En metod för att icke-invasiva Bedömningar av kärlfunktionen och morfologi

Medicine
 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Sandoo, A., Kitas, G. D. A Methodological Approach to Non-invasive Assessments of Vascular Function and Morphology. J. Vis. Exp. (96), e52339, doi:10.3791/52339 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Endotelet är den innersta slemhinnan i kärl och deltar i underhållet av vaskulär homeostas genom reglering av en mängd vasoaktiva processer. Störningar till dessa processer kan predisponera kärlet till ateroskleros och öka risken för hjärt-kärlsjukdom (CVD) 1. Perifer endotelfunktion är en bra indikator på tidiga avvikelser i kärlväggen 2. Vidare har åtgärder av perifer endotelfunktion visats spegla koronar endotelfunktion 3-5, och som sådan betraktas som goda prediktorer för hjärt-kärlsjukdom 6-9. Detta är kanske inte så konstigt med tanke på att åderförkalkning nu i stort sett uppskattas vara en systemisk sjukdom 10. Bedömningar av perifer endotelfunktion kvantifiera typiskt kärlvidgande respons av fartyget till en specifik stimulus, med en dämpning av den förhalningssvar som tyder på endoteldysfunktion 11, och kan mätas på olika kärlbäddar. Bedömningar av avancerade strukturella förändringar i kärlet kan karakteriseras av ultraljudsundersökning av intima-media tjocklek.

I mikrocirkulationen, kan laser Doppler flowmetry (LDF) och Laser Doppler imaging (LDI) med jontofores av vasodilaterande agonister ge användbar information om mikrovaskulär perfusion 12. Båda teknikerna mäter Doppler-förskjutningen som skapas av spritt ljus från att röra röda blodkroppar. Perfusion representeras såsom blod flussmedel i stället för blodflöde (ml / min), med blod flussmedel, vilket är genomsnittlig för röda blodkroppar hastighet och koncentration. Mätning av blod flussmedel linjärt samband med faktiska blodflöde 13. Bedömningen av LDI erbjuder avsevärda fördelar jämfört LDF, eftersom till skillnad från LDF, kan LDI skanna över ett stort område vilket motsvarar heterogenitet i huden blodflödet och öka reproducerbarheten av tekniken12.

Den stimulans för att öka blodflöde under LDI tillhandahålls av jontofores av vasodilaterande agonister acetylkolin (ACh) och natrium (SNP), som bedömer endotel-beroende och endotel-oberoende funktion respektive in i huden med hjälp av en svag elektrisk ström 14. En gång genom huden, ACh binder till endotelceller muskarinreceptorer släppa det kärlvidgande kväveoxid (NO). Användningen av SNP aktiverar direkt glatta muskelcellreceptorer för att möjliggöra maximal vasodilatation av fartyget och granskning av glatt muskulatur integritet 15. Det råder viss osäkerhet om huruvida ACh-medierad dilatation innebär INGEN alls, eftersom ACh kan stimulera icke-NO vägar såsom cykloxygenas medierad vägar 12. Trots detta har vi tidigare rapporterat att ACh och SNP svar nedsatt hos patientpopulationer med ökad risk för hjärtkärlsjukdom 16 och att motion interventioner kända för att förbättra NEJ bioactivity också förbättra ACh-medierad blod flussmedel använder LDI 17. Fordonet för transport agenter i mikrokärl huden innehåller ofta natriumklorid eller avjoniserat vatten 18,19. Mikrovaskulära endotelfunktion kan kvantifieras med hjälp av olika metoder, med kutan vaskulär konduktans - en produkt av flussmedel dividerat med artärtryck, används i studier där blodtrycket kan förändras över studiens längd (dvs, under träning eller antihypertensiv behandling) 12. En annan vanligt förekommande kvantifiering är att beräkna arean under kurvan för blodflöde eller uttrycka den procentuella ökningen av flödet från baslinjen. Det är viktigt att notera att det inte finns några fastställda riktlinjer för att presentera data, men utredarna bör utnyttja en metod som visar god reproducerbarhet.

I de stora fartygen, är flödesmedierad dilatation (FMD) och glyceryl-trinitrat medierad dilatation (GTN) utförs för att bedömas endotel-beroende och endotel-oberoende funktion respektive 20. MKS utförs typiskt i armartären där en manschett används för att ockludera arteriellt blodflöde för 5 min; frisättning av manschetten orsakar en plötslig ökning av blodflödet (reaktiv hyperemi) genom armartären resulterar i skjuvning-stress förmedlad dilatation av fartyget. Baslinjen och efter manschetten frigör diameter kvantifieras genom ultraljud av kärlet med efterföljande bedömningar av kärldiametern manuellt 20 eller använda automatiserade kantdetektering mjukvara 21,22. Användningen av GTN hjälper till att avgöra om avvikelser i vasodilatation beror på en förlust i glatta muskelceller integritet, eller nedsatt frisättning av NO från endotelceller 23. MKS och GTN uttrycks som den procentuella ökningen i post-stimulans kärldiameter i förhållande till baslinjen diameter.

Korrekt bedömning av mul- och klövsjuka kräver ett antalviktiga överväganden i studieprotokollet 24,25. Längden på manschetten ocklusion måste noggrant tidsinställda; 5 min av manschetten ocklusion räcker för NO-medierad dilatation tag manschetten ocklusion ger icke-NO medierad dilatation 26. Likaså, placering av den ockluderande manschetten kring handleden och distalt från ultraljudssonden åberopar övervägande NO-förmedlad dilatation, medan placering av manschetten på överarmen och proximalt till sonden endast delvis stimulerar NO 27. Det är också viktigt att mäta topp dilatation efter manschetten deflation under en längre tidsperiod, eftersom mätning av toppdiametern inom de första 60 sek efter manschetten deflation kan underskattar mul- och klövsjuka 25-40% 28. Faktum är en period av 180 sek sannolikt vara tillräckligt i fånga sann toppdiameter, med de flesta toppvärden som inträffar inom de första 120 sek 28.

Stimulansen för mul- och klövsjuka involverars produktion av skjuvspänning, som aktiverar specifika endotelceller receptorer att frigöra NO 29. Dock kan skjuvspänning även aktivera flera andra vasoaktiva faktorer (varav vissa kan orsaka vasokonstriktion) 30, vilket gör det viktigt att den framkallade skjuvspänningen stimulans speglar vasodilatation från NO vägar 26. Det är också viktigt att ta hänsyn till skjuvspänningen stimulans under FMD, med beräkning av skjuvhastighet (hastighet / diameter) som fungerar som en lämplig åtgärd för skjuvspänning, men inte nödvändigtvis avspeglar PEF 31. Senaste fysiologiska rekommendationer tyder på att skjuvspänningen profilen alltid bör karakteriseras när ultraljudssystem tillåter samtidig mätning av pulsvågshastigheten och aktiv B-mode avbildning i duplexläge 25.

Bedömning av halspulsåder använder B-mode ultraljud kan ge information om carotid intima-media tjocklek (CIMT), och var första described 1986 av pignoli och kollegor 32. Bedömning av CIMT reflekterar proliferation av glatta muskelceller in i intiman av kärlet och är en användbar prediktor av kliniska händelser i tidig ateroskleros 33. Carotid ultraljud kan ofta förutse arteriell struktur bättre än liknande tekniker (såsom magnetisk resonanstomografi eller röntgen bedömningar) 34. Dessutom CIMT associerar med ett antal klassiska CVD riskfaktorer, inklusive åldrande, hypertension och dyslipidemi 35. Ändringar väggarna i karotidartären vanligtvis initieras av en minskning av NO-biotillgänglighet som främjar inflammation inuti kärlet 36. De gemensamma halspulsådern, carotis interna och hals bifurkation poäng kan användas för att bestämma CIMT, eftersom varje plats kan på liknande sätt förutsäga kardiovaskulära händelser 37.

I föreliggande manuskriptet ger vi detaljerad metod för bedömning av microvascular endotelfunktion (LDI med jontofores), stort fartyg endotelfunktion (FMD och GTN) och kärl morfologi (CIMT). Ateroskleros är en flerstegsprocess som börjar med endoteldysfunktion och slutar med fokala aterosklerotiska lesioner i de stora artärerna. Den logiska grunden för valet av ovanstående bedömningar är att de speglar de olika stadierna av ateroskleros och hjälper till att redogöra för den heterogena karaktären hos kärl 38. Dessutom har vi tidigare visat att i en population av patienter med ökad risk för CVD, mikrovaskulära endotelfunktion var oberoende från stora kärl endotelfunktion 39, och funktionella bedömningar var oberoende av strukturella bedömningar av kärl 40. Därför kan de globala bedömningar av kärl hjälpa till att dechiffrera de olika stadierna av ateroskleros.

Protocol

OBS: Protokollet följer riktlinjer från Dudley Group NHS Foundation Trust mänskliga forskningsetiska kommittén. Utför alla beskrivna teknikerna i ett temperaturreglerat laboratorium (21-22 ° C), med en stabil belysning och frånvaro av buller. Fråga individer som genomgår bedömningar att avstå från mat, dryck, rökning och motion 12 timmar före testet. Hålla inne vasoaktiva läkemedel under minst 12 timmar när det är lämpligt.

1. Laser Doppler Imaging med Jontofores

  1. Slå på Laser Doppler Imager (LDI) och låt skannern automatiskt stabiliseras under ca 30 min. Starta LDI mjukvaran och klicka på "Mätning" (programvarans startskärmen kommer då att visas). På startsidan väljer 'Ionto Protokollet i aktivitetsfältet som finns högst upp i fönstret.
  2. Anger protokollet manuellt (det protokoll som används i vårt laboratorium innebär totalt 13 sburkar, med elektrisk ström för jontoforetisk läkemedelstillförsel in från scan 2 för att skanna 11 vid en spänning på 30 iA). Ställ scan 1 som en baslinje skanna utan elektrisk ström, och skanna 12 & 13 som återvinningsskanningar även utan elektrisk ström. Klicka OK för att bekräfta inställningarna och återgå till startskärmen.
  3. Be deltagaren att koppla av i en halvliggande stol med sin underarm vilar 90 grader på en bekväm, fast kudde, och placera en svart matta under underarmen.
    OBS: Mattan bidrar till att begränsa föremålsmätningar genereras av bakgrundsytor omger vävnaden. Det är viktigt att deltagarna arm spänns fast på kudden, så att det inte finns någon rörelse och tillhörande artefakter.
  4. Anslut trådpluggarna vid den motsatta änden av varje plexiglaskammaren till jontofores styrenheten. Anslut kammare som innehåller en 2,5 ml dos av 1% acetylkolin (ACh) till anod anslutning av jontofores controller, och anslut den andra kammaren innehålleren 2,5 ml dos av 1% natrium-nitroprussid (SNP) till katodanslutningen. Blanda båda medlen i kammaren med hjälp 0,5% koksaltlösning. Anslut de två kamrarna till volara aspekten av deltagarens högra underarm med hjälp dubbelsidiga självhäftande kuddar.
  5. Täck kamrarna från 32 mm täckglas för att förhindra läckage av fluid.
  6. Innan du startar skann, öppnar "Skannerinställning" fönstret sitter på upp till vänster på startskärmen. Välj fliken "Video och Avstånd" och välj "auto avstånd" funktion för att mäta avståndet från skannerhuvudet från deltagarna underarmen.
    1. Efter avslutad mätning auto avståndet väljer fliken "Bild Scan" och bestämma området som ska skannas genom att klicka på "Mark" -knappen i nedre högra hörnet av fönstret. Om nödvändigt, ändra storleken på regionen av intresse genom att manuellt ange i storleken på skanningsområdet i "Scan Area &# 8217; avsnitt nära toppen av fönstret. Se till att regionen av intresse innefattar diametern hos var och en av jontofores kamrarna och är tillräckligt stor för att begränsa variationen i blodflödet i huden.
  7. Efter avslutad bedömning, spara datafilen. Öppna datafilen med hjälp LDI bildanalys programvara för att utföra mätningar av perfusion.
    1. Klicka på "Bildgranskning" på huvudprogramfönstret och öppna bildfilen som ska analyseras.
    2. Använd programvaran för att markera ett område av intresse kring de yttre diametrar varje kammare. Justera regionen av intresse så att den passar korrekt på det område där kamrarna var närvarande. Klicka sedan på "statistik" ikon och en kolumn som innehåller median perfusion enheter för varje kammare kommer att visas. Notera baslinjen perfusion enheten, samt det högsta perfusion enheten från vardera av de föregående 12 skanningar för varje kammare.
      OBS: Denna analysmetod ärspecifika för vårt laboratorium; Emellertid kan andra metoder användas för att uttrycka data som erhållits från LDI scan. För en omfattande översyn, se riktlinjer från Roustit och Cracowski 12.
  8. För att beräkna procentuell förändring av perfusion som svar på ACh och SNP, subtrahera baslinjen perfusion från toppen perfusion, dividera med baslinjen perfusion och sedan multiplicera med 100.
    OBS: I vårt labb, har förändringar i perfusion förhållande till baslinjen visat god inom observatörsvariationskoefficienten för ACh (7%) och SNP (6%).

2. Flödes-förmedlad dilatation och Glyceryltrinitrat-medierad Dilatation

  1. Slå på Doppler ultraljud maskin och nätverksansluten PC innehåller vaskulär bildanalys (VIA) mjukvara.
    OBS: Den VIA Programvaran fångar en levande bild (vid 25 bilder per sekund) och ger information om diametern kärlet samt kvaliteten på de vaskulära gränser detekteras av ultraljudsmaskinen. Othennes mjukvarupaket finns tillgängliga som kan innehålla ytterligare funktioner och inställningar. Det är lämpligt att konsultera bruksanvisningar för särskild programvara.
  2. Be deltagaren att koppla av i en halvliggande fåtölj och placera sin arm på en bekväm kudde ut till deras sida men i höjd med hjärtat. Placera en blodtrycksmanschett runt deltagarens handled.
    OBS: Patienten bör uppmanas att hålla sin arm så stilla som möjligt för att förhindra rörelse artefakter under mätningen.
  3. Säkra linjär array givaren från ultraljudsmaskinen i en stereotaktisk klämma och dra åt kläm hjälp av vingmuttrarna så att ultraljudsgivaren förblir i ett fast läge.
    OBS: Klämman kommer att se till att ultraljudsgivaren förblir stabila när blodkärl ligger.
  4. På ultraljudsmaskinen, rulla in i "Meny" och ställ in skanningsfrekvensen vid 5 MHz och optimera djupet (rekommenderad djupinställning är3,5 cm) och förstärkningsinställningar på ultraljud maskin. Justera inställningarna förstärknings att säkerställa att det är symmetrisk ljusstyrka för när och fjärran kärlväggen.
  5. Använda linjär array givaren, leta armartären som vanligtvis hittas 2-10 cm ovanför armvecket i längdskanningsplanet. Gör eventuella justeringar för att klargöra bildkvaliteten i detta skede. För att hjälpa till att identifiera artären, slå på färgdoppler för att visa pulserande arteriella blodflödet och skilja den från kontinuerlig venösa blodflödet. Visa armartären horisontellt över skärmen; det ska visas som två solida parallella linjer, åtskilda av en tydlig område mellan raderna vilket motsvarar lumen av fartyget.
  6. För att göra det möjligt för VIA programvara för att automatiskt spela kärldiameter, använd markören för att markera ett förutbestämt område av intresse att upptäcka och spåra de främre och bakre väggarna i artären.
    OBS: Storleken på regionen av intresse kan varaökas eller minskas med hjälp av "x" och "y" knapparna på huvudprogramfönstret.
  7. Klicka på "Start" på VIA programvara och bild artären i 2 min. Efter detta, tryck på "Pumpa" på VIA programvara och samtidigt blåsa blodtrycksmanschetten placeras runt handleden för att suprasystolic tryck (vanligen över 220 mmHg) i 5 min.
    NOTERA: Syftet med manschetten är att täppa till blodflödet till handen.
  8. Efter 5 min tömma blodtrycksmanschetten att inducera reaktiv hyperemi som i en frisk kärl, kommer att stimulera NO-medierad vasodilatation.
    OBS: Peak dilatation kan förekomma upp till 180 sek efter manschetten deflation, så det är lämpligt att fortsätta inspelningen kärldiameter under 3 min efter manschetten release.
  9. Efter en 10 min viloperiod, placera om armartären använder linjär array givaren och spela in en 2 min diameter läsning baslinjen på samma sättsom steg 2,7.
  10. Fråga sedan deltagaren att placera en 500 mikrogram sublingual glyceryl-(GTN) tablett under deras tunga och fortsätter att mäta armartären diametern i ytterligare 5 min. Efter denna period, be deltagaren att ta bort GTN tabletten och övervaka deltagaren att se till att de inte upplever några negativa effekter på drogen.
  11. Utför all analys av data offline. Tjugofem datapunkter är tillgängliga för varje sekund av bedömningen; kollapsa dessa data till en sekunds epoker i Microsoft Excel. Exportera data till en digital signalanalys paket och filtrera med ett 3 sek glidande medelvärde filter.
  12. Upprätta baslinjen diameter från 120 sek av uppgifter före manschetten-inflationen. Inspektera baslinjen regionen och omfattar alla artefakter. Medelvärdet de återstående baslinjen regionerna att producera baslinjen diameter.
  13. För flödesmedierad dilatation (FMD) analys, använda programvaran för att automatiskt skanna inlägget cuff-deflation region för topp dilatation och använd markören för att markera denna topp för visuell inspektion. Om toppen har misidentified, använd markören för att välja en mer begränsat område inom vilket toppen då kunde identifieras. Anteckna toppvärdet som topp diameter.
  14. För GTN uppgifter, anta en identisk procedur som används med mul- och klövsjuka, med undantag sökandet efter topp dilation i regionen efter 5 min av läkemedelsadministrering.
  15. För att beräkna FMD% och GTN%, subtrahera baslinjen diameter från toppdiameter, dividera med baslinjen diameter och sedan multiplicera med 100.
    OBS: I vårt laboratorium, är den intra-observatör variationskoefficienten 11% för mul- och klövsjuka, och 12% för GTN.

3. Carotid Intima-media Tjocklek

  1. Be deltagaren att ligga bekvämt på en säng, och placera en kudde under huvudet för att erbjuda stöd till halsen.
  2. Anslut elektrokardiogram (EKG) leder till Doppler ultraljud och sedan bifoga dem på patient extremiteterna. Endast en grundläggande EKG-kurvan krävs, så placera lämpliga leder på vänster och höger vapen, och på vänster fotled.
  3. Förbered ultraljudsmaskinen genom att bläddra igenom "meny" och ställa in skanningsfrekvensen vid 10 MHz och optimera djup (rekommenderad djupinställning är 3-4 cm) och förstärkningsinställningar. Justera inställningarna förstärknings att säkerställa att det är symmetrisk ljusstyrka för när och fjärran kärlväggen.
  4. Be deltagaren att luta huvudet lite åt vänster, och med hjälp av den linjära gruppen givaren, skanna rätt halspulsådern längs alla dess sektioner (vanligt, intern och extern halspulsådern) med längsgående scanning planet för att identifiera förekomst av plack. Spara bilder som visar några tecken på plack. För att hjälpa till att identifiera artären, leta efter en bifurkation punkt i kärlet, eftersom detta visar den gemensamma halsartären bifurcating in i interna och externa halspulsåder.
  5. För mätning of carotid intima-media tjocklek (CIMT), uppnå minst 3 bilder av en del av den gemensamma halspulsådern som är fri från plack, och är 1 cm proximalt hals glödlampa. Uppnå alla bilder på toppen av R-vågen på EKG som detta motsvarar ventrikulär diastole och den punkt där fartyget är under den minsta mängden skjuvspänning.
  6. Upprepa steg 3,4 och 3,5 i den vänstra halspulsådern. Be deltagaren att luta huvudet lite åt höger för denna mätning.
  7. För att hjälpa till att uppnå tydliga bilder av nära och långt väggar, noggrant manipulera ultraljudssonden under bedömningen att säkerställa att fartyget är vinkelrät mot ultraljudstrålen. Uppnå detta genom subtilt ändrar lutningen och rotation av givaren tillsammans med smärre justeringar av trycket appliceras på proximala-till-distala vinkel (häl-tå rörelse) av sonden.
  8. Genomför analys av bilder offline med hjälp Artery Mätning Software (AMS) för att upptäcka den vaskulära BounDary enligt linjerna i pignoli. Ladda upp en bild som ska analyseras, och sedan med markören och skapa ett område av intresse i en del av det fartyg som är fri från plack. Klicka på "upptäcka" på programvaran och registrera värden som visas på skärmen för CIMT och lumendiameter.
    OBS: korrekta avläsningar kan endast fås från den bortre väggen, så ignorera avläsningar från nära väggen.
  9. Ta tre mätningar för varje sida, och sedan genomsnitt dessa för att ge medelvärdet CIMT för höger och vänster halspulsåder separat. Ytterligare jämna ut CIMT från båda sidor för att ge det totala CIMT.
    OBS: Den intra-observatör variationskoefficienten för denna teknik i vårt laboratorium är 9%.
  10. Utför mätning av någon plack använder samma programvara genom att manuellt märka ut plack med markören. Klicka på "klassificera" på AMS för att automatiskt beräkna ekogenicitet av plack och klass enligt dess mottaglighet för bristning. Klickapå "Plack Egenskaper" fönstret för att se denna information.

Representative Results

Laser Doppler Imaging med Jontofores

Median blod flödesenheter efter laserdoppler imaging skanningar från en frisk medelålders kvinnliga fri från CVD visas i figur 1. Det fanns en markant ökning medianblod flux för både ACh och SNP. Baseline blod flux var 48 perfusion enheter för ACh och 67 perfusion enheter för SNP. Peak blod flöde som svar på ACh var 455 perfusion heter, och för SNP 446 perfusion heter. Detta gav en ökning 831% och 566% i perfusion (i förhållande till baslinjen) för ACh och SNP respektive. De värden som tillhandahålls är starkt beroende på den utrustning som används för att undersöka huden blod flöde tillsammans med miljöfaktorer.

Flödesmedierad dilatation och Glyceryltrinitrat-medierad Dilation

Figur 2 visar baslinjen och toppdiameter för mul- och klövsjuka och bedömningar GTN från en frisk ung hane fri från CVD. Denbaslinje diameter brakialartären var 3,0 mm för bedömningar av mul- och klövsjuka och GTN. Toppen diameter i FMD testet var 3,3 mm, medan den för GTN bedömningen var 3,9 mm, vilket motsvarar en ökning av blodflödet 10 respektive 30%, jämfört med baslinjen.

Carotid intima-media Tjocklek

Figur 3 visar den vänstra halsartären hos en frisk individ. Beräkning av CIMT värdena utförs genom att använda automatiserad kant-upptäckt programvara. Den CIMT i bortre väggen var 0.83mm och lumen diametern på fartyget var 7.71mm. Resultaten för den högra halsartären hos samma individ var 0.87mm för CIMT och 7.80mm för lumendiameter. När genomsnitt läsningen från båda sidor, var CIMT 0,85 mm, och lumendiameter var 7.76mm.

Figur 1
Figur 1. Chanringar i blodet flöde som svar på laser Doppler imaging med jontofores. Efter slutförandet av en baslinje skanna mäta baslinjen blod flux, 10 skanningar (skanna 1 till 10) med jontofores av ACh och SNP med en 30 pA elektrisk ström utfördes. Efter jontofores, var 2 återhämtning skannar utfört. ACh = acetylkolin; SNP = natriumnitroprussid.

Figur 2
Figur 2. Flödes-medierad och glyceryltrinitrat medierad dilatation. Diagrammet visar baslinjen diameter och en tydlig ökning av maximal diameter följd av de flödesmedierad och glyceryltrinitrat medierad dilatation stimuli. MKS = flödesmedierad dilatation; GTN = glyceryltrinitrat medierad dilatation.

Figur 3
Figur 3. Ultraljudsundersökning av halspulsådern. En ultraljudsundersökning av vänster halspulsådern visas med ett område av intresse placeras 1 cm från halslampan (punkt bifurkation). Klicka här för att se en större version av denna siffra .

Discussion

Den nuvarande manuskriptet detaljer metodiken av flera olika bedömningar av vaskulär funktion och morfologi som kan utföras i det perifera kärlsystemet. Varje bedömning ger information om de olika stadierna av ateroskleros, och bidra till att karakterisera den vaskulära profilen olika kärl territorier.

Vi har tidigare rapporterat att mikrovaskulära endotelfunktion är oberoende från stora kärl endotelfunktion i en population av patienter med reumatoid artrit med ökad risk för hjärtkärlsjukdom 39. Dessutom bedömningar av vaskulär funktion och morfologi var också oberoende av varandra i samma grupp av patienter och hos patienter med CVD 40,41. Dessa resultat kan förklaras av heterogenitet funktion och struktur av endotelceller i olika kärl territorier 38, samt en möjlig eftersläpning för progression av funktionella förändringar morfologiskAvvikelser i kärlet. En studie av Hashimoto och kollegor 42 visade att flera deltagare med åderförkalkning hade minskat värden FMD men normal CIMT värden. Dessa fynd tyder på att granskningen av subklinisk ateroskleros med hjälp av olika metoder är viktigt att dechiffrera de globala effekterna av CVD.

Vikten av mikrovaskulaturen vid hälsa och sjukdom får allt större uppmärksamhet i den medicinska litteraturen. De mikrokärl bildar en mycket större yta än stora fartyg gör dem viktiga mål för skador från skadlig stimuli 43. Det har antagits att mikrokärl kan vara den primära källan av inflammatoriska mediatorer som infiltrerar endotelet av de större fartygen som leder till lesionsbildning 43. I typ II diabetiker, föregår mikrovaskulära sjukdomar ofta stort kärl sjukdom 44, och i andra populationer med ökad risk för hjärtkärlsjukdom såsom reumatoid arthritis, interventioner som minskar CVD risken förbättra mikrovaskulära, men inte stort kärl, endotelfunktion 45,46. Tillsammans står dessa fynd tyder på att undersökning av mikrovaskulär funktion kan hjälpa till att förstå de komplexa mekanismer som initierar ateroskleros.

I föreliggande arbete, var bedömningen av mikrovaskulära endotelfunktion utförs med hjälp LDI med jontofores av vasoaktiva läkemedel. Flera andra bedömningar kan användas för att bedöma mikrovaskulära funktion inklusive nailfold capillaroscopy och venös ocklusion pletysmografi. Dock ger den tidigare bedömningen information om endast mikrovaskulära morfologi, medan den senare är tidskrävande och i vissa protokoll invasiva pga administration av intra-brachialis vasoaktiva ämnen 1. Däremot erbjuder LDI en enkel, tidseffektiv metod för att mäta mikrovaskulär perfusion fartyg hud blod som svar på vasoaktiva medel som administreras icke-invastivt. Mätningen av hudens blodflöde har vunnit bred acceptans i litteraturen på grund av dess lättillgänglighet och stark korrelation med etablerad CVD 12. Dessutom fördelen av LDI framför andra Doppler tekniker såsom laser Doppler flowmetry, är att den samtidigt kan skanna flera punkter i ett visst område och kan därför stå för cellulära rörelse artefakter och rumsliga skillnader i hudens blodflöde, som båda kan påverka perfusion av kärlet 47,48.

Trots de uppenbara fördelarna med jontofores är det viktigt att notera att strömmen inducerad vasodilatation (CIV) från jontofores värde kan påverka effekterna av vasoaktiva medel särskilt vid katoden. Valet av fordon för läkemedelstillförsel skulle kunna bidra till att minska denna effekt, med 0,5% natriumklorid (som används i det nuvarande protokollet) effektiva för att begränsa CIV 18. Dessutom använder av kammare med större diameter och låg elektrisk byrackahyror (som används i det nuvarande protokollet) alla bidra till att minska CIV 18. Användning av en kontrollstället har också rekommenderat 12. Biologiska och beteendemässiga faktorer kan också påverka tillförlitlighet och repeterbarhet av tekniken. Till exempel har dygnsrytm variation och rökning visats påverka mikrovaskulär endotelfunktion 49,50. Strikta inspelningsförhållanden måste följas för att få korrekta resultat och fastställda riktlinjer bör följas vid utformning av protokoll 12.

Mätning av MKS och GTN-medierad dilatation ger information om endoteldysfunktion i de stora blodkärlen, och används i stor utsträckning i icke-invasiv kärlforskning. Mul- och klövsjuke Tekniken ger surrogat information om NO biotillgänglighet och är en användbar prognostisk markör för hjärthändelser i olika kliniska populationer 7-9. I föreliggande arbete, presenterade protokollet står för många av de faktorer somär nödvändiga för adekvat stimulering av NO-medierad vasodilatation 25. Till exempel var blockeringen manschetten placeras distalt till ultraljudssonden och runt handleden 27, hur länge ischemi var 5 min 26 och tillräcklig tid fick spela den "sanna" peak diameter efter reaktiv hyperemi 28. Tyvärr har protokollet inte omfatta karakteriseringen av skjuvspänningen profil som den automatiska kantdetektering programvara inte tillät samtidig inspelning av kärldiameter och pulsvågshastigheten signal. Beräkningen av skjuvspänningen är integrerad med noggrann mätning av mul- och klövsjuka 26 och vi rekommenderar att om möjligt vaskulära forskargrupper använda programvara som tillåter sådana mätningar som ska utföras.

Bedömningar av mul- och klövsjuka och GTN-medierad dilatation är också känsliga för miljö- och biologiska variationer 24, som små förändringar i kärldiameter kanframkalla stora FMD / GTN svar. Till exempel, typiska värden MKS för friska deltagare varierar från 5-10% 51, vilket motsvarar en 0,25 - 0,5 mm förändring i arteriellt diameter för en artär med en diameter av 5 mm. Givet sådana små förändringar i artärdiameter, måste noggrann uppmärksamhet ägnas åt tekniska och biologiska faktorer som kan påverka mätningen. I själva verket kan MKS påverkas av en mängd olika biologiska och beteendemässiga faktorer såsom sympatisk aktivering 52, sömnbrist 53, caffeineförbrukning 54, rökning 55, antioxidantterapi 56 och tid på dagen 57. Därför är det viktigt att kontrollera för dessa faktorer genom att utnyttja information från fastställda riktlinjer 24,25.

Bedömning av avancerade men subklinisk ateroskleros gjordes med hjälp CIMT. Tekniken har använts i flera kliniska populationer och ger mycket detalj på arteriell structure jämfört med mer sofistikerade metoder, såsom magnetisk resonanstomografi 34. Som med de andra vaskulära tekniker, mätning av CIMT kräver noggrant övervägande av tekniska faktorer som kan påverka mätningen. Generellt bör CIMT utföras i områden som är fria från plack, i den bortre väggen av den gemensamma halsartären. Liknar MKS, mätning av CIMT utförs med hjälp högupplösta ultraljud och så är mycket användarvänlig beroende. Rapporterad variationskoefficienten (CofV) intervall 2,4-18,3% 58, medan för FMD den är 1-84% 59. Men även då båda teknikerna utförs av behöriga ultrasonographers med externa faktorer välkontrollerade, finns det fortfarande en hög CofV 58,60,61. En orsak till detta kan vara att analysera kärl gränser utförs med manuella metoder 60,61. Sådan analys kan minska tillförlitlig som avbildningsartefakter såsom falska gränser, buller från ultrasound signal, och snedvridning av fartyg kan påverka tolkningen av bilden 22.

Den senaste utvecklingen i kontinuerlig automatiserad kantdetektering programvara har förbättrats avsevärt detektion av kärlväggsgränser 21,22. I föreliggande studie var via programvara som används för att mäta armartären diametern, medan AMS användes för att detektera CIMT. Användningen av dessa program minskar kraftigt operatörsberoende, men i fallet med AMS, är en viss grad av operatörskontroll fortfarande tillgänglig i situationer där bildkvaliteten kan vara dålig 62. Laboratorier som använder automatiserade kantdetektering programvara i allmänhet tenderar att ha låg CofV 58,63,64, så det borde vara målet för alla kärlforskningslaboratorier att införliva automatiserad mätning av kärl gränser för att säkerställa riktigheten av resultaten. Det är också bra att rapportera resultaten av reproducerbarhet studier för specifika protokoll vid publicering studieresultat.

6-9, finns det fortfarande en brist på studier som har undersökt sambandet mellan fattiga endotelfunktion och negativa kardiovaskulära utfall såsom hjärtinfarkt och stroke. Ytterligare prospektiva studier krävs för att lösa dessa problem. En annan begränsning är att använda mänskliga operatörer att utföra bedömningar och utföra analysen. Detta inför en potentiell källa till partiskhet; Emellertid kan detta vara begränsat genom bländande operatören att resultaten eller säkerställa att läsaren är annorlunda från operatören. Detär också viktigt att säkerställa att läsaren följer ett standardiserat protokoll för analys av data, så att all data konsekvent analyseras.

Sammanfattningsvis ger föreliggande manuskriptet detaljerad information om de metodologiska åtgärder som krävs för att framgångsrikt utföra bedömningar av mikrokärls och stort fartyg endotelfunktion samt kärl morfologi perifera cirkulationen. När de används tillsammans, bedömningarna ge global information om de olika stadierna av ateroskleros. Ytterligare prospektiva studier som undersökt potentialen diagnostiska roll dessa tekniker är motiverade.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Laser Doppler Imager Moor Instruments, Devon, UK moorLDI2
Iontophoresis Controller Moor Instruments, Devon, UK MIC2
Miochol-E 20 mg Novartis UK Prescribed by physician Acetylcholine for endothelium-dependent function
Nitroprussiat Fides 50 mg Rottapharm Spain Prescribed by physician Sodium nitroprusside for endothelium-independent function
Doppler Ultrasound Siemens PLC, Camberley UK Accuson Antares
Glyceryl Trinitrate 500 mcg Alpharma, Barnstaple, UK Prescribed by physician

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sandoo, A., Veldhuijzen van Zanten, J. J. C. S., Metsios, G. S., Carroll, D., Kitas, G. D. The endothelium and its role in regulating vascular tone. The Open Cardiovascular Medicine Journal. 4, 302-312 (2010).
  2. Lerman, A., Zeiher, A. M. Endothelial Function: Cardiac Events. Circulation. 111, (3), 363-368 (2005).
  3. Anderson, T. J., et al. Close relation of endothelial function in the human coronary and peripheral circulations. Journal of American College of Cardiology. 26, (5), 1235-1241 (1995).
  4. Takase, B., et al. Close relationship between the vasodilator response to acetylcholine in the brachial and coronary artery in suspected coronary artery disease. International Journal of Cardiology. 105, (1), 58-66 (2005).
  5. Khan, F., Patterson, D., Belch, J. J., Hirata, K., Lang, C. C. Relationship between peripheral and coronary function using laser Doppler imaging and transthoracic echocardiography. Clinical Science.(Lond). 115, (9), 295-300 (2008).
  6. Rossi, R., Nuzzo, A., Origliani, G., Modena, M. G. Prognostic role of flow-mediated dilation and cardiac risk factors in post-menopausal women). Journal of American College of Cardiology. 51, (10), 997-1002 (2008).
  7. Brevetti, G., Silvestro, A., Schiano, V., Chiariello, M. Endothelial dysfunction and cardiovascular risk prediction in peripheral arterial disease: additive value of flow-mediated dilation to ankle-brachial pressure index. Circulation. 108, (17), 2093-2098 (2003).
  8. Gokce, N., et al. Predictive value of noninvasively determined endothelial dysfunction for long-term cardiovascular events in patients with peripheral vascular disease. Journal of American College of Cardiology. 41, (10), 1769-1775 (2003).
  9. Jadhav, U. M., Sivaramakrishnan, A., Kadam, N. N. Noninvasive assessment of endothelial dysfunction by brachial artery flow-mediated dilatation in prediction of coronary artery disease in Indian subjects. Indian Heart Journal. 55, (1), 44-48 (2003).
  10. Ross, R. Atherosclerosis - an inflammatory disease. The New England. Journal of Medicine. 340, 115-126 (1999).
  11. Celermajer, D. S., Sorensen, K. E., Bull, C., Robinson, J., Deanfield, J. E. Endothelium-dependent dilation in the systemic arteries of asymptomatic subjects relates to coronary risk factors and their interaction. Journal of American College of Cardiology. 24, (6), 1468-1474 (1994).
  12. Roustit, M., Cracowski, J. L. Assessment of endothelial and neurovascular function in human skin microcirculation. Trends in Pharmacological Sciences. 34, (7), 373-384 (2013).
  13. Ahn, H., Johansson, K., Lundgren, O., Nilsson, G. E. In vivo evaluation of signal processors for laser Doppler tissue flowmeters. Medical & Biological Engineering & Computing. 25, (2), 207-211 (1987).
  14. Kalia, Y. N., Naik, A., Garrison, J., Guy, R. H. Iontophoretic drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 56, (5), 619-658 (2004).
  15. Morris, S. J., Shore, A. C. Skin blood flow responses to the iontophoresis of acetylcholine and sodium nitroprusside in man: possible mechanisms. Journal of Physiology. 496, (Pt 2), 531-542 (1996).
  16. Sandoo, A., Veldhuijzen van Zanten, J. J. C. S., Metsios, G. S., Carroll, D., Kitas, G. D. Vascular function and morphology in rheumatoid arthritis: a systematic review). Rheumatology. 50, (11), 2125-2139 (2011).
  17. Metsios, G. S., et al. Individualised exercise improves endothelial function in patients with rheumatoid arthritis. Annals of Rheumatic Diseases. 73, (4), 748-751 (2014).
  18. Ferrell, W. R., et al. Elimination of electrically induced iontophoretic artefacts: implications for non-invasive assessment of peripheral microvascular function. Journal of Vascular Research. 39, (5), 447-455 (2002).
  19. Khan, F., Newton, D. J., Smyth, E. C., Belch, J. J. F. Influence of vehicle resistance on transdermal iontophoretic delivery of acetylcholine and sodium nitroprusside in humans. Journal of Applied Physiology. 97, (3), 883-887 (2004).
  20. 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).
  21. Sidhu, J. S., Newey, V. R., Nassiri, D. K., Kaski, J. C. A rapid and reproducible on line automated technique to determine endothelial function. Heart. 88, (3), 289-292 (2002).
  22. Sonka, M., Liang, W., Lauer, R. M. Automated analysis of brachial ultrasound image sequences: early detection of cardiovascular disease via surrogates of endothelial function. IEEE Transactions on Medical Imaging. 21, (10), 1271-1279 (2002).
  23. Vallance, P., Collier, J., Moncada, S. Effects of endothelium-derived nitric oxide on peripheral arteriolar tone in man. Lancet. 2, (8670), 997-1000 (1989).
  24. Corretti, M. C., et al. Guidelines for the ultrasound assessment of endothelial-dependent flow-mediated vasodilation of the brachial artery: A report of the International Brachial Artery Reactivity Task Force. Journal of American College of Cardiology. 39, (2), 257-265 (2002).
  25. Thijssen, D. H., et al. Assessment of flow-mediated dilation in humans: a methodological and physiological guideline. American Journal of Physiology - Heart and Circulatory Physiology. 300, (1), H2-H12 (2011).
  26. Mullen, M. J., et al. Heterogenous Nature of Flow-Mediated Dilatation in Human Conduit Arteries In Vivo : Relevance to Endothelial Dysfunction in Hypercholesterolemia. Circulation Research. 88, (2), 145-151 (2001).
  27. Doshi, S. N., et al. Flow-mediated dilatation following wrist and upper arm occlusion in humans: the contribution of nitric oxide. Clinical Sciences.(Lond). 101, (6), 629-635 (2001).
  28. Black, M. A., Cable, N. T., Thijssen, D. H., Green, D. J. Importance of measuring the time course of flow-mediated dilatation in humans). Hypertension. 51, (2), 203-210 (2008).
  29. Traub, O., Berk, B. C. Laminar Shear Stress : Mechanisms by Which Endothelial Cells Transduce an Atheroprotective Force. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 18, (5), 677-685 (1998).
  30. Pyke, K. E., Tschakovsky, M. E. The relationship between shear stress and flow-mediated dilatation: implications for the assessment of endothelial function. The Journal of Physiology Online. 568, (2), 357-369 (2005).
  31. Pyke, K. E., Dwyer, E. M., Tschakovsky, M. E. Impact of controlling shear rate on flow-mediated dilation responses in the brachial artery of humans. Journal of Applied Physiology. 97, (2), 499-508 (2004).
  32. Pignoli, P., Tremoli, E., Poli, A., Oreste, P., Paoletti, R. Intimal plus medial thickness of the arterial wall: a direct measurement with ultrasound imaging. Circulation. 74, (6), 1399-1406 (1986).
  33. Corrado, E., et al. Endothelial dysfunction and carotid lesions are strong predictors of clinical events in patients with early stages of atherosclerosis: a 24-month follow-up study. Coronary Artery Disease. 19, (3), 139-144 (2008).
  34. Touboul, P. J., et al. Mannheim carotid intima-media thickness and plaque consensus (2004-2006-2011). An update on behalf of the advisory board of the 3rd, 4th and 5th watching the risk symposia, at the 13th, 15th and 20th European Stroke Conferences, Mannheim, Germany, 2004, Brussels, Belgium, 2006, and Hamburg, Germany, 2011. Cerebrovascular Disease. 34, (4), Mannheim, Germany. 290-296 (2012).
  35. Oren, A., Vos, L. E., Uiterwaal, C. S. P. M., Grobbee, D. E., Bots, M. L. Cardiovascular Risk Factors and Increased Carotid Intima-Media Thickness in Healthy Young Adults: The Atherosclerosis Risk in Young Adults (ARYA) Study. Archives of Internal Medicine. 163, (15), 1787-1792 (2003).
  36. Wohlin, M., et al. Both cyclooxygenase- and cytokine-mediated inflammation are associated with carotid intima-media thickness. Cytokine. 38, (3), 130-136 (2007).
  37. Iglesias del, S. a, Bots, M. L., Grobbee, D. A., Hofman, A., Witteman, J. C. Carotid intima-media thickness at different sites: relation to incident myocardial infarction; The Rotterdam Study. European Heart Journal. 23, (12), 934-940 (2002).
  38. Aird, W. C. Phenotypic heterogeneity of the endothelium: II. Representative vascular beds. Circulation Research. 100, (2), 174-190 (2007).
  39. Sandoo, A., Carroll, D., Metsios, G. S., Kitas, G. D., Veldhuijzen van Zanten, J. J. The association between microvascular and macrovascular endothelial function in patients with rheumatoid arthritis: a cross-sectional study. Arthritis Research and Therapy. 13, (3), R99 (2011).
  40. Sandoo, A., Hodson, J., Douglas, K. M., Smith, J. P., Kitas, G. D. The association between functional and morphological assessments of endothelial function in patients with rheumatoid arthritis: a cross-sectional study. Arthritis Research and Therapy. 15, (5), R107 (2013).
  41. Rohani, M., Jogestrand, T., Kallner, G., Jussila, R., Agewall, S. Morphological changes rather than flow-mediated dilatation in the brachial artery are better indicators of the extent and severity of coronary artery disease. Journal of Hypertension. 23, (7), 1397-1402 (2005).
  42. Hashimoto, M., et al. Correlation between flow-mediated vasodilatation of the brachial artery and intima-media thickness in the carotid artery in men. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 19, (11), 2795-2800 (1999).
  43. Stokes, K. Y., Granger, D. N. The microcirculation: a motor for the systemic inflammatory response and large vessel disease induced by hypercholesterolaemia. Journal of Physiology. 562, (Pt 3), 647-653 (2005).
  44. Krentz, A. J., Clough, G., Byrne, C. D. Vascular disease in the metabolic syndrome: do we need to target the microcirculation to treat large vessel disease). Journal of Vascular Research. 46, (6), 515-526 (2009).
  45. Sandoo, A., et al. Anti-TNFalpha therapy may lead to blood pressure reductions through improved endothelium-dependent microvascular function in patients with rheumatoid arthritis. Journal of Human Hypertension. 25, (11), 699-702 (2011).
  46. Sandoo, A., van Zanten, J. J., Toms, T. E., Carroll, D., Kitas, G. D. Anti-TNFalpha therapy transiently improves high density lipoprotein cholesterol levels and microvascular endothelial function in patients with rheumatoid arthritis: a pilot study. BMC. Musculoskeletal Disorders. 13, 127 (2012).
  47. Wardell, K., Jakobsson, A., Nilsson, G. E. Laser Doppler perfusion imaging by dynamic light scattering. The IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 40, (4), 309-316 (1993).
  48. Line, P. D., Mowinckel, P., Lien, B., Kvernebo, K. Repeated measurement variation and precision of laser Doppler flowmetry measurements. Microvascular Research. 43, (3), 285-293 (1992).
  49. Elherik, K., Khan, F., McLaren, M., Kennedy, G., Belch, J. J. F. Circadian variation in vascular tone and endothelial cell function in normal males. Clinical Science. 102, (5), 547-552 (2002).
  50. Pellaton, C., Kubli, S., Feihl, F., Waeber, B. Blunted vasodilatory responses in the cutaneous microcirculation of cigarette smokers. American Heart Journal. 144, (2), 269-274 (2002).
  51. Moens, A. L., Goovaerts, I., Claeys, M. J., Vrints, C. J. Flow-Mediated Vasodilation: A Diagnostic Instrument, or an Experimental Tool. Chest. 127, (6), 2254-2263 (2005).
  52. Hijmering, M. L., et al. Sympathetic activation markedly reduces endothelium-dependent, flow-mediated vasodilation. Journal of the American College of Cardiology. 39, (4), 683-688 (2002).
  53. Takase, B., Akima, T., Uehata, A., Ohsuzu, F., Kurita, A. Effect of chronic stress and sleep deprivation on both flow-mediated dilation in the brachial artery and the intracellular magnesium level in humans. Clinical Cardiology. 27, (4), 223-227 (2004).
  54. Papamichael, C. M., et al. Effect of coffee on endothelial function in healthy subjects: the role of caffeine. Clinical Sciences(Lond). 109, (1), 55-60 (2005).
  55. Lekakis, J., et al. Effect of acute cigarette smoking on endothelium-dependent brachial artery dilatation in healthy individuals). Americal Journal of Cardiology. 79, (4), 529-531 (1997).
  56. Engler, M. M., et al. Antioxidant Vitamins C and E Improve Endothelial Function in Children With Hyperlipidemia: Endothelial Assessment of Risk from Lipids in Youth. Circulation. 108, (9), 1059-1063 (2003).
  57. Etsuda, H., et al. Morning attenuation of endothelium-dependent, flow-mediated dilation in healthy young men: possible connection to morning peak of cardiac events. Clinical Cardiology. 22, (6), 417-421 (1999).
  58. Kanters, S. D., Algra, A., van Leeuwen, M. S., Banga, J. D. Reproducibility of in vivo carotid intima-media thickness measurements: a review. Stroke. 28, (3), 665-671 (1997).
  59. West, S. G., et al. Biological correlates of day-to-day variation in flow-mediated dilation in individuals with Type 2 diabetes: a study of test-retest reliability. Diabetologia. 47, (9), 1625-1631 (2004).
  60. Roos, N. M., Bots, M. L., Schouten, E. G., Katan, M. B. Within-subject variability of flow-mediated vasodilation of the brachial artery in healthy men and women: implications for experimental studies. Ultrasound in Medince and Biology. 29, (3), 401-406 (2003).
  61. Tyldum, E. V., Madssen, E., Skogvoll, E., Slordahl, S. A. Repeated image analyses improves accuracy in assessing arterial flow-mediated dilatation. Scandinavian Cardiovascular Journal. 42, (5), 310-315 (2008).
  62. Liang, Q., Wendelhag, I., Wikstrand, J., Gustavsson, T. A multiscale dynamic programming procedure for boundary detection in ultrasonic artery images. The IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 19, (2), 127-142 (2000).
  63. Hijmering, M. L., et al. Variability of flow mediated dilation: consequences for clinical application. Atherosclerosis. 157, (2), 369-373 (2001).
  64. Woodman, R. J., et al. Improved analysis of brachial artery ultrasound using a novel edge-detection software system. Journal of Applied Physiology. 91, (2), 929-937 (2001).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics