Name: Valutare cerebrale Autoregolazione via oscillatorio Lower Body Negative Pressure e proiezione Pursuit Regression (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-12-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 26 s
Description: Scopri come valutare l'autoregolazione cerebrale mediante pressione negativa oscillante sul corpo inferiore e regressione projection pursuit. Questo metodo avanzato consente di quantificare la relazione tra pressione arteriosa e flusso ematico cerebrale.

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Questa ricerca è stata supportata dal National Heart, Lung, and Blood Institute Grant HL-093113.

1. oscillatorio inferiore del corpo a pressione negativa (OLBNP) <ol><li> Setup Attrezzature <ol><li> Elettrocardiogramma Piombo II (ECG): apporre la tre (o più) elettrodi busto del soggetto per il monitoraggio della frequenza cardiaca durante lo studio. </li><li> Neoprene Skirt: utilizzare un pannello esterno in neoprene misura che sigilla il soggetto nella parte inferiore del corpo camera a pressione negativa fino alla cresta iliaca. Mettere intorno al torace del soggetto prima della loro immissione in posizione supina nel serbatoio e verificare che il segnale ECG è ancora adeguata. Assicurarsi che sia aderente ma non è così stretto da limitare la respirazione. </li><li> Lower Body Negative Pressure Chamber: Avere la supina soggetto si trovano sul letto e la camera di manovra LBNP sotto di loro. Se la camera di LBNP ha una sede di bicicletta regolabile (per ridurre al minimo il movimento artefatto senza contrastando l&#39;effetto di aspirazione), accertarsi che il soggetto sia comodamente seduti su di essa. Utilizzare un fatto del plexiglas spacer taglio wa del soggettodimensioni ist per contribuire a sigillare la camera. Sigillare la gonna neoprene attorno alla camera LBNP con del nastro adesivo. </li><li> Pressione LBNP Camera: Collegare la camera LBNP ad un trasduttore di pressione standard. Calibrare il trasduttore di pressione a mmHg. </li><li> Ripetere Timer Cycle Allegata alla valvola meccanica: Collegare il personalizzato costruito valvola meccanica e timer ciclo di ripetizione alla camera LBNP. NOTA: Un relè temporizzazione collegato a due motori che controllano una valvola meccanica viene utilizzato per alternare tra la pressione negativa e pressione ambiente. Le alterna relè temporizzazione tensione ai motori a intervalli fissi per aprire e chiudere una valvola tra la camera e il vuoto. Questo crea una forma d&#39;onda della pressione della camera LBNP che è un&#39;onda di circa di forma quadrata. Regolare il tempo di ciclo per la frequenza OLBNP desiderata. </li><li> Trasformatore variabile e vuoto: Allega un aspirapolvere domestica alla valvola meccanica. Inserire il vuoto in un trasformatore variabile che permette la tensione alvuoto da controllare. Accendere l&#39;aspirapolvere e regolare il trasformatore variabile fino a quando la pressione target LBNP (ad esempio, 30 mmHg) si ottiene. </li><li> Pressione arteriosa: Fissare polsini della pressione arteriosa photoplethysmographic non invasive (ad esempio, Portapres, Finapres) al dito (s) di una mano. Assicurare accuratezza confrontando la pressione a pressioni oscillometriche dall&#39;arteria brachiale del braccio opposto. </li><li> 2 MHz Doppler transcranico e Probe Fixation dispositivo <ol><li> Utilizzare una sonda Doppler dell&#39;onda di polso 2 MHz per insonate segmento M1 dell&#39;arteria cerebrale media al tempio (ovvero, la finestra transtemporale). </li><li> Alter angolo di sonda, profondità insonazione (~ 55 mm), il guadagno e la potenza di trasmissione per massimizzare l&#39;intensità spettrale del segnale. </li><li> Fissare la sonda Doppler in posizione utilizzando un dispositivo di fissaggio che non ha indietro (cioè non un archetto) in modo che il movimento manufatto non è introdotto nel segnale movimento volontarios con oscillazioni di pressione negativa. NOTA:. Cerebrale il flusso di sangue può essere misurato in modo unilaterale o bilaterale, ma nessuna differenza in autoregolazione cerebrale è previsto tra gli emisferi a meno che una lesione localizzata come ictus o trauma cranico è presente 20 </li></ol></li><li> CO scaduto 2: Utilizzare una cannula nasale collegato a un analizzatore infrarosso di CO 2 per il monitoraggio di CO scaduto 2 e istruire il soggetto di respirare solo attraverso il naso. Dato l&#39;effetto arteriosa profonda CO 2 ha sul flusso sanguigno cerebrale, 21 monitor di CO 2 durante ogni studio. </li></ol></li><li> Acquisizione Dati <ol><li> Impostare la conversione da analogico a digitale della pressione arteriosa, flusso sanguigno cerebrale, LBNP pressione della camera, e scaduto CO 2 per acquisire un minimo di 50 Hz per canale. Acquisire ECG a 1 kHz. NOTA: Durante le successive occasioni di analisi con le informazioni di frequenza molto più bassa (≤0.07 Hz), è critical per monitorare la qualità dei segnali che vengono acquisiti durante lo studio. Una frequenza di campionamento di 50 Hz consentirà visualizzazione accurata della pressione sanguigna e del flusso sanguigno cerebrale per la rilevazione di manufatto. </li></ol></li><li> Oscillatorio Protocollo LBNP <ol><li> Accendere il vuoto e verificare la pressione del serbatoio è stabile a -30 mmHg. </li><li> Set timer ciclo di ripetizione di 33 secondi per 0,03 Hz OLBNP. </li><li> Regolare la sonda Doppler (s) per garantire ottimale del segnale. </li><li> Acquisire i dati per almeno 15 cicli (500 sec a 0,03 Hz) per garantire sufficiente fiducia nelle stime PPR. Se il tempo consente, raccogliere più dati di questo come sarà ulteriormente migliorare il rapporto segnale-rumore. </li><li> Ripetere i passaggi precedenti per eventuali frequenze comprese tra 0,03 Hz-0,08 Hz modificando la durata del timer ciclo di ripetizione. NOTA: Applicare le frequenze in ordine, ma variare in modo casuale la frequenza di avvio tra i soggetti. </li></ol></li></ol> 2. Proiezione Pursuit Regression (PPR) <ol><li> Pre-elaborazione dei dati <ol><li> Decimazione e passa-basso Filtering <ol><li> Aprire Matlab. Digitare il comando &quot;data = resample (dati, 1, SR / 5)&quot; (dove SR è la frequenza di campionamento originale) per decimare la pressione arteriosa e il flusso sanguigno cerebrale a 5 Hz. NOTA: Facoltativamente, filtro passa-basso (19 ° ordine Chebyshev Type II) con un taglio di 0,4 Hz. Il filtraggio è ridondante, data successiva lavorazione, ma crea forme d&#39;onda medie che non si basano sul rilevamento di picco della pressione arteriosa volte rumoroso e segnali del flusso sanguigno cerebrale. </li></ol></li><li> Rimozione Artefatto <ol><li> Utilizzando le forme d&#39;onda non decimati originali come guida, rimuovere eventuali sezioni dei segnali con artefatti e linearmente interpolare. Se queste sezioni rappresentano più del 10% del periodo di registrazione, la registrazione eliminare del tutto. NOTA: A questo punto, le forme d&#39;onda sono opportunamente trattati per approcci lineari tradizionali come l&#39;analisi funzione di trasferimento.</li></ol></li><li> Band-passaggio filtrante <ol><li> In Matlab, digitare: [B, A] = cheby1 (1,1, [F - 0.005 F + 0.005] / (/ 2) SRD) data = filtfilt (B, A, detrend (dati, &#39;lineare&#39;) a band -pass filtrare la pressione e il flusso in una banda di ± 0,005 Hz (1 ° ordine Chebyshev tipo I con 1 dB della banda passante ripple) intorno alla frequenza di OLBNP (figura 2), dove F è la frequenza OLBNP dominante, SRd è il campionamento decimata rate (5 Hz dopo il passo 2.1.1), e &quot;dati&quot; è il segnale decimato (pressione o flusso arterioso). NOTA: Questo minimizza possibili interferenze e aumenta il rapporto segnale-rumore nella successiva analisi PPR. Sebbene la fluttuazione di pressione arteriosa dominante si verifica alla frequenza di oscillazione di bassa pressione negativa corpo, rumore casuale nei segnali può interferire con la derivazione dei rapporti di pressione-flusso. Risultati senza passa-banda di filtraggio saranno qualitativamente simile, ma la percentuale di varianza eXplained (cioè, R 2) sarà più basso. 19 </li></ol></li></ol></li><li> Proiezione Pursuit Regressione Stima NOTA: Utilizzando la funzione built-in &#39;PPR&#39; in R Lingua e Ambiente per Statistical Computing, e / o tramite funzioni personalizzate scritte in altre piattaforme, generare una singola funzione cresta (M = 1) per la relazione flusso arterioso pressione cerebrale . <ol><li> In Matlab, entrare nel &quot;CVLabPPR (pressione, flusso)&quot; il comando. Inserire lo Studio ID come XXXYYY, dove XXX è il codice di studio di 3 lettere e YYY è i tre caratteri numerici per ID oggetto. Inserire la data di studio nel seguente formato: AAAA-MM-DD. Inserire la misura numerica # (per esempio, &quot;1&quot; per il giorno 1). </li><li> Inserire il APM (inserire FP per finapress o AL per l&#39;arte-line). Inserire il Vessel (MCA, ACA, o PCA). Digitare &quot;y&quot; o &quot;n&quot; alla query &quot;Hai misure MCA giuste?&quot; Enter &quot;y &amp;# 8221; o &quot;n&quot; alla query &quot;Hai lasciato misure MCA?&quot; NOTA: <img alt="Equazione 1" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51082/51082eq1.jpg" width="300" /> Per ogni ingresso (x t - pressione arteriosa) e l&#39;uscita (y t - il flusso sanguigno cerebrale) una funzione di trasferimento autoregressivo lineare (Eq 1. - il termine tra parentesi) viene fatto passare attraverso le funzioni del kernel non parametrici (k m, chiamato &#39;cresta funzioni &quot;) che sono determinati minimizzando l&#39;errore quadratico medio. Proiezione inseguimento regressione può includere più di una funzione cresta (cioè, M&gt; 1). Tuttavia, anche se sarà ridurre l&#39;errore quadratico medio, può oscurare l&#39;interpretazione delle funzioni di colmo a causa di potenziali interazioni tra di loro. Poiché lo scopo primario è quello di ottenere una relazione tra la pressione arteriosa e flusso sanguigno cerebrale che can essere interpretato fisiologicamente, PPR deve essere limitata a una sola funzione cresta (M = 1). </li><li> Lineare a tratti parametrizzazione. Parametrizzare la funzione cresta come una funzione lineare a tratti per la successiva analisi statistica (Figura 3). Per Matlab, utilizzare Free-nodo spline approssimazione di Bruno Luong. Inserire il &quot;BSFK (x, y, k, nknots)&quot; Comando dove k = 2 per una misura lineare e nknots = 3 per tre regioni. NOTA: Questo identifica quei punti in cui i cambiamenti arteriosi rapporto di flusso di pressione-cerebrale, e gli intervalli in cui il rapporto è approssimativamente lineare figura 3 mostra una schematica dei risultati.. Il guadagno (cioè, la pendenza lineare) del rapporto di pressione del flusso all&#39;interno di ciascuna regione fornisce una misura dell&#39;efficacia di autoregolazione cerebrale all&#39;interno di tale regione. Un guadagno inferiore indica una più efficace contro-regolazione delle fluttuazioni di pressione, mentre i guadagni più alti indicano fl più passivorisposte ome variazioni di pressione. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Proprio definire le relazioni input-output possono richiedere che l&#39;ingresso (in questo caso, la pressione) cambia attivamente attraverso una gamma sufficientemente ampia per osservare la risposta di uscita. Tuttavia, variazioni di pressione che si verificano spontaneamente sono estremamente incoerenti e piccola ampiezza all&#39;interno delle frequenze di autoregolazione cerebrale. 27 Questa è la ragione per cui variazioni spontanee in pressione e flusso mostra una relazione con periodi di alta correlazione e periodi di estremamente bassa correlazione e che oscillazioni il flusso sanguigno cerebrale apparentemente sembra senza auto pressione arteriosa apparente. 28 OLBNP 22 fornisce una tecnica fondamentale per creare oscillazioni di pressione arteriosa consistenti di varia frequenza ed ampiezza di valutare le risposte del flusso ematico cerebrale. Anche se ci possono essere altri approcci che potrebbero fornire una sonda simile, questo approccio consente di rigorosi test del rapporto dalla frequenza e / o ampiezza dipendente betpressione arteriosa ween e velocità del flusso sanguigno cerebrale. Prima di ricerca esplorare potenziali strumenti di misurazione per l&#39;autoregolazione cerebrale hanno utilizzato modelli lineari del rapporto tra la pressione arteriosa e il flusso ematico cerebrale (ad esempio, analisi funzione di trasferimento). Una stretta relazione lineare tra pressione e portata modifiche senza smorzamento si osserva quando le oscillazioni di pressione sono relativamente veloci, cioè,&gt; ~ 10 sec. Tuttavia, le oscillazioni più lente (&gt; ~ 20 sec) generano un rapporto tra pressione e flusso che diventa progressivamente meno linearmente correlate. 8,24 Se il rapporto non è molto lineare correlato (basso R 2, a bassa coerenza cross-spettrale) si può non avere alcun fiducia nella precisione delle misure lineari come guadagno e di fase della funzione di trasferimento. La mancanza di relazione lineare indica la presenza di non linearità importanti che sono caratteristici di autoregolazione cerebrale. Infatti, per sua stessa natura, autoregulation non è suscettibile di caratterizzazione attraverso approcci lineari; approcci lineari possono indicare la presenza o l&#39;assenza di autoregolazione, ma non possono descrivere le caratteristiche e la sua efficacia. Ci sono metodi che sono paragonabili ai metodi lineari nella loro semplicità, ma in grado di valutare le relazioni non lineari tra input (pressione) e di uscita (flusso) variabili. Perseguimento di proiezione di regressione è semplicemente un ateoretico metodo non parametrico,, regressione multipla 29,30 che non postula un modello a priori o assumere linearità nel rapporto input-output. Questi sono chiari vantaggi per la caratterizzazione di un sistema che non è completamente comprensibile. Tuttavia, va osservato che l&#39;uso di più di una funzione cresta aumenta la percentuale di varianza spiegata, ma a scapito di oscurare interpretazione fisiologica dei rapporti caratteristici. Pertanto, si raccomanda che la proiezione inseguimento regressione essere limitata ad un solo fu crestanzio. Tuttavia, l&#39;approccio PPR delineato con una singola funzione cresta può spiegare una parte significativa della varianza nel rapporto tra pressione arteriosa e flusso sanguigno cerebrale e rivelare la relazione lineare caratteristica che è coerente tra individui. Limitazioni e possibili modifiche Oscillatorio pressione negativa inferiore del corpo richiede attrezzature e procedure specifiche e invadente e quindi non è adatto per le valutazioni basate clinica. È possibile che riposa registrazioni di lunghezza sufficiente potrebbe fornire dati sufficienti per l&#39;analisi PPR di autoregolazione cerebrale. Tuttavia, il lavoro precedente ha mostrato che la proiezione perseguimento di regressione di riposare dati esegue significativamente peggiore rispetto all&#39;analisi dei dati OLBNP 0,03 Hz. Anche se i rapporti di pressione del flusso quantificati a riposo e durante 0,03 Hz OLBNP sono correlati, 19 il modesto corrispondenza suggerisce semplicemente che la pressione RAPPORTI-flowips stimate a riposo non possono riflettere in modo affidabile quelli derivati ​​da 0,03 Hz OLBNP. Una soluzione può essere quella di produrre variazioni di pressione costante e di ampiezza maggiore all&#39;interno delle frequenze di autoregolazione via lenta, respirazione profonda eucapnici o reiterate manovre tozzo-supporto. Questi metodi hanno dimostrato di generare fluttuazioni di pressione in modo affidabile grandi che possono fornire i cambiamenti attraverso una gamma sufficientemente ampia di osservare le risposte del flusso ematico cerebrale. 31,32 Sebbene in media, proiezione inseguimento regressione può spiegare una quantità significativa del rapporto tra la pressione arteriosa e fluttuazioni di flusso cerebrale, varianza spiegata può essere bassa in alcuni casi (~ 19%) 6. Low prestazioni potrebbero derivare, ad esempio, da modelli di respirazione se la frequenza e volume corrente non sono controllati. Tuttavia, tutti i test fisiologici ha alcune osservazioni aberranti, e questo approccio non è un&#39;eccezione. Misure poveri in ~ 1 di 20 osservazioni non dovrebberot minano la potenziale utilità di questo approccio. Applicazioni future / Conclusioni La caratteristica relazione pressione-flusso può essere modificato in alcune condizioni fisiopatologiche, come l&#39;ictus 33 e trauma cranico. 34 Se le relazioni accurate potrebbero essere acquisite in ambito clinico, la proiezione perseguimento di regressione di autoregolazione cerebrale può avere un&#39;applicazione più ampia ed essere utile come strumento di valutazione dove OLBNP non è disponibile. E &#39;possibile che le manovre semplici (ad esempio, la respirazione profonda, bracciale coscia, di stand sit-to-) e / o più registrazioni della durata di riposo potrebbe comportare relazione pressione-flusso che può essere citato in giudizio per derivare autoregolazione cerebrale paragonabile a OLBNP dati. Tuttavia, la determinazione in laboratorio dei diversi sistemi di regolamentazione e del loro contributo alla non linearità di autoregolazione potrebbe fornire una visione unica per il controllo cerebrovascolare, e permettere diagnosi delle alterazioni fisiopatologiche di autoregolazione cerebrale (ad esempio, dopo una lesione cerebrale traumatica).

Il processo attraverso il quale la perfusione cerebrale si mantiene costante su una vasta gamma di pressioni sistemiche è noto come &quot;autoregolazione cerebrale.&quot; Osservazioni originali di risposte flusso cerebrale 1 sostenuto un contro-regolazione contro le variazioni della pressione arteriosa, che è di grande importanza per la regolazione quotidiana di perfusione cerebrale. Sebbene caratterizzazione di autoregolazione si è basata su studi di sostenuta, ipo e ipertensione controllata, 2,3 è stato riconosciuto che i cambiamenti indotti pressione in resistenza sono &#39;un processo oscillatorio&#39; 3 che comprende le modifiche da 10 a 90 sec. 4, inoltre, all&#39;interno del Negli ultimi due decenni, la misurazione della velocità del flusso sanguigno cerebrale su un beat-by-beat base 5 ha dimostrato che il flusso cerebrale è regolato su periodi più brevi a pochi battiti cardiaci. 6,7 Questi dati battito-per-battito suggeriscono che efficace smorzamento del flusso contro variazioni di pressione si verifica nel corsoperiodi brevi come ~ 15 secondi e diventa progressivamente più su periodi di tempo più lunghi. 8 Così, il rapporto tra le funzioni di pressione e di flusso come un filtro passa alto 7,9-12 in cui i cambiamenti più lenti della pressione sanguigna sono effettivamente smussati e le oscillazioni veloci passano attraverso relativamente inalterata. La principale difficoltà nel caratterizzare la dipendenza dalla frequenza di autoregolazione cerebrale è la mancanza di importanti variazioni spontanee della pressione arteriosa attorno alle frequenze di interesse (meno di ~ 0,07 Hz o ~ 15 sec). Senza oscillazioni di pressione sufficientemente grandi, non si può quantificare con precisione la risposta del flusso sanguigno cerebrale. Il nostro laboratorio ha affrontato questo vincolo utilizzando una tecnica nota come oscillatorio pressione negativa corpo inferiore (OLBNP). Questo crea caudale turni volume del sangue venoso proporzionale al livello di pressione negativa nel serbatoio a causa della ridotta pressione transmurale venosa. Quando la pressio negativore è applicato a intervalli prestabiliti, le oscillazioni nel centro risultato ritorno venoso in fluttuazioni di pressione arteriosa alla frequenza di OLBNP. Questo approccio è stato utilizzato in diversi studi attraverso diversi laboratori. 8,14-17 Questo crea caudali cambiamenti di volume di sangue venoso proporzionale al livello di pressione negativa nel serbatoio a causa della ridotta pressione transmurale venosa. Quando la pressione negativa viene applicata a intervalli prestabiliti, le oscillazioni di ritorno venoso centrale provocano fluttuazioni di pressione arteriosa alla frequenza di OLBNP. Questo approccio è stato utilizzato in diversi studi attraverso diversi laboratori. 8,15-18 Anche con un approccio che può generare oscillazioni prominenti della pressione arteriosa attorno alle frequenze di interesse, vi è un fattore di complicazione: c&#39;è evidenza significativa di non linearità in autoregolazione cerebrale, soprattutto alle frequenze più basse 8 Inoltre, non c&#39;è una forte guida teorica.sulla natura delle nonlinearità presenti in autoregolazione cerebrale. Quindi, usiamo un ateoretico, dati guidati metodo noto come proiezione Pursuit Regression (PPR) nella nostra analisi. 19 PPR è un metodo non parametrico per caratterizzare le relazioni lineari inerenti ad un sistema senza alcuna ipotesi a priori sulla natura di queste non linearità. Questo è un vantaggio deciso per catturare un sistema la cui fisiologia non è ancora definita da modelli lineari espliciti. PPR rivela che la caratteristica non-linearità autoregolazione cerebrale assomiglia al &quot;classico curva di autoregolazione&quot; descritta da Lassen nel 1959 (Figura 1). 2,19 Cioè, il flusso sanguigno cerebrale rimane relativamente costante entro un certo intervallo di pressione arteriosa, ma tracce passivamente in modo lineare al di fuori di questo intervallo. Questa forma diventa più evidente come la fluttuazione della pressione arteriosa diventa più lento. Pertanto, l&#39;analisi lineare è insufficiente per completamente interrogate autoregolazione cerebrale e affidamento su tecniche lineari probabilmente non trova informazioni importanti. In questo articolo ci dettaglio l&#39;approccio sia di acquisizione dati (uso in laboratorio di OLBNP) e le analisi (PPR) che utilizziamo per caratterizzare autoregolazione cerebrale in salute e malattia.

<table><tbody><tr><td>Ecografia Doppler Transcranica</td><td>Compumedics DWL</td><td>Multi-Dop X digital</td><td>&nbsp; Sonda da 2 MHz</td></tr><tr><td>ECG e BP brachiale</td><td>GE</td><td>Dash 2000</td><td></td></tr><tr><td>LBNP Serbatoio</td><td>U. dell'Iowa Bioengineering</td><td></td><td>Valvola meccanica su misura</td></tr><tr><td></td><td>U. dell'Iowa Bioengineering</td><td></td><td>Timer</td>del</tr><tr><td>ciclo di ripetizione</td> su misura <td>Macromatics</td><td>TR-50826-07</td><td></td></tr><tr><td>Trasduttore di pressione</td><td>Gould</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fotopletismografia monitor di pressione da dito</td><td>Finapres Medical Systems</td><td>Finometer PRO</td><td></td></tr><tr><td>CO2 analizzatore di gas</td><td>VacuMed</td><td>#17515 Analizzatore CO2, Gold Edition</td><td></td></tr><tr><td>Sistema di acquisizione dati</td><td>AD Instruments</td><td>Sistemi di acquisizione dati - PowerLab</td><td></td></tr></tbody></table>

valutare cerebrale autoregolazione via oscillatorio lower body negative pressure e proiezione pursuit regression

Assessing Cerebral Autoregulation via Oscillatory Lower Body Negative Pressure and Projection Pursuit Regression

Il processo di perfusione cerebrale viene mantenuta costante in un&#39;ampia gamma di pressioni sistemici è noto come &quot;autoregolazione cerebrale.&quot; Smorzamento efficace del flusso contro variazioni di pressione si verifica per periodi più brevi ~ 15 sec e diventa progressivamente più lunghi periodi di tempo. Così, i cambiamenti più lenti della pressione sanguigna sono effettivamente smussati e cambiamenti più rapidi o fluttuazioni passano al flusso ematico cerebrale relativamente inalterata. La principale difficoltà nel caratterizzare la dipendenza dalla frequenza di autoregolazione cerebrale è la mancanza di importanti variazioni spontanee della pressione arteriosa attorno alle frequenze di interesse (meno di ~ 0,07 Hz o ~ 15 sec). Oscillatorio inferiore del corpo pressione negativa (OLBNP) può essere impiegato per generare oscillazioni ritorno venoso centrale che provocano fluttuazioni di pressione arteriosa alla frequenza di OLBNP. Inoltre, proiezione Pursuit Regression (PPR) fornisce un metodo non parametrico per characterize rapporti non lineari inerenti al sistema senza assunzioni a priori e rivela la caratteristica non-linearità di autoregolazione cerebrale. OLBNP genera grandi fluttuazioni della pressione arteriosa come la frequenza delle oscillazioni di pressione negativa rallentare; Tuttavia, le fluttuazioni del flusso cerebrale diventano progressivamente minore. Quindi, il PPR mostra una regione autoregolatorio sempre più prominente OLBNP frequenze di 0,05 Hz e inferiori (20 cicli sec). L&#39;obiettivo di questo approccio per permettere la determinazione in laboratorio della caratteristica non lineare rapporto tra la pressione e il flusso cerebrale e potrebbe fornire visione unica di controllo integrati cerebrovascolare nonché ad alterazioni fisiologiche sottostante compromessa autoregolazione cerebrale (ad esempio, dopo traumi cerebrali, ictus , ecc).

OLBNP ampiezze da 10 mmHg 22 fino a 120 mmHg 17 sono stati utilizzati per aumentare fluttuazioni di pressione arteriosa, ma 30 mmHg OLBNP è sufficiente 23,24 e non oltre la capacità di regolamentazione del cerebrovasculature. 17 Questo livello di risultati OLBNP in oscillazioni di pressione sanguigna che sono circa 15-20 mmHg in grandezza a 0.03 Hz, che non è maggiore di variazioni di pressione arteriosa che si verificano quando si passa dalla posizione seduta a piedi. 25 presenta alcune limitazioni alla gamma entro cui OLBNP può generare variazioni di pressione arteriosa. Autoregolazione è attiva solo a ~ 0,07 Hz e più lenta, quindi il limite superiore non è un problema. Tuttavia la difficoltà di generare oscillazioni a bassa frequenza sotto 0,03 Hz è che il sistema cardiovascolare contro-regola contro le variazioni di pressione arteriosa LBNP indotte prima del ciclo è finito. Come mostra la Figura 4 mostra, a 0.025 Hz OLBNP che effettivamente vediamo il più grande picco nellaoscillazioni di pressione arteriosa a 0,05 Hz. Mentre la risposta in frequenza di autoregolazione cerebrale può essere caratterizzato da 0,03 Hz-0.08 Hz per definire le scale di tempo entro cui autoregolazione è attivo, 23,24 0,03 Hz e 0,08 Hz OLBNP sono sufficienti quanto rappresentano una serie di funzioni di autoregolazione (cioè un pronunciato regione di autoregolazione a nessuno o un modesto). OLBNP genera grandi fluttuazioni della pressione arteriosa come la frequenza delle oscillazioni di pressione negativa diventa più lenta. La Figura 5 mostra la pressione arteriosa e conseguenti variazioni del flusso sanguigno cerebrale con OLBNP da 0,08 Hz (12.5 cicli sec) e 0,03 Hz (33 cicli sec). Alle frequenze più alte, il flusso sanguigno cerebrale fluttua in concerto con la pressione arteriosa. Il PPR lo dimostra; vi è una relazione lineare proporzionale tra la pressione arteriosa e il flusso sanguigno cerebrale alle frequenze più elevate di 0,08 Hz, 0,07 Hz (14 cicli sec) e 0.06 Hz (16.6 cicli sec). Alle frequenze più lente di OLBNP, anche se le fluttuazioni di pressione arteriosa diventano più grandi, le fluttuazioni del flusso ematico cerebrale sono progressivamente più efficace inumidito. Quindi, il PPR mostra una regione autoregolatorio sempre più importante a frequenze OLBNP da 0,05 Hz (20 cicli sec), a 0,04 Hz (25 cicli sec), a 0,03 Hz. Nell&#39;esempio illustrato, a 0.03 Hz, la curva PPR assomiglia chiaramente il &quot;classico curva di autoregolazione&quot; descritta da Lassen (Figura 1). Abbiamo precedentemente dimostrato che questa osservazione non può essere spiegato semplicemente l&#39;aumento della grandezza delle fluttuazioni di pressione arteriosa come la frequenza delle oscillazioni diventa più lento. Abbiamo precedentemente applicata PPR ai dati da 48 individui in diverse grandezze di OLBNP (quindi, diversa ampiezza delle oscillazioni di pressione). 19 Anche se non abbiamo esplorare esplicitamente una potenziale relazione tra gamma di autoregolazione e l&#39;ampiezza delle fluttuazioni di pressione, abbiamo ricavità che la variazione di autoregolazione gamma era solo ~ 6%. Così, i nostri risultati precedenti dimostrano chiaramente che il cambio della curva PPR con frequenza non può essere completamente spiegata da un cambiamento nella grandezza delle fluttuazioni di pressione. Nello stesso studio, abbiamo valutato se la caratterizzazione PPR di autoregolazione è riproducibile attraverso sessioni separate. Questa analisi ha mostrato che la pendenza della gamma di autoregolazione durante 0,03 Hz OLBNP non ha cambiato (Concordanza di Lin = 0.96, p &lt;0.001) e quindi la relazione pressione-flusso lineare è coerente in giornate di studio. Anche se il letto cerebrovascolare è ben innervato da fibre nervose simpatiche, il loro ruolo nella autoregolazione non è stata ampiamente accettata. 26 Pertanto, alcuni dei nostri precedenti lavori ha esplorato il ruolo potenziale del sistema nervoso simpatico in autoregolazione cerebrovascolare. 24 Abbiamo trovato un ruolo chiaro per il sistema simpatico nella regolazione del flusso cerebrale, ma were non in grado di caratterizzare come il rapporto cambiato con rimozione degli effetti simpatici causa delle limitazioni dei metodi lineari per caratterizzare autoregolazione. La Figura 6 mostra i risultati di applicazione PPR per dati prima (basale) e dopo blocco simpatico durante 0,05 Hz. La curva complessiva diventa decisamente più lineare. Inoltre, l&#39;analisi PPR di 0,03 Hz dati dove autoregolazione è più evidente mostrato che la gamma della regione di autoregolazione rimane invariato, ma la pendenza di tale regione aumenta, riflettendo autoregolazione meno efficace (Figura 7). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig1highres.jpg" /> Figura 1. Il &#39;classico&#39; curva di autoregolazione deriva dal rapporto tra gli aumenti statici e diminuzioni della pressione e costante stato di flusso ematico cerebrale. Una regione di flusso immutabile desPite pressione cambia (cioè, pendenza = 0) è delimitata dalle regioni in cui aumentando e pressioni decrescenti provocare proporzionali cambiamenti del flusso sanguigno cerebrale. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig2highres.jpg" /> Figura 2. La preelaborazione necessario eseguire analisi SPR. I segnali vengono prima decimati a 5 Hz e poi filtrato passa-banda alla frequenza di OLBNP (± 0,005 Hz). <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig3highres.jpg" /> Figura 3. parametri della curva autoregolazione cerebrale derivata dall&#39;analisi PPR della pressione arteriosa e flusso sanguigno cerebrale durante 0,03 Hz OLBNP. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig4highres.jpg" /> <strong&gt; Figura 4. Spettro di potenza mostra l&#39;ampiezza delle fluttuazioni della pressione arteriosa quando la frequenza è inferiore a 0,03 OLBNP Hz (ciclo di 33 secondi). Da notare che ci sono due grandi picchi di potenza spettrale pressione arteriosa a 0,025 e 0,05 Hz (40 e 20 cicli sec), ma vi è un solo picco nella potenza spettrale LBNP a 0.025 Hz. Inoltre, la grande fluttuazione nella pressione è a 0.05 Hz e sarebbe confondere l&#39;interpretazione delle risposte del flusso sanguigno cerebrale. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig5highres.jpg" /> Figura 5. Esempio degli effetti OLBNP 0,08-0,03 Hz sulla pressione arteriosa e il flusso sanguigno cerebrale. Fluttuazioni di pressione arteriosa diventano più grandi con OLBNP lento che le fluttuazioni di flusso sanguigno cerebrale diventano più piccoli. Questa funzione di autoregolazione è descritta dai risultati dell&#39;analisi PPR mostrato nei pannelli inferiori. Tegli regione autoregolazione del flusso sanguigno cerebrale diventa progressivamente più pronunciato con OLBNP lento. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig6highres.jpg" /> Figura 6. individuale e una media di PPR curve di autoregolazione di dati OLBNP 0,05 Hz a soggetti prima (baseline) e dopo blocco simpatico. Si noti che la perdita della regione di autoregolazione stretto dopo blocco simpatico. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/51082/51082fig7highres.jpg" /> Figura 7. medio dei parametri di PPR di dati 0,03 Hz OLBNP prima e dopo blocco simpatico. Blocco simpatico ha avuto un effetto marcato sulla curva autoregolazione cerebrale all&#39;interno della gamma di autoregolazione, notevolmente aumentando la pendenza (cioè, più proporzionali variazioni di flusso cerebrale con variazioni di pressione ).

La perfusione cerebrale viene mantenuta in una gamma di pressioni tramite l'autoregolazione cerebrale. Tuttavia, la caratterizzazione dell'autoregolazione richiede fluttuazioni di pressione prominenti a frequenze regolate. Il protocollo descritto mostrerà come la pressione negativa oscillatoria della parte inferiore del corpo possa generare fluttuazioni di pressione per fornire dati per la regressione del perseguimento della proiezione per la quantificazione della curva di autoregolazione.

Valutare cerebrale Autoregolazione via oscillatorio Lower Body Negative Pressure e proiezione Pursuit Regression

The process by which cerebral perfusion is maintained constant over a wide range of systemic pressures is known as &#8220;cerebral autoregulation.&#8221; ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è caratterizzare la natura della relazione tra le fluttuazioni della pressione arteriosa e quelle del flusso ematico cerebrale in individui sani. Questo viene ottenuto utilizzando una pressione negativa oscillante al segmento inferiore del corpo per indurre spostamenti del volume ematico centrale e fluttuazioni della pressione arteriosa, simili a quelle che si verificano durante la stazione eretta, ma in modo controllato e graduale, senza contrazione muscolare associata. Come secondo passaggio, viene utilizzata la regressione per proiezione per quantificare la relazione tra la pressione arteriosa misurata e il flusso ematico cerebrale.I successivi punti in cui varia la relazione tra pressione arteriosa e flusso cerebrale vengono identificati e il guadagno all'interno di ciascuna regione, in cui la relazione è approssimativamente lineare, viene stimato come misura dell'efficacia dell'autoregolazione cerebrale all'interno di quella regione. I risultati mostrano che, al rallentarsi delle oscillazioni della pressione negativa applicata al distretto inferiore del corpo, le fluttuazioni della pressione arteriosa aumentano di ampiezza, mentre le fluttuazioni del flusso ematico cerebrale vengono smorzate in modo progressivamente più efficace. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come l'analisi della funzione di trasferimento, è che la projection pursuit è un metodo teorico non lineare, il che significa che non si assume a priori un modello, ma lo si ricava direttamente dalle osservazioni.Questo rappresenta un chiaro vantaggio per caratterizzare un sistema la cui fisiologia non è ancora definita da modelli espliciti. La procedura sarà dimostrata da Jason Hamner, un ingegnere biomedico del nostro laboratorio. Assicurarsi di ottenere le necessarie approvazioni istituzionali e il consenso del soggetto prima di iniziare la procedura, posizionare il soggetto in una posizione comoda e applicare tre o più elettrodi di un monitor per elettrocardiografia sul torace del soggetto per misurare la frequenza cardiaca durante tutto lo studio.Quindi posizionare una fascia in neoprene su misura attorno al torace del soggetto, all'altezza della cresta iliaca. Assicurarsi che la fascia sia abbastanza aderente da sigillare il soggetto all'interno della camera a pressione negativa per il distretto inferiore del corpo, senza tuttavia limitare la respirazione o interferire con l'ECG. Successivamente, far distendere il soggetto in posizione supina sul letto e posizionare la camera di pressione per il distretto inferiore del corpo al di sotto del soggetto.Assicurarsi che siano seduti comodamente sulla sella della bicicletta. Posizionare una camera in plexiglass su misura, tagliata in base alla circonferenza della vita del soggetto per favorire la tenuta stagna della camera. Quindi utilizzare nastro adesivo robusto per sigillare la gonna in neoprene attorno alla camera a pressione negativa per il corpo inferiore.Ora collegare la camera da pressione negativa per il corpo inferiore a un trasduttore di pressione standard e utilizzare una siringa vuota e un manometro a mercurio per calibrare il trasduttore di pressione in millimetri di mercurio. Collegare alla camera da pressione negativa per il corpo inferiore la valvola meccanica su misura e il timer per cicli ripetuti, quindi regolare il tempo di ciclo alla frequenza desiderata di pressione negativa oscillante per il corpo inferiore. Successivamente, collegare un normale aspirapolvere domestico alla valvola meccanica.Quindi collegare l'aspirapolvere a un trasformatore variabile per regolare la tensione all'aspirapolvere e accendere l'aspirapolvere. Regolare il trasformatore fino a raggiungere la pressione negativa desiderata a livello del corpo inferiore. Solitamente si ottiene un valore compreso tra 20 e 40 millimetri di mercurio.Per misurare la pressione arteriosa, applicare un bracciale fotopletismografico non invasivo per la pressione arteriosa sul dito del soggetto. Quindi, per misurare correttamente l'anidride carbonica espirata, posizionare un cannula nasale collegata a un analizzatore di anidride carbonica a infrarossi sul soggetto e istruirlo a respirare esclusivamente attraverso il naso. Infine, utilizzare una sonda Doppler ad onda pulsata da due megahertz per intonare il segmento M1 dell'arteria cerebrale media a livello della tempia.Monitorare il segnale e modificare l'angolo della sonda, la profondità di intonazione, il guadagno e la potenza di trasmissione per massimizzare l'intensità spettrale del segnale. Una volta raggiunto il segnale ottimale, fissare la sonda Doppler in posizione con un dispositivo privo di schienale, in modo da non introdurre artefatti di movimento nel segnale mentre il volontario si muove a causa delle oscillazioni di pressione negativa. Dopo aver configurato l'apparecchiatura e quando il soggetto è pronto, impostare la conversione da analogico a digitale della pressione arteriosa, del flusso ematico cerebrale, della pressione nella camera a pressione negativa inferiore e dell'anidride carbonica espirata, acquisendo almeno 50 hertz per canale.L'ECG deve essere campionato a un chilohertz. Successivamente, accendere il vuoto e assicurarsi che la pressione sia stabile intorno a 30 millimetri di mercurio. Quindi impostare il timer del ciclo ripetuto a 33 secondi per una pressione negativa corporea inferiore di 0,03 O, e verificare la sonda Doppler per un segnale ottimale.Acquisire i dati per un minimo di 15 cicli per garantire l'affidabilità delle stime di PR. A questo punto, ripetere la procedura per qualsiasi frequenza compresa tra 0,03 e 0,08 hertz. Modificando la durata del timer del ciclo di ripetizione, è necessario elaborare i dati per poter eseguire il project pursuit.I segnali dell'analisi di regressione vengono decimati a cinque hertz e quindi filtrati con un filtro passa-banda alla frequenza di una singola pressione negativa al distretto inferiore per decimare il segnale aperto. MATLAB e digitare il comando ora mostrato sullo schermo, dove SR è la frequenza di campionamento originale. Questa operazione decima la pressione arteriosa e il flusso ematico cerebrale a cinque hertz.Quindi iniziare la stima della regressione tramite ricerca della proiezione in matlab. Immettere il comando ora mostrato sullo schermo. Quindi inserire l'ID dello studio come un codice alfanumerico composto da tre lettere seguite da tre cifre numeriche per l'ID del soggetto.Inserire la data dello studio nel formato anno, mese, giorno e inserire il numero di misurazione numerico, ad esempio uno per il primo giorno. Successivamente, inserire la misurazione della pressione arteriosa indicando FP per pressione op o al per linea arteriosa, inserire il tipo di vaso, come M-C-A-A-C-A o PCA, quindi inserire S o N alla domanda: Si dispone di misurazioni della MCA destra? e S o N alla domanda?Si dispone di misurazioni dell'arteria cerebrale media sinistra? Questa immagine mostra i parametri della curva di autoregolazione cerebrale ottenuti dall'analisi PPR della pressione arteriosa e del flusso ematico cerebrale durante una pressione negativa oscillante a corpo inferiore a 0,03 hertz. Questa è la curva autoregolatoria classica, derivata dalla relazione tra incrementi e decrementi statici di pressione e il flusso ematico cerebrale in condizioni di regime stazionario.Una regione di flusso costante nonostante la variazione della pressione, cioè dove la pendenza è pari a zero, è delimitata da regioni in cui pressioni crescenti e decrescenti determinano variazioni proporzionali del flusso ematico cerebrale. Questo spettro di potenza mostra l'entità delle fluttuazioni della pressione arteriosa quando la frequenza O-L-B-N-P è inferiore a 0,03 hertz. Si noti che vi sono due picchi elevati nella potenza spettrale della pressione arteriosa a 0,02 e 0,05 hertz.Tuttavia, esiste un solo picco nella potenza spettrale della LBNP a 0,025 hertz. Inoltre, la fluttuazione di pressione maggiore si verifica a 0,05 hertz e potrebbe confondere l'interpretazione delle risposte del flusso ematico cerebrale. Di seguito è riportato un esempio degli effetti della pressione negativa oscillante del distretto inferiore compresa tra 0,08 e 0,03 hertz sulla pressione arteriosa e sul flusso ematico cerebrale.Le fluttuazioni della pressione arteriosa diventano maggiori con oscillazioni più lente e pressione negativa applicata al distretto inferiore del corpo, mentre le fluttuazioni del flusso ematico cerebrale diventano minori. Questa funzione autoregolatoria è descritta dai risultati dell'analisi PPR mostrati nei pannelli inferiori. La regione autoregolatoria nel flusso ematico cerebrale diventa progressivamente più pronunciata con oscillazioni più lente e pressione negativa applicata al distretto inferiore del corpo.Questi singoli e medi PPR su curve autoregolatorie derivano da dati di pressione negativa oscillatoria al segmento inferiore del corpo a 0,03 hertz ottenuti da soggetti prima e dopo il blocco simpatico. Si noti la perdita della ristretta regione autoregolatoria dopo il blocco simpatico. Questo rappresenta la media dei parametri PPR derivati dai dati di pressione negativa oscillatoria al segmento inferiore del corpo a 0,03 hertz prima e dopo il blocco simpatico.Il blocco simpatico ha avuto un effetto notevole sulla curva di autoregolazione cerebrale all'interno del range autoregolatorio, aumentando in modo significativo la pendenza. Ovvero, maggiori variazioni proporzionali del flusso ematico cerebrale in risposta a cambiamenti di pressione dopo questo intervento. Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della fisiologia cerebrovascolare per esplorare il controllo fisiologico nonché le alterazioni patofisiologiche del flusso ematico cerebrale nell'uomo.

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Il catetere di un dispositivo di telemetria viene impiantato nell'aorta addominale per raccogliere continuamente dati emodinamici battito per battito da animali pre e post-resezione del midollo spinale toracico alto. Un nuovo software JAVA è stato utilizzato per analizzare i parametri emodinamici e la frequenza e l'intensità degli episodi spontanei di disreflessia autonomica.

Sviluppo di un algoritmo di effettuare uno studio globale di autonomica disreflessia in animali con alta ferita del midollo spinale Uso di un dispositivo di telemetria

Lo scopo di questo protocollo è quello di dimostrare le tecniche per misurare le risposte compensative per ridurre il volume del sangue centrale utilizzando parte inferiore del corpo a pressione negativa come modello sperimentale non invasivo di emorragia umana che può essere utilizzato per quantificare il totale integrazione di meccanismi di compensazione per i disavanzi volume del sangue negli esseri umani .

Le risposte compensative integrati in un modello umano di emorragia

Un metodo di registrazione monitoraggio segnali in pazienti con lesioni cerebrali gravi utilizzando un comodino di multimodality, burr singolo foro tecnica è descritta.

Un approccio di foro singolo, comodino Burr al Multimodality monitoraggio nel trauma cranico severo

Lo shock emorragico è una grave complicazione nei pazienti gravemente feriti, che porta a una sottoalimentazione pericolosa per la vita. Vi presentiamo un metodo standardizzato per indurre shock emorragico tramite astinenza da sangue nei maiali che è guidato dall'emodinamica e dall'ossigenazione cerebrale microcircolatoria.

Induzione da shock emorragico standardizzato guidato da ossimetria cerebrale e monitoraggio emodinamico esteso esteso nei suini

Questo articolo dimostra l'uso di flussometria Doppler laser per valutare la capacità della circolazione cerebrale di autoregolare il suo flusso sanguigno durante la riduzione della pressione arteriosa.

Valutazione dell'autoregolazione del flusso sanguigno cerebrale nel ratto utilizzando Laser Doppler Flowmetry

Gli individui con instabilità cronica della caviglia (CAI) presentano carenza di controllo posturale e attivazione muscolare ritardata degli allevamenti inferiori. La posturografia dinamica computerizzata combinata con l'elettromiografia superficiale fornisce informazioni sulla coordinazione dei sistemi visivi, somatosensoriali e vestibolari con regolazione dell'attivazione muscolare per mantenere la stabilità posturale negli individui con CAI.

Valutazione del controllo posturale e dell'attivazione muscolare a bassa estremità in individui con instabilità cronica della caviglia

Presentato qui è un protocollo per il monitoraggio non invasivo dell'emodinamica cerebrale di pazienti neurocritici in tempo reale e al letto del paziente utilizzando ottiche diffuse. In particolare, il protocollo proposto utilizza un sistema ottico diffuso ibrido per rilevare e visualizzare informazioni in tempo reale sull'ossigenazione cerebrale, sul flusso sanguigno cerebrale e sul metabolismo cerebrale.

Monitoraggio in tempo reale di pazienti neurocritici con spettroscopie ottiche diffuse

Scopri come valutare l'autoregolazione cerebrale mediante pressione negativa oscillante sul corpo inferiore e regressione projection pursuit. Questo metodo avanzato consente di quantificare la relazione tra pressione arteriosa e flusso ematico cerebrale.

Valutare cerebrale Autoregolazione via oscillatorio Lower Body Negative Pressure e proiezione Pursuit Regression

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