirdi. Bu analiz 0.03 Hz OLBNP sırasında otoregülatör aralığının eğimi (Lin'in Uyum = 0.96, p <0.001) ve böylece doğrusal olmayan basınç-akım ilişkisi çalışma günlerinde genelinde tutarlı değişiklik olmadığını gösterdi.

Serebrovasküler yatakta iyi sempatik sinir lifleri tarafından innerve olmasına rağmen, otoregülasyonun rolleri yaygın olarak kabul edilmemiştir. 26 Bu nedenle, daha önceki bazı iş serebrovasküler otoregülasyonun sempatik sinir sisteminin potansiyel rolünü araştırdı. 24 Biz açık bir rol buldu sempatik serebral akışını düzenleyen sistem, ama biz were 6 (taban) önce verilere PPR uygulamasından sonuçlarını göstermektedir. otoregülasyonun nedeniyle karakterize etmek için doğrusal yöntemler sınırlamaları ilişkisi sempatik etkilerin ortadan kalkmasıyla nasıl değiştiğini karakterize edebilmek ve 0.05 Hz sırasında sempatik blokajı sonrasında değil. Genel eğri belirgin olarak daha fazla doğrusal olur. Ayrıca, otoregülasyonunda en belirgin 0.03 Hz veri PPR analizi otoregülatör bölgenin aralığı değişmeden kalır, fakat bu bölgede artar içinde eğim, (Şekil 7) daha az etkili otoregülasyonun yansıtan göstermiştir.

figure-results-1
Şekil 1. Statik artışları arasındaki ilişki türetilmiştir ve basınç ve kararlı hal serebral kan akımı azalır 'klasik' otoregülatör eğri. Değişmeyen akış des bir bölgetezteau değişen basıncı (yani, eğim = 0) bölgeler ile sınırlı olup artan ve azalan burada basınçları orantılı serebral kan akımı değişiklikleri neden.

figure-results-2
Şekil 2. PPR analizi gerçekleştirmek için gerekli ön işleme. Sinyaller ilk 5 Hz ile (0.005 Hz ±) OLBNP frekansta daha sonra filtre bant-pass için kırıp edilir.

figure-results-3
Şekil 0.03 Hz OLBNP sırasında arter basıncı ve serebral kan akımının PPR analizinden elde edilen serebral otoregülasyon eğrisinin 3. Parametreler.

figure-results-4
OLBNP frekansı aşağıda 0.03 Hz (33-ikinci aşama) olduğunda ong> Şekil 4. Güç spektrumu arter basıncında dalgalanmalar büyüklüğünü gösterir. (0.025 arteriyel basıncı spektral güç iki büyük zirveleri ve 0.05 Hz olduğunu Dipnot 40 ve 20 sn döngüleri), ancak sadece 0.025 Hz LBNP spektral güç bir tek tepe vardır. Ayrıca, basınç büyük dalgalanma 0.05 Hz ve serebral kan akımı tepkilerinin yorumlanmasına neden olacaktır.

figure-results-5
Şekil arter basıncı ve serebral kan akımı üzerine 0.03 Hz 0,08 OLBNP etkileri 5. örneği. Serebral kan akımı dalgalanmaları daha küçük hale ise arteriyel basınç dalgalanmaları yavaş OLBNP daha büyük olur. Bu otoregülatör fonksiyon, alt panelinde gösterilmektedir PPR analiz sonuçları tarif edilecektir. Tserebral kan akımı o otoregülatör bölge yavaş OLBNP ile giderek daha belirgin hale gelir.

figure-results-6
Şekil 6. Bireysel ve (başlangıç) öncesi ve sempatik blokaj sonrası kişilerde 0,05 Hz OLBNP verilerinden PPR otoregülatör eğrileri ortalama. Not sempatik blokaja sonra dar otoregülatör bölgenin kaybı.

figure-results-7
Öncesi ve sempatik blokaja sonra 0.03 Hz OLBNP verilerinden PPR parametreleri Şekil 7. Ortalama. Sempatik blokajın belirgin (basınç değişiklikleri ile, yani, daha orantılı serebral akım değişiklikleri yamaç artan otoregülatör aralığında serebral otoregülasyon eğrisi üzerinde belirgin bir etkisi vardı ).

Tartışma

Kesinlikle tanımlanması girdi-çıktı ilişkileri (bu durumda, basınç) giriş çıkış aktif yanıtını gözlemlemek için yeterince geniş yelpazesinde değişir gerektirebilir. Ancak, kendiliğinden meydana gelen basınç dalgalanmaları serebral otoregülasyonda frekanslarda içinde genlik son derece tutarsız ve küçük. 27 Bu basınç kendiliğinden değişiklikler ve yüksek korelasyon dönemleri ve son derece düşük korelasyon dönemleri ile bir ilişki göstermektedir akış nedenidir ve salınımların olduğu serebral kan akımı görünürde hiçbir belirgin tansiyon sürücü ile görüntülenir. 28 OLBNP 22 serebral kan akımı tepkilerini belirlemek üzere değişen frekans ve genliğin tutarlı arteriyel basınç salınımları oluşturmak için önemli bir teknik sağlamaktadır. Benzer bir prob sağlayabilir diğer yaklaşımlar olabilir rağmen, bu yaklaşım frekansa ve / veya genlik-bağımlı bir ilişki bahis titiz test için izin verirween arter basıncı ve serebral kan akım hızı.

Serebral otoregülasyonun için potansiyel ölçüm araçları keşfetmek önceki araştırma arter basıncı ve serebral kan akımı (örneğin, transfer fonksiyonu analizi) arasındaki ilişkinin doğrusal modeller kullandık. Basınç salınımları, yani nispeten hızlı olduğunda basınç ve hiçbir nemlendirme değişiklikleri akış arasında yakın bir doğrusal ilişki> ~ 10 sn, görülmektedir. Ancak, yavaş salınımlar (> ~ 20 sn) basıncı arasında bir ilişki doğurmak ve bu giderek daha az doğrusal ilişkili hale akar. 8,24 ilişki son derece doğrusal ilişkili değilse (düşük R 2, düşük çapraz spektral tutarlılık) kimse herhangi birşey olabilir Böyle transfer fonksiyonu kazanç ve faz olarak lineer önlemlerin doğruluğu güven. doğrusal ilişkinin olmaması serebral otoregülasyonda karakteristik önemli doğrusal olmayan varlığına işaret etmektedir. Aslında, doğası gereği, autoregulatilineer yaklaşımlarla karakterizasyonu için uygun değildir; Doğrusal yaklaşım otoregülasyonun varlığını veya yokluğunu gösterir, ancak özellikleri ve etkinliğini tarif edemez.

Onların basitlik lineer yöntemlere benzer ama o giriş (basınç) ve çıkış (akış) değişkenler arasındaki doğrusal olmayan ilişkileri değerlendirmek yöntemler vardır. Projeksiyon peşinde regresyon sadece bir a priori bir model oluşturmalıdır veya giriş-çıkış ilişkisi içinde doğrusallığını almaz bir parametrik olmayan, atheoretical, çoklu regresyon yöntemi 29,30 olduğunu. Bunlar tam olarak anlaşılır bir sistem karakterize net avantajlar vardır. Bununla birlikte, yüzde varyans artacak birden fazla sırt fonksiyonu kullanılarak açıklanmıştır fakat karakteristik ilişkilerin fizyolojik yorumlanması engellemeyecek pahasına unutulmamalıdır. Bu nedenle, çıkıntı takip regresyon tek sırt fu sınırlı önerilirnction. Bununla birlikte, bir tek sırt fonksiyonu ile özetlenen PPR yaklaşımı arter basıncı ve serebral kan akımı arasındaki ilişki varyansın önemli bir kısmını açıklamak ve bireyler arasında tutarlı karakteristik doğrusal olmayan ilişkiyi ortaya çıkarabilir.

Sınırlamalar ve Olası Değişiklikler

Salınım alt vücut negatif basınç özel ve rahatsızlık verici ekipman ve prosedürleri gerektirir ve böylece klinik tabanlı değerlendirmeler için uygun değildir. Bu yeterli uzunlukta kayıtları istirahat serebral otoregülasyonda PPR analizi için yeterli veri sağlayabilir mümkündür. Ancak, önceki çalışma verilerini istirahat projeksiyon peşinde regresyon 0.03 Hz OLBNP verilerinin analizinde daha kötü performans gösterdi. 0.03 Hz OLBNP istirahat esnasında sayısal basınç-akım ilişkileri ile ilgili olmasına rağmen, 19 mütevazı yazışmalar sadece anlaşılacağı basınç-akım ilişkileriniz ogeri kalanı tahmin ips güvenilir 0.03 Hz OLBNP türemiş olanlar yansıtmayabilir. Bir çözüm yavaş, derin nefes eucapnic veya tekrarlanan bodur-standı manevralar yoluyla otoregülasyonundaki frekansları içinde tutarlı ve daha büyük genlik basınç dalgalanmalarını oluşturmak olabilir. Bu yöntemler, serebral kan akışı tepkileri gözlemlemek için yeterince geniş bir yelpazede değişiklikler sağlayabilir güvenilir bir geniş basınç dalgalanmalarını oluşturmak için gösterilmiştir. 31,32

Ortalama, projeksiyon peşinde regresyon arter basıncı ve serebral akım dalgalanmaları arasındaki ilişkinin önemli miktarda açıklayabilir rağmen, varyans bazı durumlarda (~% 6 19) düşük olabilir açıkladı. Düşük performans frekansı ve tidal volüm kontrollü değilse desenleri nefes, örneğin, elde edebileceğini. Ancak her fizyolojik bir test bazı sapkın gözlemler vardır ve bu yaklaşım bir istisna değildir. ~ 1 20 gözlemleri Kötü ölçümler gerektiği hayırt yaklaşımın potansiyel yarar zarar.

Gelecek Uygulamalar / Sonuçlar

karakteristik basınç-akım ilişkisi inme 33 ve travmatik beyin hasarı gibi bazı patofizyolojik koşullarda değişmiş olabilir. 34 doğru ilişkiler klinik ortamda elde edilebilir olsaydı, serebral otoregülasyonda projeksiyon peşinde regresyon geniş bir uygulama var ve bir olarak yararlı olabilir değerlendirme aracı nerede OLBNP mevcut değildir. Çok basit manevralar (örneğin, derin nefes alma, uyluk manşet, sit-to-stand) ve / veya uzun süreli dinlenme kayıtları verilerini OLBNP karşılaştırılabilir serebral otoregülasyonun türetmek için dava edilebilir basınç-akım ilişkisi neden olabilir mümkündür. Bununla birlikte, farklı düzenleyici sistemlerin ve otoregülasyonundaki doğrusal olmayan katkıları laboratuvar tabanlı belirlenmesi serebrovasküler kontrol özgü bilgi sağlar ve dia izin verebilirserebral otoregülasyonun (örneğin, travmatik beyin hasarı sonrası) patofizyolojik değişikliklerin marifet.

Açıklamalar

Yazarlar, rekabet eden hiçbir finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

Bu araştırma Ulusal Kalp, Akciğer ve Kan Enstitüsü Hibesi HL-093113 tarafından desteklenmiştir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Transkraniyal Doppler UltrasonBileşenleri DWLMulti-Dop X dijital  2 MHz
prob EKG ve Brakiyal BPGEDash 2000
LBNP TankU. of Iowa BiyomühendislikÖzel Yapı
Mekanik ValfU. Iowa BiyomühendislikÖzel Yapı
Tekrarlama Döngüsü ZamanlayıcıMakromatikTR-50826-07
Basınç DönüştürücüGould
Fotopletizografik parmak basıncı monitörüFinapres Medical SystemsFinometer PRO
CO2 gaz analizörüVacuMed# 17515 CO2< / sub> Analizörü, Gold Edition
Veri toplama sistemiAD InstrumentsVeri Toplama Sistemleri - PowerLab

Kaynaklar

  1. Strandgaard, S., Paulson, O. B. Cerebral autoregulation. Stroke. 15, 413-416 (1984).
  2. Lassen, N. A. Cerebral blood flow and oxygen consumption in man. Physiol. Rev. 39, 183-238 (1959).
  3. Symon, L., Held, K., Dorsch, N. W. A study of regional autoregulation in the cerebral circulation to increased perfusion pressure in normocapnia and hypercapnia. Stroke. 4, 139-147 (1973).
  4. Rapela, C. E., Green, H. D. Autoregulation of Canine Cerebral Blood Flow. Circ. Res. 15, 205-212 (1964).
  5. Aaslid, R., Markwalder, T. M., Nornes, H. Noninvasive transcranial Doppler ultrasound recording of flow velocity in basal cerebral arteries. J. Neurosurg. 57, 769-774 (1982).
  6. Aaslid, R., Lindegaard, K. F., Sorteberg, W., Nornes, H. Cerebral autoregulation dynamics in humans. Stroke. 20, 45-52 (1989).
  7. Newell, D. W., Grady, M. S., Sirotta, P., Winn, H. R. Evaluation of brain death using transcranial Doppler. Neurosurgery. 24, 509-513 (1989).
  8. Hamner, J. W., Cohen, M. A., Mukai, S., Lipsitz, L. A., Taylor, J. A. Spectral indices of human cerebral blood flow control: responses to augmented blood pressure oscillations. J. Physiol. 559, 965-973 (2004).
  9. Blaber, A. P., et al. Complexity of middle cerebral artery blood flow velocity: effects of tilt and autonomic failure. Am J Physiol. 273, 2209-2216 (1997).
  10. Diehl, R. R., Linden, D., Lucke, D., Berlit, P. Spontaneous blood pressure oscillations and cerebral. 8, 7-12 (1998).
  11. Panerai, R. B., Rennie, J. M., Kelsall, A. W., Evans, D. H. Frequency-domain analysis of cerebral autoregulation from spontaneous fluctuations in arterial blood pressure. Med. Biol. Eng. Comput. 36, 315-322 (1998).
  12. Zhang, R., Zuckerman, J. H., Levine, B. D. Deterioration of cerebral autoregulation during orthostatic stress: insights from the frequency domain. J. Appl. Physiol. 85, 1113-1122 (1998).
  13. Wolthuis, R. A., Bergman, S. A., Nicogossian, A. E. Physiological effects of locally applied reduced pressure in. 54, 566-595 (1974).
  14. Esch, B. T., Scott, J. M., Warburton, D. E. Construction of a lower body negative pressure chamber. Adv. Physiol. Educ. 31, 76-81 (2007).
  15. Brown, C. M., Dutsch, M., Ohring, S., Neundorfer, B., Hilz, M. J. Cerebral autoregulation is compromised during simulated fluctuations in gravitational stress. Eur. J. Appl. Physiol. 91, 279-286 (2004).
  16. Hidaka, I., et al. Noise-enhanced heart rate and sympathetic nerve responses to oscillatory lower body negative pressure in humans. J. Neurophysiol. 86, 559-564 (2001).
  17. Tzeng, Y. C., Chan, G. S., Willie, C. K., Ainslie, P. N. Determinants of human cerebral pressure-flow velocity relationships: new insights from vascular modelling and Ca(2)(+) channel blockade. J. Physiol. 589, 3263-3274 (2011).
  18. Zhang, R., et al. Autonomic neural control of dynamic cerebral autoregulation in humans. Circulation. 106, 1814-1820 (2002).
  19. Tan, C. O. Defining the characteristic relationship between arterial pressure and cerebral flow. J. Appl. Physiol. 113, 1194-1200 (2012).
  20. Schmidt, E. A., et al. Symmetry of cerebral hemodynamic indices derived from bilateral transcranial Doppler. J. Neuroimaging. 13, 248-254 (2003).
  21. Paulson, O. B., Strandgaard, S., Edvinsson, L. Cerebral autoregulation. Cerebrovasc. Brain. Metab. Rev. 2, 161-192 (1990).
  22. Hamner, J. W., Morin, R. J., Rudolph, J. L., Taylor, J. A. Inconsistent link between low-frequency oscillations: R-R interval responses to augmented Mayer waves. J. Appl. Physiol. 90, 1559-1564 (2001).
  23. Hamner, J. W., Tan, C. O., Tzeng, Y. C., Taylor, J. A. Cholinergic control of the cerebral vasculature in humans. J. Physiol. 590, 6343-6352 (2012).
  24. Hamner, J. W., Tan, C. O., Lee, K., Cohen, M. A., Taylor, J. A. Sympathetic control of the cerebral vasculature in humans. Stroke. 41, 102-109 (2010).
  25. Narayanan, K., Collins, J. J., Hamner, J., Mukai, S., Lipsitz, L. A. Predicting cerebral blood flow response to orthostatic stress from resting dynamics: effects of healthy aging. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 281, 716-722 (2001).
  26. Lieshout, J. J., Secher, N. H. Point:Counterpoint: Sympathetic activity does/does not influence cerebral blood flow. Point: Sympathetic activity does influence cerebral blood flow. J. Appl. Physiol. 105, 1364-1366 (2008).
  27. Taylor, J. A., Carr, D. L., Myers, C. W., Eckberg, D. L. Mechanisms underlying very-low-frequency RR-interval oscillations in humans. Circulation. 98, 547-555 (1998).
  28. Giller, C. A., Mueller, M. Linearity and non-linearity in cerebral hemodynamics. Med. Eng. Phys. 25, 633-646 (2003).
  29. Friedman, J. H., Stuetzle, W. Projection pursuit regression. Am. Stat. Assoc. 76, 817-823 (1981).
  30. Friedman, J. H., Tukey, J. W. A projection pursuit algorithm for exploratory data analysis. IEEE Trans. Comp. 23, 881-889 (1974).
  31. Claassen, J. A., Levine, B. D., Zhang, R. Dynamic cerebral autoregulation during repeated squat-stand maneuvers. J. Appl. Physiol (1985). 106, 153-160 (2009).
  32. Taylor, J. A., Myers, C. W., Halliwill, J. R., Seidel, H., Eckberg, D. L. Sympathetic restraint of respiratory sinus arrhythmia: implications for vagal-cardiac tone assessment in humans. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 280, 2804-2814 (2001).
  33. Aries, M. J., Elting, J. W., De Keyser, J., Kremer, B. P., Vroomen, P. C. Cerebral autoregulation in stroke: a review of transcranial Doppler studies. Stroke. 41, 2697-2704 (2010).
  34. Rangel-Castilla, L., Gasco, J., Nauta, H. J., Okonkwo, D. O., Robertson, C. S. Cerebral pressure autoregulation in traumatic brain injury. Neurosurg. Focus. 25, 7(2008).

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

Arteriyel Bas n DalgalanmalarSerebral Kan Ak mDo rusal Olmayan li ki AnaliziTransfer Fonksiyonu AnaliziSempatik Blokaj EtkisiOrta Serebral Arter DopplerAlt G vde Negatif Bas n Odas
Salınım Alt Vücut Negatif Basınç ve Projeksiyon Takip regresyon yoluyla Serebral otoregülasyonda Değerlendirilmesi
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.