Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Burada, fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopisi (fNIRS) ile insanlarda serebrovasküler reaktivitenin görüntülenmesi ve ölçülmesi için bir protokol sunulmaktadır. fNIRS, belirli uyaranlar altında beynin en dış korteksindeki hemoglobin türlerinin konsantrasyon değişikliklerini yakalayan yeni bir görüntüleme yöntemidir.
Serebrovasküler reaktivite (CVR), beyindeki kan damarlarının kimyasal veya fiziksel uyaranlara yanıt olarak serebral kan akışını (genişleme veya daralma ile) değiştirme kapasitesidir. Serebral mikrovaskülatürdeki reaktivite miktarı, kapasitans vaskülatürünün bütünlüğüne bağlıdır ve endotel hücrelerinin birincil işlevidir. Bu nedenle CVR, mikro damar sisteminin fizyolojisinin ve genel sağlığının bir göstergesidir. CVR'yi ölçebilen görüntüleme yöntemleri mevcuttur, ancak maliyetli olabilir ve manyetik rezonans görüntüleme merkezleri ve teknik uzmanlık gerektirir. Bu çalışmada, vazoaktif bir uyarana (solunan% 5 karbondioksit veya CO2) yanıt olarak 15 sağlıklı kontrolün (HC) CVR'sini değerlendirmek için serebral mikrovasküler sistemdeki oksihemoglobin (HbO) ve deoksihemoglobin (HbR) değişikliklerini izlemek için fNIRS teknolojisini kullandık. Sonuçlarımız, bunun, travmatik beyin hasarı veya serebral mikrovaskülopati ile ilişkili diğer durumlardan kaynaklanan kortikal CVR ve ilişkili mikrovasküler sistem fonksiyonunu haritalamak için invaziv olmayan, doğru, taşınabilir ve uygun maliyetli bir yöntem sunan umut verici bir görüntüleme teknolojisi olduğunu göstermektedir.
Serebral korteksteki vasküler sağlık, damarların değişen fizyolojik koşullar altında daralma veya genişleme yeteneği ile ölçülebilir. Vasküler reaktivitenin ölçülmesi, demans, travmatik beyin hasarı (TBI) ve hatta yaşlanma gibi serebral mikrovasküler disfonksiyon ile ilişkili nörolojik durumların tanı ve tedavisinde yararlı olabilir 1,2,3,4. Ek olarak, CVR, Alzheimer5 veya TBI 6,7,8,9,10 gibi nörolojik bozukluklar için öngörücü ve/veya farmakodinamik bir biyobelirteç olarak kullanılabilir. İnsan ve hayvan deneklerde CVR'yi incelemek için iyi bilinen görüntüleme yöntemleri mevcuttur. Tipik bir yöntem, hiperkapni11, nefes tutma veya asetazolamid2 gibi eksojen veya endojen bir uyaranla birlikte fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemeyi (fMRI) içerir. Lu ve ark.12,13, MRG-Kan Oksijen Düzeyine Bağlı (MRI-BOLD) görüntüleme ile birleştirilmiş basit bir gaz dağıtım sisteminin doğru bir tüm beyin CVR haritaları oluşturduğunu göstermiştir.
Serebral vaskülatür kan akışındaki, hacmindeki ve metabolik oksijen hızındaki bozulmalar, HbO ve HbR'nin doku konsantrasyonlarında değişikliklere neden olur. Yakın kızılötesi aralıkta ışığın doku emilimi, HbO ve HbR gibi hemoglobin türlerinin konsantrasyonundaki değişikliklere duyarlıdır. Bu nedenle, zaman içinde geri saçılan ışığın ölçülmesi, en dış korteksteki (yaklaşık 2 cm)15 HbO ve HbR konsantrasyonundaki değişiklikleri ölçebilir ve serebrovasküler reaktivite (CVR)17 dahil olmak üzere temporal hemodinamik varyasyonları16 değerlendirmek için kullanılabilir.
Araştırma paradigmamızda, sürekli dalga fonksiyonlu fNIRS cihazını kullanıyoruz. Cihaz, 16 kaynak-dedektör çifti oluşturan 4 kaynak ve 10 dedektörden oluşur (bkz. Şekil 1). Kaynak dedektörü çiftleri, alnın üzerine kolayca yerleştirilebilen ve kendinden yapışkanlı sargı ile yerinde tutulabilen bir silikon kayış üzerine birlikte kalıplanır. Cihaz, 730 ve 850 nm'de ışık yoğunluğunu ölçer ve 2 Hz'lik bir edinme frekansına sahiptir. Bu sistem, hasta dostu olması, giyilmesi kolay olması ve TBH'ye karşı özellikle savunmasız bir beyin bölgesi olan prefrontal korteksten veri toplaması nedeniyle seçilmiştir. Neyse ki, diğer fNIRS sistemlerinin çoğu, yalnızca beynin ilgi alanına göre ölçülen kortikal bölgelerde farklılık gösteren CVR edinim tekniğimizle uyumludur.
fMRI, fonksiyonel beyin görüntüleme için altın standart olarak kabul edilirken, fNIRS teknolojisi, fMRI'ye kıyasla CVR'yi değerlendirmek için benzersiz avantajlara sahiptir. fNIRS görüntüleme tekniği, yüksek bir zamansal çözünürlük (milisaniye ayrıntı düzeyi ile) sağlar ve hem HbO hem de HbR konsantrasyonundaki değişiklikleri ölçebilirken, fMRI yalnızca HbR18,19,20'deki değişiklikleri ölçer. Ayrıca, fNIRS cihazları taşınabilir, ekonomiktir ve fMRI'dan daha kolay çalıştırılır. Son olarak, fNIRS teknolojisi, hiperkapni gibi vasküler zorlukların genellikle bilişsel veya fiziksel çalışma görevleriyle birlikte kullanıldığı göz önüne alındığında gerekli olan denek hareketini daha iyi çözer21.
Bu yazıda, fNIRS teknolojisi ile birleştirilmiş bir hiperkapni zorluğu sunulmaktadır. CVR değerlerini ölçtük ve fMRI CVR ölçümlerine güvenilir bir alternatif sunmayı umarak bu yöntemin tekrarlanabilirliğini inceledik.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Katılımcılar, kurumsal inceleme kurulu onaylı bir protokol (ClinicalTrials.gov NCT01789164) kapsamında işe alındı. Protokolde anlatılan ekipmanlar kurumumuz tarafından etik olarak onaylanmıştır.
1. Hiperkapni Mücadelesi için Kullanılan Materyalleri Hazırlayın (Şekil 2)
2. Deney sırasındaki prosedürler
3. Temizleme Prosedürleri
4. Veri analizi
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
fNIRS, 15 sağlıklı katılımcıya hiperkapni zorluğu ile birlikte uygulandı. Dışlama kriterleri TBH öyküsü, önceden var olan engelleyici nörolojik veya psikiyatrik bozukluklar veya gebelikti. Katılımcıların yaş ortalaması 37.7 ± 16 (dağılım 20-55) idi ve %20'si kadındı. Benzer bir fMRI çalışmasında gösterildiği gibi28,% 5 CO2'nin 60 s'lik bir solunmasına, kapnografi ile ölçülen EtCO2 basıncında bir artış ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
15 sağlıklı gönüllüde fNIRS ve CO2 gazı inhalasyon tekniği kullanarak CVR'yi ölçebildik. Ölçülen CVR değeri, elde edilen fNIRS sinyali ile EtCO2 arasındaki korelasyondur. Buradaki zorluk, temporal EtCO2 izini fNIRS sinyaliyle doğru bir şekilde hizalamak, başka bir deyişle, kanın pulmoner vasküler sistemden kalbe ve ardından serebral vaskülatüre gitmesi için geçen süreyi hesaba katmaktır. Kanallar arası değişkenlik düşükt?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Yazarların laboratuvarındaki çalışmalar, Sinirbilim ve Rejeneratif Tıp Merkezi (CNRM), Sağlık Bilimleri Üniformalı Hizmetler Üniversitesi (USUHS), Bethesda, MD, Askeri Klinik Sinirbilim Mükemmeliyet Merkezi (MCNCoE), Nöroloji Anabilim Dalı, USUHS ve Ulusal Sağlık Enstitüleri Intramural Araştırma Programı tarafından desteklenmiştir. Bu makalede ifade edilen görüşler yazara aittir ve Kara/Deniz Kuvvetleri/Hava Kuvvetleri Bakanlığı, Savunma Bakanlığı veya ABD Hükümeti'nin resmi politikasını yansıtmaz.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Blue cuff | 22254 | Vacumed | |
CO2-Air Gas Mixture Size 200 | R012000 2003 | Roberts Oxygen | |
Diaphragm (Size: medium, Type: spiral) | 602021-2608 | Hans Rudolph | |
Douglas bag (200-liters capacity) | 500942 | Harvard Apparatus | |
Gas delivery Tube | 1011-108 | Vacumed | |
Gas sampling Tube | T4305 | QoSINA | |
Hydrophobic filter | 9906-00 | Philips Medical Systems | |
Male luer | 11547 | QoSINA | |
Mouth piece (Silicone, Model #9061) | 602076 | Hans Rudolph | |
Nose clip (Plastic foam, Model #9014) | 201413 | Hans Rudolph | |
Three-way valve (100% plastic) | CR1207 | Hans Rudolph | |
Two-way non-breathing valve (22mm/ 15mm ID) | CR1480 | Hans Rudolph |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır