Alt ekstremite vasküler fonksiyonunun değerlendirilmesi için reaktif hiperemi sırasında yakın kızılötesi spektroskopisi

Özet

Burada, alt ekstremitedeki reaktif hiperemiyi değerlendirmek için yakın kızılötesi spektroskopi kullanan non-invaziv bir yaklaşımı tanımladık. Bu protokol, vasküler disfonksiyonun varlığını ve terapötik girişimlerin etkinliğini belirlemek için kullanılabilecek vasküler ve mikrovasküler yanıtın standart bir değerlendirmesini sağlar.

Özet

Alt ekstremitenin vasküler hastalıkları, kardiyovasküler hastalıkların ve diyabet gibi komorbiditelerin küresel yüküne önemli ölçüde katkıda bulunur. Daha da önemlisi, mikrovasküler disfonksiyon makrovasküler patolojiden önce veya onunla birlikte ortaya çıkabilir ve her ikisi de potansiyel olarak hasta semptomlarına ve hastalık yüküne katkıda bulunur. Burada, reaktif hiperemi sırasında alt ekstremite vasküler (dis) fonksiyonunun standart bir değerlendirmesini ve terapötik müdahalelerin etkinliğini değerlendirmek için potansiyel bir yöntem sağlayan yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS) kullanan non-invaziv bir yaklaşımı açıklıyoruz. Kontrastlı ultrason gibi alternatif yöntemlerin aksine, bu yaklaşım venöz erişim veya karmaşık görüntü analizi gerektirmez ve ucuzdur ve operatöre daha az bağımlıdır. NIRS yönteminin bu açıklaması, ölçüm hususlarının, sınırlamaların ve alternatif yöntemlerin tartışılmasının yanı sıra temsili sonuçları ve standart terminolojiyi içerir. Bu çalışmanın gelecekteki uygulaması, vasküler araştırma tasarımının, veri toplama prosedürlerinin ve uyumlaştırılmış raporlamanın standardizasyonunu geliştirecek, böylece alt ekstremite vasküler (disfonksiyon), hastalık ve tedavi alanlarında translasyonel araştırma sonuçlarını geliştirecektir.

Giriş

Kardiyovasküler hastalık (KVH), küresel mortaliteye en çok katkıda bulunan faktördür¹. Miyokard enfarktüsü ve inme KVH'nin en sık görülen belirtileri olmakla birlikte, periferik arter hastalığı (PAH) ve diyabetik ayak hastalığı gibi alt ekstremitelerin vasküler hastalıkları, KVH ^2,3,4'ün kişisel, sosyal ve sağlık yüküne önemli ölçüde katkıda bulunur. Daha da önemlisi, bu hastalık durumları mikrovasküler ve makrovasküler disfonksiyon^ile karakterizedir 5 semptomlara (örneğin, aralıklı topallama), fonksiyonel bozulmaya, zayıf hareketliliğe, ayrıca sosyal izolasyona ve düşük yaşam kalitesine⁶ katkıda bulunur. Tarihsel olarak, üst ekstremite vasküler değerlendirme teknikleri, sistemik vasküler fonksiyonun ve ilişkili kardiyovasküler riskin bir ölçüsü olarak kullanılmıştır; Bununla birlikte, bu yöntemler alt ekstremite vasküler fonksiyonundaki lokal bozukluklara potansiyel olarak duyarlı değildir ^7,8. Şu anda alt ekstremitede vasküler fonksiyonu değerlendirmek için kullanılan akış aracılı dilatasyon (FMD) ve kontrastlı ultrason gibi bir dizi teknik olsa da, her yöntemin ekipman maliyeti, operatör becerisi veya invaziv venöz erişim ihtiyacı gibi dezavantajları ve sınırlamaları vardır. Bu nedenlerden dolayı, alt ekstremite vasküler (dis)fonksiyonunu değerlendirmek için araştırma ve klinik ortamlarda daha kolay uygulanabilecek standartlaştırılmış ve etkili tekniklere ihtiyaç vardır.

Sürekli dalga yakın kızılötesi spektroskopisi (CW-NIRS), in vivo olarak hemoglobin oksijenasyonundaki nispi değişiklikleri ölçen invaziv olmayan, düşük maliyetli ve taşınabilir bir yöntemdir. NIRS oksijenli ve oksijensiz hemoglobin sinyalleri küçük (<1 mm çapında) damarlardan türetildiğinden, lokal iskelet kası metabolizması ve mikrovasküler fonksiyon değerlendirilebilmektedir⁹. Spesifik olarak, doku doygunluk indeksi (TSI) [TSI = oksijenli hemoglobin/ (oksijenli hemoglobin + oksijensiz hemoglobin) x 100], doku oksijenlenmesinin kantitatif bir ölçümünü sağlar⁹. Oklüzyon ve reaktif hiperemi öncesinde, sırasında ve sonrasında ölçüldüğünde, TSI'deki değişiklikler, oklüzyon öncesi taban çizgisine göre 'son organ' vasküler yanıtını gösterir. Daha da önemlisi, bu yöntem, yaşlanma¹⁰, hastalığın ilerlemesi¹¹ ve klinik müdahaleler (örneğin, revaskülarizasyon cerrahisi^12,13 veya egzersiz rehabilitasyonu 14,15,16,17) ile ilişkili kas mikrovasküler yanıt verme ve perfüzyonundaki değişikliklere duyarlıdır., mikrovasküler disfonksiyonu olan veya risk altında olan kişilerde.

NIRS sistemlerinin mevcudiyeti, mikrovasküler fonksiyonu bildiren araştırma çalışmalarının sayısında hızlı bir artışa yol açmıştır¹⁸. Bununla birlikte, reaktif hiperemi test protokollerindeki farklılıklar, ayrıntılı, tekrarlanabilir NIRS yöntemlerinin ihmal edilmesi ve NIRS yanıt parametrelerinin tanımı, sunumu ve analizinde tekdüzelik eksikliği, bireysel denemeler arasında karşılaştırmaları zorlaştırmaktadır. Bu, meta-analiz için verilerin harmanlanmasını ve klinik değerlendirme önerilerinin formülasyonunu sınırlar ^9,15.

Bu nedenle, bu makalede, alt ekstremite reaktif hiperemisinin değerlendirilmesi için laboratuvarımızın standardize edilmiş NIRS ve vasküler oklüzyon test protokollerini açıklıyoruz. Bu yöntemleri yaygınlaştırarak, veri toplama prosedürlerinin ve uyumlaştırılmış raporlamanın gelişmiş standardizasyonuna ve tekrarlanabilirliğine katkıda bulunmayı amaçlıyoruz.

Protokol

Burada açıklanan tüm yöntemler, Sunshine Coast Üniversitesi'nin insan araştırmaları etik komitesi tarafından onaylanmıştır. Ayrıca, tüm katılımcılar bu protokolde belirtilen ölçümlere katılmak için yazılı bilgilendirilmiş onamlarını verdiler. Alt ekstremitede vasküler oklüzyon testinin, daha önce femoral veya popliteal arterlerin vasküler grefti veya stentlenmesini içeren bir revaskülarizasyon prosedürü geçirmiş kişilerde kontrendike olduğunu lütfen unutmayın. Ekipmanı hazırladıktan sonra, katılımcıya 10 dakika boyunca sırtüstü pozisyonda dinlenmesi talimatı verilir. Bu noktada, NIRS veri toplama, ilk 2 dakikalık bir süre ile başlar ve NIRS sinyallerinin kararlılığının elde edilmesini sağlar. Başlangıç verileri daha sonra 1 dakika boyunca toplanır, bu noktada uylukta bulunan bir manşet, arteriyel oklüzyon elde etmek için derhal şişirilir. Manşet hızla söndürülmeden önce oklüzyon 5 dakika boyunca korunur. Veri toplama, sinyaller taban çizgisine geri dönene kadar reaktif hiperemi dönemi boyunca devam eder. Şekil 1 , reaktif hiperemi protokolüne genel bir bakışı göstermektedir ve ayrıntılı adımlar aşağıda verilmiştir. Çalışma için kullanılan ekipmanlar Malzeme Tablosu'nda listelenmiştir.

Şekil 1: NIRS reaktif hiperemi ölçüm protokolünün ve zamanlamalarının şematik taslağı. NIRS: yakın kızılötesi spektroskopisi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

1. Ekipman hazırlığı

NOT: Aşağıda özetlenen temsili sonuçları elde etmek için çeşitli NIRS, manşet şişirme/oklüzyon ve veri toplama sistemleri kullanılabilir. Araştırmacıların kendi özel kullanıcı kılavuzlarına başvurmaları ve benzersiz yazılım, kalibrasyon, ortam ışığı ve katılımcıya/kohorta özgü hususlar hakkında bilgi sahibi olmaları önemlidir.

1. Tüm ölçümlerin sessiz, sıcaklık kontrollü bir odada (21-23 °C) yapıldığından emin olun.
2. Tüm ekipman ve malzemelerin ( Malzeme Tablosuna bakın) mevcut olduğunu onaylayın.
3. CW-NIRS aygıtının ve aygıtın iletim yaptığı bilgisayarın tam olarak şarj edildiğinden ve açık olduğundan emin olun.
4. NIRS cihazının, Bluetooth aracılığıyla NIRS verilerini görüntüleyen bilgisayarla eşleştirildiğini ve NIRS ünitesinin ölçüm parametrelerinin deney alanına ve çalışma tasarımına göre tanımlandığını kontrol edin (örnek: diferansiyel yol uzunluğu faktörünü tanımlayın (DPF) yakın kızılötesi ışık).
   NOT: NIRS protokol adımlarının ve sistem ayarlarının çoğu, üreticinin tavsiyeleri, araştırmacıların deneyimi ve uzman/fikir birliği görüşünün bir kombinasyonuna dayanmaktadır. Ölçüm sırasında üretilen değerlerin, kullanılan belirli cihaza ve problara ve ayrıca cihaz yazılımında seçilen ayarlara bağlı olduğunu unutmayın. Toplanan sinyallerde yüksek derecede bireyler arası değişkenlik potansiyeli de vardır. Ayrıca, çalışmalar arasında daha iyi karşılaştırmaya izin vermek için, NIRS enstrümantasyon özelliklerini (örneğin, prob tasarımı, kaynak-dedektör ayırma mesafeleri ve kullanılan dalga boylarını içerir), sistem ayarlarını, kas geometrisi ile ilgili prob pozisyonunu/oryantasyonunu ve bu ölçümlerden elde edilen sonuçları yayınlarken analiz parametrelerini/veri tedavisini raporlamak önemlidir.
5. Katılımcının verilerini NIRS cihaz yazılımı özelliklerine göre girin.
6. Hızlı manşet şişiricisini hava ve güç kaynaklarına bağlayın.

2. Katılımcı hazırlığı

1. Katılımcının, başlamadan önce katılımcı bilgi beyanını ve onay formunu okuduğundan ve ölçüme katılmak için onay verdiğinden emin olun.
2. Katılımcıya, ilgili antropometrik ölçümler için ayakkabılarını ve çoraplarını çıkarırken ve sabit dururken ölçüm sırasında ne beklemesi gerektiğini açıklayın.
3. Planlanan NIRS ölçüm bölgesi üzerinde (örneğin, maksimum baldır çevresi noktasında medial açıdan) bir deri kıvrım ölçümü (üç kopya halinde) yapın.
   NOT: Bu, cilt ve yağ dokusu derinliğinin (rutin olarak yağ dokusu kalınlığı - ATT olarak adlandırılır) NIRS sinyal penetrasyon derinliği ile ilişkili olarak doğrulanmasına izin verir. Alternatif olarak, yağ dokusu kalınlığını belirlemek için ultrason kullanılabilir. NIRS sinyalinin/ölçümünün derinliğinin alıcı-verici mesafesinin⁹ yaklaşık yarısı olduğunu daima unutmayın.
4. Sinyal kalitesini en üst düzeye çıkarmak için, NIRS verici/alıcı probunun planlanan bölgesinde ışığı emebilecek ve gerekirse tıraş ederek tüyleri alabilecek herhangi bir kıl olup olmadığını kontrol edin.
   NOT: Cilt, örneğin selülit nedeniyle tehlikeye girmişse veya ödem varsa, ölçümün uygunluğunu göz önünde bulundurun, çünkü bu sorunlar potansiyel olarak azaltılmış sinyal kalitesi, sinyal penetrasyon derinliği/ölçümün alındığı doku ve katılımcı yara sterilitesi ile ilgilidir.
5. Oksijenasyon yanıtları farklı kaslar arasında ve hatta aynı kasın bölgeleri içinde büyük heterojenlik gösterebileceğinden, NIRS probunun katılımcılar arasında ve içinde doğru bir şekilde yerleştirilmesine izin vermek için ilgili anatomik yer işaretlerine (örneğin, medial kondilin üst yüzeyi) göre planlanan NIRS prob yerleşiminin konumunu ölçün ve / veya işaretleyin (çalışma tasarımına ve prob tasarımına/şekline bağlı olarak).
6. Katılımcıdan bir muayene kaidesinde veya yatağında sırtüstü pozisyonda yatmasını isteyin. Katılımcı daha sonra 10 dakika dinlenir.
7. Uyluğun etrafına, dizin proksimaline bir manşet yerleştirin ve tüplerin baldır veya NIRS cihazı ile temas etmemesini sağlayın (Şekil 2).
8. Ayak ve ayak bileği bir köpük desteği üzerinde olacak şekilde bacağınızı (~ 10 cm) kaldırın, alt bacağı sabit ve ölçümler için erişilebilir bırakın (Şekil 3).
   NOT: Testin her iki bacakta birden fazla kez yapılması gerekiyorsa, test sırası randomize edilir (ilk testten önce) ve her katılımcı için sonraki değerlendirmeler için test sırası korunur.
9. Hızlı manşet şişirme modülünü açın.
   NOT: Hızlı manşet şişiricinin mod ve basınç ayarlarının üreticinin talimatları ve vasküler oklüzyon protokolü spesifikasyonları ile tutarlı olduğundan emin olun.
10. Manşet şişirici hava kaynağını açın, havanın hortumdan geçip geçmediğini kontrol edin ve hortumu uyluk manşetine bağlayın.
11. Manşet şişiricinin hortumunun hala baldır ile temas halinde olmadığından emin olun.
12. NIRS verici/alıcı probunu, ölçüm bölge(ler)inin üzerindeki cilde güvenli bir şekilde sabitleyin (rutin olarak gastroknemiusun medial yönü; bununla birlikte, çalışmaya ve katılımcı özelliklerine bağlı olarak ayağın sırtı ve tibialis anterior gibi diğer bölgeler de kullanılır).
    NOT: Bazı NIRS sistemleri, aynı anda birden fazla saha ölçümü olasılığına izin verir.
13. Ortam ışığının NIRS sinyal kalitesini/değerlerini etkilemesini önlemek için kenarları kapatmaya dikkat ederek probu siyah kinesiyoloji bandı veya benzeri bir şeyle kapatın (Şekil 3).
    NOT: Probu ve yapışkan kaplamayı sabitlerken, prob hareketini ortadan kaldırdığınızdan emin olun, ancak cildi/yağ dokusunu/kası sıkıştırmaktan kaçının.

Şekil 2: Uyluktaki tıkayıcı manşet yerleşimi örneği. (A) Yukarıdan. (B) Yandan. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Yakın kızılötesi spektroskopisi prob pozisyonu örneği. (A) Medial gastroknemiusta traşlı cilde takılan prob. (B) Erişime izin vermek ve stabiliteyi sağlamak için ayak bileği köpük desteğindeyken prob yerleştirme. (C) Ortam ışığı koruması yerinde. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

3. Temel veri toplama

1. Katılımcıdan veri toplama süresince rahat kalmasını, konuşmaktan kaçınmasını ve bacaklarını sabit tutmasını isteyin.
2. NIRS cihaz kaydını bilgisayar arayüzü üzerinden başlatın.
   NOT: Çevrimdışı veri toplama etkinse ve tercih ediliyorsa, NIRS cihazını doğrudan başlatın.
3. Ölçümün başlamasına başlamadan önce en az 2 dakikalık verilerin alınmasına izin verin. Bu, veri alımından önce kararlı durum sinyallerinin elde edilmesini sağlar.
4. Veri sinyali bütünlüğünü ve fizyolojik olarak makul değerleri sağlamak için bilgisayar ekranını izleyin. Örneğin, Veri Toplama (DAQ) değerleri, sinyal kalitesi ve NIRS cihazı tarafından algılanan ortam ışığı miktarı hakkında bilgi sağlar. Ölçüm boyunca kabul edilebilir bir aralıkta tutulmalıdırlar.
5. 2 dakika sonra NIRS sinyalinde herhangi bir dalgalanma kaydedilmezse (örn. hareket artefaktı nedeniyle), bilgisayar/cihaz/senkronizasyon birimindeki ilgili düğmeye basarak NIRS veri taban çizgisini ayarlayın. Bu referans değer, ölçümün karşılaştırmalı başlangıç noktasını yansıtır. Oksijenli ve oksijensiz hemoglobindeki değişiklikler bu taban çizgisine göre yorumlanacaktır.
   NOT: Veri toplama sırasında, veri analizine yardımcı olmak için, taban çizgisinin başlangıcı ve bitişi, manşet oklüzyonunun başlangıcı ve bitişi vb. gibi belirli kilometre taşlarının yazılım tabanlı olay işaretçilerini ekleyin.
6. En az 1 dakikalık temel veri toplayın ve bu süre zarfında herhangi bir dalgalanma veya hareket artefaktı oluşmadığından emin olun.
   NOT: Temel verilerdeki dalgalanmalar, hiperemik rezerv gibi bazı potansiyel değişkenlerin yorumlanmasını etkileyecektir (temsili sonuçlar bölümüne bakın).

4. Damar tıkanıklığı

1. Manşet moduna (veya alternatif sistemlerde ilgili araza) geçmeden önce hızlı manşet şişiricide manşet basıncını 200 mmHg'ye ayarlayın.
   NOT: Bazı yazarlar^{uylukta 250} mmHg'ye kadar şişirme önerse de ^9,19, deneyimlerimize göre bu, bazı katılımcılar tarafından iyi tolere edilmez ve ölçümün kesilmesine yol açar. Çoğu katılımcı grubunda 200 mmHg'ye kadar şişirme, istirahatte arteriyel akışı tıkamak için yeterlidir, ancak tolere edilebilir ve ciltte morarmaya neden olmaz. 200 mmHg'de etkili oklüzyona ulaşılmasını sağlamak için, grubumuz rutin olarak NIRS ile eş zamanlı olarak gerinim ölçer pletismografi kullanır ve manşet şişirme döneminde aşağı akış kan akışının olmadığını doğrular.
2. Katılımcıya, manşetin 5 dakikalık bir süre boyunca 200 mmHg'ye şişirilmesi ve ardından toplam manşet söndürülmesi işlemi sırasında ne beklemesi gerektiği (rahatsızlık, karıncalanma hissi vb.) konusunda tavsiyede bulunun. Katılımcıya veri toplama süresince rahat kalmasını, konuşmaktan kaçınmasını ve bacaklarını hareketsiz tutmasını tekrar hatırlatın.
   NOT: Oklüzyon döneminin ilk 30-60 saniyesinin katılımcılar için en az konforlu olduğu deneyimlerimizdir. Katılımcılar bacaklarının gevşemesine izin verdiklerinde, tıkanıklığı daha tolere edilebilir bulma eğilimindedirler.
3. Manşet şişirmeyi başlatmaya hazır olduğunuzda, NIRS yazılımında temel dönemin sonunu işaretleyin.
4. Uyluk manşetini 200 mmHg'lik bir suprasistolik basınca veya alternatif olarak 200 mmHg'nin etkisiz olduğu nadir durumlarda 220 mmHg'ye şişirin.
5. Oklüzyon süresi boyunca veri bütünlüğünü sağlamak için bilgisayarı veya ekranı izleyin.
6. 5 dakikalık manşet tıkanıklığının sonu yaklaşırken, katılımcıya bacağını mümkün olduğunca sabit tutmasını ve manşet söndürüldükten sonra yaklaşık 3 dakika konuşmaktan kaçınmasını hatırlatarak hazırlayın (reaktif hiperemiye vasküler yanıtlardan elde edilen veriler toplanırken).
   NOT: Katılımcıya hareketsiz kalması için bu hatırlatma önemlidir, çünkü katılımcılar dolaşım yeniden sağlandığında rahatsızlığı gidermek/hafifletmek için uzuvlarını hareket ettirme eğiliminde olabilirler.

5. Reaktif hiperemi

1. 5 dakikalık oklüzyon geçtikten sonra, uyluk manşetini hızla tamamen (0 mmHg'ye) söndürün. Eşzamanlı olarak, NIRS yazılımında tıkayıcı dönemin sonunu işaretleyin. Kan akışının yeniden başlaması ve ilgili faktörler nedeniyle reaktif hiperemi yanıtı, NIRS yazılım ekranında görünür olacaktır (Şekil 4).
2. Oklüzyondan en az 3 dakika sonra veya alternatif olarak, NIRS verileri taban çizgisine döndükten sonra, NIRS yazılımında kurtarma süresinin sonunu işaretleyin ve ölçümü durdurun.
   NOT: İyileşme süresi, kısmen, araştırılan araştırmaya veya klinik soruya ve bu nedenle, analiz için seçilen spesifik NIRS parametrelerine ve ayrıca daha uzun bir iyileşme süresi gerektirebilecek eşlik eden önlemlerin (FMD gibi) potansiyeline bağlıdır.
3. Veri işleme ve analizi için NIRS sonuçlarının veri kaydetmesini ve dışa aktarılmasını başlatın.

6. Takip prosedürleri

1. NIRS cihaz(lar)ını ve manşeti katılımcıdan çıkarın.
2. Gerekirse, NIRS cihazını (ve oklüzyon manşetini) üreticinin talimatlarına ve ilgili hijyen standartlarına göre temizleyin.
3. Gelecekteki ölçümler için verici/alıcı bütünlüğünü ve pil performansını sağlamak için NIRS cihazını inceleyin.

Sonuçlar

Yakın kızılötesi spektroskopisi
Sürekli dalga yakın kızılötesi spektroskopi cihazları, ışık yayan kaynaklar ve fotodetektörler aracılığıyla yerel O₂ iletimini ve kullanımını yansıtan oksijenli (O₂Hb) ve oksijensiz (HHb) hemoglobindeki nispi değişiklikleri ölçer ve belirli mesafeleri birbirinden ayırır. ~700 nm ile 850 nm arasındaki ışık dalga boyları yayılır, bu da_O2Hb ve HHb'nin tepe emiciliğine karşılık gelir. Yakın k?...

Tartışmalar

Bu makale, mikrovasküler fonksiyonu değerlendirmek için CW-NIRS TSI kullanılarak alt ekstremite reaktif hiperemisinin değerlendirilmesi için standart prosedürleri özetlemektedir. Bu protokol, manşet oklüzyon süresinin yanıt büyüklüğü, reaktif hiperemi sırasında NIRS test-tekrar test güvenilirliği ve NIRS ile kontrastlı ultrason gibi diğer mikrovasküler değerlendirme yöntemleri arasındaki uyum düzeyinin incelenmesiyle rafine edilmiştir^23,24<...

Malzemeler

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