ספקטרוסקופיה אינפרא אדומה קרובה במהלך היפרמיה תגובתית להערכת תפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות

Summary

במאמר זה אנו מתארים גישה לא פולשנית המשתמשת בספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה להערכת היפרמיה תגובתית בגפה התחתונה. פרוטוקול זה מספק הערכה מתוקננת של תגובת כלי הדם והמיקרו-כלי דם שניתן להשתמש בה כדי לקבוע נוכחות של תפקוד לקוי של כלי הדם, כמו גם את היעילות של התערבויות טיפוליות.

Abstract

מחלות כלי דם של הגפה התחתונה תורמות באופן משמעותי לנטל העולמי של מחלות לב וכלי דם ותחלואה נלווית כגון סוכרת. חשוב לציין, תפקוד לקוי של כלי הדם יכול להתרחש לפני, או לצידו, פתולוגיה מקרו-וסקולרית, ושניהם עשויים לתרום לסימפטומים של המטופל ולנטל המחלה. במאמר זה אנו מתארים גישה לא פולשנית המשתמשת בספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (NIRS) במהלך היפרמיה תגובתית, המספקת הערכה מתוקננת של תפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות (דיס) ושיטה פוטנציאלית להערכת היעילות של התערבויות טיפוליות. בניגוד לשיטות חלופיות, כגון אולטרסאונד משופר בניגודיות, גישה זו אינה דורשת גישה ורידית או ניתוח תמונה מתוחכם, והיא זולה ופחות תלויה במפעיל. תיאור זה של שיטת NIRS כולל תוצאות מייצגות וטרמינולוגיה סטנדרטית לצד דיון בשיקולי מדידה, מגבלות ושיטות חלופיות. יישום עתידי של עבודה זו ישפר את הסטנדרטיזציה של תכנון מחקר כלי דם, הליכי איסוף נתונים ודיווח הרמוני, ובכך ישפר את תוצאות המחקר התרגומי בתחומים של תפקוד כלי דם בגפיים התחתונות (דיס), מחלות וטיפול.

Introduction

מחלות לב וכלי דם (CVD) הן התורמות המובילות לתמותה עולמית¹. בעוד אוטם שריר הלב ושבץ הם הביטויים השכיחים ביותר של CVD, מחלות כלי דם של הגפיים התחתונות, כגון מחלת עורקים היקפית (PAD) ומחלת כף רגל סוכרתית, תורמות באופן משמעותי לנטל האישי, החברתי והבריאותי של CVD ^2,3,4. חשוב לציין כי מצבי מחלה אלה מאופיינים^בתפקוד לקוי של כלי הדם והלב 5 התורמים לתסמינים (למשל, צליעה לסירוגין), פגיעה תפקודית, ניידות לקויה וכן בידוד חברתי ואיכות חיים ירודה⁶. מבחינה היסטורית, טכניקות הערכת כלי דם בגפיים העליונות שימשו כמדד לתפקוד כלי דם מערכתי ולסיכון קרדיווסקולרי נלווה; עם זאת, שיטות אלה אינן רגישות לליקויים מקומיים בתפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות ^7,8. בעוד שכיום קיים מגוון טכניקות המשמשות להערכת תפקוד כלי הדם בגפה התחתונה, כגון התרחבות בתיווך זרימה (FMD) ואולטרסאונד משופר בניגודיות, לכל שיטה יש חסרונות ומגבלות, כגון עלות ציוד, מיומנות מפעיל או הצורך בגישה ורידית פולשנית. מסיבות אלה, יש צורך בטכניקות סטנדרטיות ויעילות להערכת תפקוד כלי הדם בגפיים התחתונות (דיס) שניתן ליישם בקלות רבה יותר במחקר ובמסגרות קליניות.

ספקטרוסקופיית גל רציף קרוב לאינפרא אדום (CW-NIRS) היא שיטה לא פולשנית, זולה וניידת המכמתת את השינויים היחסיים בחמצון המוגלובין in vivo. מכיוון שאותות ההמוגלובין המחומצנים והלא מחומצנים של NIRS נגזרים מכלי הדם הקטנים (בקוטר <1 מ"מ),^{ניתן להעריך את} חילוף החומרים המקומי בשרירי השלד ואת תפקוד כלי הדם 9. באופן ספציפי, מדד רוויית הרקמה (TSI) [TSI = המוגלובין מחומצן/ (המוגלובין מחומצן + המוגלובין לא מחומצן) x 100], מספק מדד כמותי של חמצון רקמות⁹. כאשר נמדדים לפני, במהלך ואחרי חסימה והיפרמיה תגובתית, השינויים ב-TSI מצביעים על תגובתיות כלי דם של "איברי הקצה", יחסית לקו הבסיס שלפני החסימה. חשוב לציין, שיטה זו רגישה לשינויים בתגובת כלי הדם המיקרו-וסקולריים של השרירים ובזילוח הקשורים לגיל¹⁰, התקדמות המחלה¹¹, והתערבויות קליניות (למשל, ניתוח רה-וסקולריזציה^12,13 או שיקום פעילות גופנית 14,15,16,17) אצל אנשים עם, או בסיכון לתפקוד לקוי של כלי הדם.

זמינותן של מערכות NIRS הובילה לעלייה מהירה במספר המחקרים המדווחים על תפקוד מיקרו-כלי דם¹⁸. עם זאת, הבדלים בפרוטוקולים לבדיקת היפרמיה תגובתית, השמטת שיטות NIRS מפורטות הניתנות לחזרה, כמו גם חוסר אחידות בתיאור, בהצגה ובניתוח של פרמטרי התגובה של NIRS הופכים את ההשוואות בין ניסויים בודדים למאתגרות. זה מגביל את איסוף הנתונים עבור מטא-אנליזה ואת ניסוח המלצות הערכה קלינית ^9,15.

לכן, במאמר זה, אנו מתארים את הפרוטוקולים המתוקננים של המעבדה שלנו לבדיקת NIRS וחסימת כלי דם להערכת היפרמיה תגובתית בגפיים התחתונות. על ידי הפצת שיטות אלה, אנו שואפים לתרום לשיפור הסטנדרטיזציה והחזרתיות של הליכי איסוף נתונים ודיווח הרמוני.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי ועדת האתיקה של המחקר האנושי של אוניברסיטת חוף סאנשיין. יתר על כן, כל המשתתפים נתנו את הסכמתם מדעת בכתב להשתתף במדידות המפורטות בפרוטוקול זה. שים לב, בדיקת חסימת כלי דם בגפה התחתונה היא התווית נגד אצל אנשים שעברו בעבר הליך revascularization הכולל השתלת כלי דם או stenting של עורקי הירך או popliteal. לאחר הכנת הציוד, המשתתף מונחה לנוח במצב שכיבה במשך 10 דקות. בשלב זה, איסוף נתוני NIRS מתחיל, עם פרק זמן ראשוני של 2 דקות, המאפשר יציבות של אותות NIRS להיות מושגת. לאחר מכן נאספים נתונים בסיסיים במשך דקה אחת, ואז שרוול הממוקם בירך מנופח מיד כדי להשיג חסימת עורקים. החסימה נשמרת במשך 5 דקות לפני שהשרוול מנופח במהירות. איסוף הנתונים נמשך לאורך כל תקופת ההיפרמיה הריאקטיבית עד שהאותות התאוששו לנקודת ההתחלה. איור 1 מתאר סקירה כללית של פרוטוקול היפרמיה תגובתי, והשלבים המפורטים מפורטים להלן. הציוד ששימש למחקר מופיע בטבלת החומרים.

איור 1: מתאר סכמטי של פרוטוקול מדידת היפרמיה תגובתית NIRS ותזמונים. NIRS: ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

1. הכנת ציוד

הערה: ניתן להשתמש במערכות שונות של NIRS, ניפוח/חסימת שרוול ואיסוף נתונים כדי להשיג את התוצאות המייצגות המפורטות להלן. חשוב שהחוקרים יעיינו במדריכים למשתמש הספציפיים שלהם ויהיו מודעים לתוכנה ייחודית, כיול, תאורת סביבה ושיקולים ספציפיים למשתתפים/עוקבות.

1. ודא שכל המדידות מבוצעות בחדר שקט ומבוקר טמפרטורה (21-23 מעלות צלזיוס).
2. ודא שכל הציוד והחומרים (ראה טבלת חומרים) זמינים.
3. ודא שהתקן CW-NIRS, והמחשב שאליו ההתקן משדר, טעונים ומופעלים במלואם.
4. בדוק שהתקן NIRS משויך למחשב המציג את נתוני NIRS באמצעות Bluetooth וכי פרמטרי המדידה של יחידת NIRS מוגדרים בהתאם לאתר הניסוי ולתכנון המחקר (דוגמה: הגדרת גורם המסלול הדיפרנציאלי (DPF) של האור התת-אדום הקרוב).
   הערה: רוב שלבי פרוטוקול NIRS והגדרות המערכת מבוססים על שילוב של המלצות היצרן, ניסיון החוקרים וחוות דעת מומחים/קונצנזוס. שים לב שהערכים הנוצרים במהלך המדידה תלויים במכשיר המסוים ובבדיקות שבהן נעשה שימוש, כמו גם בהגדרות שנבחרו בתוכנת המכשיר. קיים גם פוטנציאל לרמה גבוהה של שונות בין-אישית באותות שנאספים. יתר על כן, כדי לאפשר השוואה משופרת בין מחקרים, חשוב לדווח על פרטי מכשור NIRS (למשל, לכלול תכנון גשושית, מרחקי הפרדת גלאי מקור ואורכי גל בשימוש), הגדרות מערכת, מיקום/כיוון בדיקה ביחס לגיאומטריית שרירים ופרמטרי הניתוח / טיפול בנתונים בעת פרסום תוצאות מדידות אלה.
5. הזן את נתוני המשתתף בהתאם לפרטי תוכנת מכשיר NIRS.
6. חבר את מנפח השרוול המהיר למקורות האוויר והחשמל.

2. הכנת המשתתפים

1. ודא שהמשתתף קרא את הצהרת המידע של המשתתף ואת טופס ההסכמה ונתן את הסכמתו להשתתף במדידה לפני תחילת המדידה.
2. הסבירו למשתתף למה לצפות במהלך המדידה בזמן שהוא מסיר את נעליו וגרביו ועומד נייח למדידות אנתרופומטריות רלוונטיות.
3. בצע מדידת קפל עור (במשולש) מעל אתר המדידה המתוכנן של NIRS (למשל, באספקט המדיאלי בנקודת היקף השוק המקסימלי).
   הערה: הדבר מאפשר לאשר את עומק העור ורקמת השומן (המכונה באופן שגרתי עובי רקמת השומן - ATT) ביחס לעומק חדירת אות NIRS. לחלופין, ניתן להשתמש באולטרסאונד כדי לקבוע את עובי רקמת השומן. זכור תמיד שעומק האות/מדידה של NIRS הוא כמחצית ממרחק המקלט-משדר⁹.
4. כדי למקסם את איכות האות, בדוק את האתר המתוכנן של בדיקת המשדר/מקלט NIRS עבור כל שיער שעלול לספוג אור ולהסיר שיער על ידי גילוח במידת הצורך.
   הערה: אם העור נפגע, למשל, מצלוליטיס, או אם קיימת בצקת, שקול את נאותות המדידה, מכיוון שנושאים אלה קשורים לאיכות אות שעלולה להיות מופחתת, עומק חדירת האות / הרקמה שממנה נלקחת המדידה, כמו גם סטריליות הפצע של המשתתף.
5. בצעו מדידות ו/או סמנו את המיקום המתוכנן של בדיקת NIRS ביחס לציוני דרך אנטומיים רלוונטיים (למשל, משטח עליון של הקונדיל המדיאלי) כדי לאפשר מיקום מדויק של גשושית NIRS בין המשתתפים ובתוכם (תלוי בעיצוב המחקר ובעיצוב/צורת הגשוש, שכן תגובות חמצון יכולות להציג הטרוגניות גדולה בין שרירים שונים או אפילו בתוך אזורים של אותו שריר.
6. בקשו מהמשתתף לשכב במצב שכיבה על משטח בדיקה או מיטה. לאחר מכן המשתתף נח במשך 10 דקות.
7. הניחו שרוול סביב הירך, פרוקסימלי לברך, וודאו שהצינורות לא יבואו במגע עם השוק או עם מכשיר NIRS (איור 2).
8. הרימו את הרגל (~10 ס"מ) עם כף הרגל והקרסול על תומך קצף, והשאירו את הרגל התחתונה יציבה ונגישה למדידות (איור 3).
   הערה: אם הבדיקה נדרשת להתבצע בשתי רגליה מספר פעמים, סדר הבחינה הוא אקראי (לפני הבדיקה הראשונית), וסדר הבדיקות נשמר להערכות הבאות עבור כל משתתף.
9. הפעל את מודול מנפח השרוול המהיר.
   הערה: ודא שהגדרות המצב והלחץ של מנפח השרוול המהיר תואמות להוראות היצרן ולמפרט פרוטוקול חסימת כלי הדם.
10. הפעילו את מקור האוויר המתנפח של השרוול, בדקו שהאוויר יכול לעבור דרך הצינור וחברו את הצינור לשרוול הירך.
11. ודא כי הצינור של מנפח השרוול עדיין אינו במגע עם העגל.
12. תקן את בדיקת המשדר/מקלט NIRS היטב על העור שמעל אתר המדידה (באופן שגרתי ההיבט המדיאלי של הגסטרוקנמיוס; עם זאת, אתרים אחרים כגון הגב של כף הרגל והטיביאליס הקדמי משמשים גם הם בהתאם למחקר ולפרטי המשתתף).
    הערה: מערכות NIRS מסוימות מאפשרות אפשרות של מדידות אתר מרובות בו זמנית.
13. כסו את הגשושית בסרט קינסיולוגי שחור או משהו דומה, והקפידו לאטום את הקצוות כדי למנוע מאור הסביבה להשפיע על איכות/ערכי האות NIRS (איור 3).
    הערה: בעת קיבוע הבדיקה וכיסוי הדבק, הקפד למנוע תנועת בדיקה, אך הימנע מדחיסת עור/רקמת שומן/שריר.

איור 2: דוגמה למיקום השרוול החוסם בירך. (א) מלמעלה. (ב) מהצד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: דוגמה למיקום בדיקה של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה. (A) בדיקה המחוברת לעור מגולח בגסטרוקנמיוס המדיאלי. (B) הצבת בדיקה בזמן הקרסול בתמיכת קצף כדי לאפשר גישה ולהבטיח יציבות. (C) מיגון תאורת סביבה במקום. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

3. איסוף נתונים בסיסיים

1. בקשו מהמשתתפים להישאר רגועים, להימנע מדיבורים ולשמור על רגליהם ללא תזוזה למשך איסוף הנתונים.
2. הפעל את הקלטת מכשיר NIRS דרך ממשק המחשב.
   הערה: אם איסוף נתונים לא מקוון זמין ומועדף, הפעל את מכשיר NIRS ישירות.
3. אפשר לפחות 2 דקות של נתונים לפני תחילת המדידה. הדבר מבטיח שאותות מצב יציב יושגו לפני רכישת הנתונים.
4. נטר את מסך המחשב כדי להבטיח את תקינות אות הנתונים וערכים סבירים מבחינה פיזיולוגית. לדוגמה, ערכי Data Acquisition (DAQ) מספקים מידע בנוגע לאיכות האות ולכמות האור הסביבתי שזוהתה על-ידי התקן NIRS. יש לשמור אותם בטווח מקובל לאורך כל המדידה.
5. אם, לאחר 2 דקות, לא נרשמות תנודות באות NIRS (למשל, עקב מכלול תנועה), הגדר את בסיס הנתונים של NIRS על-ידי לחיצה על הלחצן המתאים במחשב/מכשיר/יחידת הסנכרון. קו בסיס זה משקף את נקודת ההתחלה ההשוואתית של המדידה. השינויים בהמוגלובין מחומצן ולא מחומצן יתפרשו ביחס לקו בסיס זה.
   הערה: במהלך איסוף הנתונים, הוסף סמני אירועים מבוססי תוכנה של אבני דרך ספציפיות, כלומר התחלה וסוף של קו בסיס, התחלה וסיום של חסימת שרוול וכו ', כדי לסייע בניתוח נתונים.
6. אסוף לפחות דקה אחת של נתונים בסיסיים, וודא שוב שלא מתרחשות תנודות או תוצרי תנועה במהלך פרק זמן זה.
   הערה: תנודות בנתוני הבסיס ישפיעו על הפרשנות של משתנים פוטנציאליים מסוימים, כגון רזרבה היפרמית (ראה סעיף תוצאות מייצגות).

4. חסימת כלי דם

1. הגדר את לחץ השרוול ל- 200 מ"מ כספית על מנפח השרוול המהיר לפני המעבר למצב שרוול (או הגדרה רלוונטית במערכות חלופיות).
   הערה: בעוד כמה מחברים ממליצים על אינפלציה ל 250 מ"מ כספית בירך ^9,19, מניסיוננו, זה לא נסבל היטב על ידי חלק מהמשתתפים, מה שמוביל להפסקת המדידה. אינפלציה ל -200 מ"מ כספית מספיקה, ברוב קבוצות המשתתפים, כדי לחסום את זרימת העורקים במנוחה תוך שהיא נסבלת ולא גורמת לשטפי דם בעור. כדי להבטיח חסימה יעילה ב-200 מ"מ כספית, הקבוצה שלנו משתמשת באופן שגרתי בפלטיסמוגרפיה של מד המאמץ במקביל ל-NIRS כדי לאשר את היעדר זרימת הדם במורד הזרם במהלך התקופה של ניפוח השרוול.
2. ייעץ למשתתף למה לצפות (אי נוחות, תחושות עקצוץ וכו ') במהלך תהליך ניפוח השרוול ל -200 מ"מ כספית לתקופה של 5 דקות, ואחריו דפלציה מוחלטת של השרוול. הזכירו שוב למשתתף להישאר רגוע, להימנע מדיבור ולשמור על רגליו ללא תנועה למשך איסוף הנתונים.
   הערה: מניסיוננו, 30-60 השניות הראשונות של תקופת החסימה הן הכי פחות נוחות למשתתפים. כאשר המשתתפים נותנים לרגליים שלהם להירגע, הם נוטים למצוא את החסימה נסבלת יותר.
3. כאשר מוכנים ליזום ניפוח שרוולים, סמן את סוף תקופת הבסיס בתוכנת NIRS.
4. יש לנפח את שרוול הירך ללחץ סופרסיסטולי של 200 מ"מ כספית, או לחילופין ל-220 מ"מ כספית במקרים נדירים בהם 200 מ"מ כספית הוכח כלא יעיל.
5. נטר את המחשב או המסך כדי להבטיח את שלמות הנתונים במהלך תקופת החסימה.
6. לקראת סוף 5 הדקות של חסימת השרוול, הכינו את המשתתפים על ידי כך שתזכירו להם לשמור על הרגל דוממת ככל האפשר ולהימנע מדיבור במשך כ-3 דקות לאחר דפלציה של השרוול (בזמן שנאספים הנתונים מתגובות כלי הדם להיפרמיה תגובתית).
   הערה: תזכורת זו למשתתף להישאר ללא תזוזה חשובה, מכיוון שהמשתתפים עשויים להתפתות להזיז את האיבר כדי להקל / להקל על אי הנוחות עם החזרת זרימת הדם.

5. היפרמיה תגובתי

1. לאחר 5 דקות של חסימה, לרוקן במהירות את שרוול הירך לחלוטין (ל 0 מ"מ כספית). במקביל, סמן את סוף תקופת החסימה בתוכנת NIRS. תגובת היפרמיה תגובתית, עקב חידוש זרימת הדם וגורמים קשורים, תיראה בתצוגת התוכנה NIRS (איור 4).
2. לאחר לפחות 3 דקות לאחר החסימה, או לחילופין, לאחר שנתוני NIRS חזרו לנקודת ההתחלה, סמן את סוף תקופת השחזור בתוכנת NIRS ועצור את המדידה.
   הערה: משך ההחלמה תלוי, בחלקו, בשאלה המחקרית או הקלינית הנחקרת, ולכן בפרמטרים הספציפיים של NIRS שנבחרו לניתוח, כמו גם בפוטנציאל למדדים מקבילים (כגון FMD) שעשויים לדרוש משך החלמה ארוך יותר.
3. ליזום שמירת נתונים וייצוא של תוצאות NIRS לצורך טיפול וניתוח נתונים.

6. הליכי מעקב

1. הסר את מכשירי NIRS ואת השרוול מהמשתתף.
2. במידת הצורך, נקה את התקן NIRS (ואת שרוול החסימה) בהתאם להוראות היצרן ולתקני ההיגיינה הרלוונטיים.
3. בדוק את התקן NIRS כדי להבטיח את שלמות המשדר/מקלט ואת ביצועי הסוללה למדידות עתידיות.

תוצאות

ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה
מכשירי ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובים לגלים רציפים מודדים שינויים יחסיים בהמוגלובין מחומצן (O₂Hb) ונטול חמצן (HHb), המשקפים העברה וניצול מקומיים של O₂ באמצעות מקורות פולטי אור וגלאי אור, ומפרידים מרחקים ספציפיים. אורכי גל של אור בין ~700 ננומ...

Discussion

מאמר זה מתאר נהלים סטנדרטיים להערכת היפרמיה תגובתית בגפיים התחתונות באמצעות CW-NIRS TSI להערכת תפקוד כלי הדם. פרוטוקול זה שוכלל על ידי בחינת משך חסימת השרוול על גודל התגובה, אמינות הבדיקה החוזרת של NIRS במהלך היפרמיה תגובתית, כמו גם רמת ההסכמה בין NIRS ושיטות אחרות להערכת כלי דם כגון אולטרסאונד מש?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cuff Inflator Air Source	Hokanson	AG101 AIR SOURCE
Elastic Cohesive Bandage	MaxoWrap	18228-BL	For blocking out ambient light
OxySoft	Artinis	3.3.341 x64
PortaLite (NIRS)	Artinis	0302-00019-00
PortaSync MKII (Remote)	Artinis	0702-00860-00	For Marking milestones during measurement
Rapid Cuff Inflator	Hokanson	E20 RAPID CUFF INFLATOR
Thigh Cuff	Hokanson	CC17
Transpore Surgical Tape	3M	1527-1	For fixing probe to skin