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要約

ここでは、単一のクリニックや研究室訪問の反応性充血、脳循環代謝、骨格筋の酸化能力を評価するために近赤外分光法を用いた単純な非侵襲的なアプローチについて述べる。

要約

運動は代謝需要への酸素供給を一致させるために非常に調整された血管応答を要求する主要な血行力学的ストレスを表します。(組織虚血の短い期間への応答) の反応性充血心血管イベントの独立した予測因子血管健康状態および血管拡張能の重要な洞察を提供しています。骨格筋の酸化能力は、myocellular プロセスのためのエネルギー供給を決定、健康と病気も重要です。ここでは、単一のクリニックや研究室訪問の間に各主要な臨床的エンドポイント (反応性充血、血管カップリングと筋有酸素能) を評価するために近赤外分光法を用いた単純な非侵襲的なアプローチについて述べる。ドップラー超音波、磁気共鳴画像/分光法、または侵襲的なカテーテル ベースのフロー測定または筋肉の生検とは異なり我々 のアプローチは、少ないオペレーター依存、低コスト、完全に非侵襲的です。以前公表された資料から要約データと一緒に研究室から代表的なデータでは、これらのエンドポイントのそれぞれのユーティリティについて説明します。一度このテクニックをマスターすると、個体群の臨床への応用は運動不耐症、心血管障害の重要な機械論的洞察を提供します。

概要

組織虚血の短い期間に充血している応答 (マイクロ) 血管機能の重要な非侵襲的指標として浮上しています。導管動脈の閉塞、中に虚血性の侮辱を相殺するための努力で下流の細動脈を拡張させます。咬合のリリース時に血管抵抗の低下結果充血、大きさの下流の血管を拡張する能力によって決定されます。反応性充血は心血管イベント1,2したがって臨床的に重要なエンドポイントの強力な独立した予測が、許容範囲と生活の質を行使するその機能的意義は不明瞭です。

確かに、動的な運動は代謝需要への酸素供給を一致させるために非常に調整された血管応答を要求する主要な心血管ストレスを表します。たとえば、骨格筋血流は、孤立した筋収縮3、このような血行動態反応が全身運動に外挿する場合、心臓のポンプの能力を圧倒するだろう時にほぼ 100 倍増やすことができます。したがって、重度の低血圧、交感神経 (すなわち、血管収縮薬) を避けるために神経活動増加心臓出力非アクティブと内臓の組織から、アクティブな骨格筋4の方を再配布します。交感神経は運動筋の5; 監督もただし、適切な組織酸素配信6,7,8,9,10、を確保するために収縮反応を減衰させるローカル代謝シグナル11. このプロセスをまとめて機能 sympatholysis12と呼ばれる、運動時に骨格筋血流の正常な規則ことが不可欠です。骨格筋の血流は有酸素能力の重要な決定要因-生活の質と心血管疾患の罹患率と死亡率のための13の独立した予測因子-骨格筋血流と組織酸素の制御について運動中の配信は、臨床的意義は大きいです。

酸素供給は酸素利用率の方程式の残りの半分を満たす Fick の方程式の半分だけをただし、です。中での酸素利用率の主要な規定、ミトコンドリアの酸化的リン酸化は、安静時と運動時の細胞プロセスの十分なエネルギーの供給に重要な役割を果たしています。確かに、筋有酸素能の障害は、機能的な能力と生活の質14,15,16を制限できます。様々 な対策は、侵襲的な筋肉の生検と高価で時間のかかる磁気共鳴分光学 (夫人) の技術を含む筋有酸素能のインデックスを提供するために使用されます。

ここでは、我々 単一診療所や研究室訪問で各 3 つ主要な臨床的エンドポイント (反応性充血、sympatholysis、および筋有酸素能) を評価するために近赤外分光法 (NIRS) を用いた新規、非侵襲的アプローチを提案します。このアプローチの主要な利点が 3 つあります: 最初に、この手法は、持ち運びも簡単、比較的低コスト、簡単に実行できます。反応性充血を測定するための現在のドップラー超音波方法はオペレーターに強く依存して-トレーニングと広範なスキルを必要とする-、高コスト、高度なデータ集録ハードウェアおよび後処理ソフトウェアを必要とします。さらに、これは多分クリニックおよび/またはベッドサイド監視または治療効果をテストの大規模な臨床試験に導入する。第二に、方法論のおかげでこの手法の具体的手法の全体的な特異性増加、骨格筋の微小血管に焦点を当てます。超音波ドプラを用いた代替的なアプローチは上流管容器に完全に集中し、下流の信号を抑制することができます変更を推測します。第三に、この手法は、完全に非侵襲的です。骨格筋の酸化能力は伝統的侵襲の評価し、痛みを伴う筋肉の生検と機能 sympatholysis の交感神経と sympatholytics の動脈内注入と評価があります。この方法では、これらの要件をすべて一緒に回避できます。

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プロトコル

このプロトコルは次のテキサス大学アーリントン校で倫理委員会のガイドラインとヘルシンキ宣言の最新バージョンによって設定された標準に準拠しています。したがって、書面によるインフォームド コンセント (されする必要があります) の調査手続の開始前に取得しました。

1. 計装

注: 以下の計装説明、近赤外線 (NIR) 分光器とデータ集録システム私たちの研究室で使用されるに基づいて (材料の表を参照してください)。したがって、指示は、これらのデバイスの最適な機能のために必要な手順を含めます。これらの手順には、付属のソフトウェアとファントム、校正を用いた近赤外プローブの校正と周囲の光を除外する暗い布のアプリケーションが含まれます。異なるデータ コレクション ハードウェアおよび/またはソフトウェアを使用すると、捜査官は特定のユーザー マニュアルを参照して、校正と周囲光に関する考慮事項ください。図 1では、実験の設定と計測すぐに以下を示しています。

  1. 環状線はおよそ LBNP ボックスへの開口部とも、(図 1 a)、低い体陰圧負荷 (LBNP) チャンバ内を脚で仰臥する主題を指示します。LBNP 室を構築する方法については、参照17です。を参照してください。
  2. 件名に 3 つの心電図電極を配置: 下、鎖骨の位置に 2 つ、件名に 1 つの左側内側腸骨稜に。この構成は、下肢、上肢、腕の動きのハンド グリップ運動時計装へのアクセス制限のための最良の結果を提供します。
  3. 主題の支配的な手首に非観血的血圧モニター モジュールを配置します。各指に指血圧計を置き、それらをモジュール (図 1 b) に接続します。指血圧計は、デバイスに付属のマニュアルに従って正しく校正されてを確認します。
  4. 少し誘拐された位置に非支配的な腕と手グリップ ダイナモ (HGD) を把握する主題を指示します。腕が快適なベッドサイド テーブルの上に配置されます。最適なグリップの強さを最小限の腕の動き (図 1) のように距離、HGD 角を調整する必要があります。
  5. ベッドサイド テーブルに HGD を保護します。
  6. 参加者の最大随意収縮力 (MVC) を測定します。絞るということ、プロンプトが表示されたら、彼らする必要があります、HGD できるだけ頑張ってのみ手や前腕の筋肉を活用しながら参加者に伝えます。彼らは最大のグリップを実行するときに、上腕、胸、肩、または腹部の筋肉を採用控える必要があります件名に指示します。
  7. 繰り返しステップ 1.6 3 回、少なくとも 60 s. 記録で最大の力を達成した (ベスト 3) を区切ります。この最大の力は、骨格筋の酸化能力と神経血管カップリング (下記参照) の運動強度を計算するため使用されます。
  8. 急速なインフレ カフ運動手の上腕の周りに配置します。急激なインフレ コント ローラーから航空会社をカフに接続します。
  9. 深指屈筋を識別します。明白な筋肉の境界を画定するのに皮膚マーカーを使用します。
  10. 近赤外分析計がお使いのデバイスに付属しているユーザーズ マニュアルに従って適切に校正されていることを確認します。きれいな NIR がプローブを皮膚にアルコール準備ワイプで配置されます。
  11. (深指屈筋) 筋腹の中央に近赤外プローブを配置し、前腕部にしっかりと貼る。
  12. (図 1図 1) 周囲の光からの干渉を最小限に抑え、暗い布で前腕やプローブをラップします。
  13. 研究機能の sympatholysis 部分を実行する準備ができたら、LBNP 室に件名をシールします。

2. 骨格筋の酸化能力

注: 骨格筋の酸化能力を測定するための実験の手順を示す代表的なデータ トレースは、図 2 で描かれています。この実験的アプローチは、以前体内リン夫人18とその場で筋肉呼吸19、に対して検証されているし、広く受け入れられる20を得ています。

  1. (計装) 上記のよう件名を計測します。
  2. まだ 2 分脱酸素化ヘモグロビン (HHb) を監視中のヘモグロビン (HbO2) 近赤外プローブを介して嘘を主題に指示します。
    注: この残りの期間インストルメンテーション プロセスに関連付けられている任意の運動成果物から回復する件名ができ安定したベースライン測定を保証します。2 分後に大幅な変動が発生していない場合、件名は定常状態または安静時の基準で考慮されるかもしれない。
  3. カフ オクルー ジョンの前にカフを膨らませることはあなたの主題を通知します。5 分間 (すなわちsuprasystolic) 収縮期血圧上上腕カフ少なくとも 30 mmHg を膨らませます。まだと両方カフとカフの間にできるだけリラックスした彼らの腕を保つために主題を指示します。
    注: この 5 分上腕動脈カフ オクルー ジョン プロトコルを反映血管閉塞のために現在承認された臨床標準テスト21,22,23,24,25。
  4. (前にカフのオクルー ジョン) 初期/ベースライン値および組織飽和度 (StO2) カフ咬の nadir 値を記録し、これらの 2 つの値の中間点を決定します。
    figure-protocol-2969
  5. カフ閉塞症から回復し、安静時の基準値に戻す対象を許可します。件名は、少なくとも 1 完全分間安静時基準を維持している、一度は、次の手順に進みます。
  6. スクイズの対象を指示して、MVC の 50% の等尺性ハンド グリップを維持します。組織彩度 50% まで彼らの等尺性収縮を維持するために件名をお勧めします。この値を達成するために彼らの手を緩めて、これ以上の運動や運動が必要なことを知らせるに件名を教えてください。
  7. 3-5 秒以内次停止を行使、次の急速なカフ オクルー ジョン シリーズを管理 (1 つのシリーズ = 1 インフレ + 1 デフレ)、前述18を確立します。
    シリーズ #1 - 6:5/5 で s オフ
    シリーズ #7 - 10:7/10 の s オフ
    オフ シリーズ #11-14:10 s/15 に
    オフ シリーズ #15-18:10 s/20 に
  8. 18thインフレ/デフレのシリーズを完了すると、初期基準値に戻ります組織彩度をできるように残りの部分に主題を指示します。これらの値は、少なくとも 2 分間一貫して残っている後、は、2.4 および 2.5 の手順を繰り返します。
  9. 骨格筋の酸化能力を計算します。
    1. ごとに図 2に示されている変動の回復ポイントを形成、個別 18 カフ オクルー ジョンの StO2変化の傾きを計算します。
    2. 次変動曲線18,19,26 2.7 から計算されるデータに適合します。
      y = 終了 - Δ e-kt x
      注: 'y' は親戚筋酸素消費量 (mV̇O2) カフを膨らませる中、mV̇O2 ; 運動の停止の直後を表します 'End'デルタ ('Δ') 意味; 運動の終わりに残りの部分から mV̇O2に変更'k' は継ぎ手速度定数;'t' の時間です。タウは、1/k として計算されます。

3. 反応性充血

注: 反応性充血の計測実験手順を示す代表的なデータ トレースは、図 3に描かれています。

  1. 仰臥位、インストルメント化された横になっている主題と (計装) を上記の通りまだ可能な限り嘘をテーマに指示します。
  2. 対象は一貫性のある状態を達成して、一旦ベースライン データの少なくとも 1 分を記録し、急速に suprasystolic 圧力 (血圧上 30 mmHg) に上の腕に血圧計のカフを膨らませ続けます。
  3. 5 分のマークで充血している応答を記録中、カフの空気を急速に。
  4. 対象の回復をキャプチャする、少なくとも 3 分間記録を続行します。
  5. 反応性充血を計算します。
    注: 計算放医研パラメーターは、図 3 に描かれています。
    1. カフの動脈閉塞症の発症にベースライン平均 StO2 1 完全分前上として StO2を計算します。
    2. カフ (斜面 1 として定義) 咬合27,28中不飽和化率 (すなわち、平均傾斜角) として安静時骨格筋代謝率を決定します。
    3. 反応性充血を次のように計算します。
      リバウンド トレース; の直線的増加の段階でカフ リリースの瞬間からカフ リリース (すなわち、再灌流率・斜面 2 として定義されている)、a) の平均上り方向を計算
      b) 最高 StO2値に達した後カフ リリース (StO2maxとして表されます)。
      c) 曲線 (AUC); 下反応性充血の領域1-カフのリリース時から計算、2, 3 分投稿カフ オクルー ジョン (AUC 2 分、1 分 AUC と AUC 3 分それぞれ);そして
      d) 充血予約、StO2ベースラインより上の変化として計算され、パーセント (%) の変更として報告されます。この値は、ステップ 3.5.1 (上記参照) で計算された平均飽和マイナス リバウンド後閉塞中に達成した最高彩度として計算されます。
      注: 基準計画のデータに大きな差が充血している予備の解釈に影響します。

4. 機能 Sympatholysis

注: 機能の sympatholysis の計測実験手順を示す代表的なデータ トレースは、図 4に描かれています。

  1. (計装) 上記のよう件名を計測します。
  2. LBNP チャンバーの気密シールを確認します。
  3. まだ、残りの部分を横になっている主題、ベースライン データの 3 分を収集します。
  4. 3 分マークで真空をオンにします。LBNP チャンバー内の圧力が-20 と-30 mmHg の真空を調整します。被験者の応答を監視しながら 2 分間実行する真空を許可します。
  5. 5 分のマークでは、真空を切り 3 分の残りの部分にテーマを許可します。
  6. 8 分のマークでリズミカルなハンド グリップ運動を通じて主題を導く音声プロンプトを開始 (20 %mvc)。
  7. 対象は各グリップの段階の全体を通して彼らの圧搾を維持して、各繰り返しの間に完全にリラックスしたを確認します。彼らの力の出力を監視し、20% を達成していることを確認各グリップでの MVC。11 分のマークまで運動を続けます。
  8. 11 分のマークでのリズミカルな運動を継続する対象を奨励真空をオンに。11-13 分からを実行し、それをオフにする真空を許可します。
  9. さらに 2 分間自分の MVC の 20% でリズミカルなハンド グリップ運動を続行する件名を持ちます。運動停止時静かに主題の残りがあるし、じっとしてなさい。
  10. 機能 Sympatholysis を計算します。
    1. 5 分カフ閉塞時に決定されます (TLS)、合計の不安定な信号に LBNP とヘモグロビンの変化を正常化します。
      figure-protocol-6260
      figure-protocol-6329
    2. 各イベントの最終的な 20 分平均として各イベントを計算します。
    3. ヘモグロビン減少の運動による減衰を計算します。
      figure-protocol-6478

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結果

骨格筋の酸化能力

図 2は、放医研から派生した骨格筋の酸化能力評価中に代表的な参加者の応答を示します。パネル A ショー組織飽和度プロファイル動脈 5 分間カフ オクルー ジョン プロトコル、ハンド グリップ運動、運動からの回復の間に断続的な動脈閉塞。パネル B は、回復...

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ディスカッション

記載方法は、1 回のクリニックや研究室訪問の反応性充血、血管カップリングおよび骨格筋有酸素能の非侵襲的、臨床評価を有効にします。

重要な考慮事項

これらのデータのコレクションは、腹部の筋肉の上に直接バイオケミカルの配置は動きの人工物を避けるために場所にしっかりと固定を避けるために薄暗い部屋で黒のビニ?...

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開示事項

著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。

謝辞

この作品はテキサス大学アーリントン学際的研究助成校によって支えられました。

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資料

NameCompanyCatalog NumberComments
Dual-channel OxiplexTS Near-infrared spectroscopy machineIss Medical101
NIRS muscle sensorIss Medical201.2
E20 Rapid cuff inflation systemHokansonE20
AG101 Air SourceHokansonAG101
Smedley Handgrip dynometer (recording)Stolting56380
Powerlab 16/35, 16 Channel RecorderADInstrumentsPL3516
Human NIBP SetADInstrumentsML282-SM
Bio AmpADInstrumentsFE132
Quad Bridge AmpADInstrumentsFE224
Connex Spot MonitorWelch Allyn71WX-B
Origin(Pro) graphing softwareOrignProPro
Lower body negative pressure chamberPhysiology Research Instrumentsstandard unit

参考文献

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132 sympatholysis

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