JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Divulgaciones
Acknowledgements
Materials
Referencias
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biología

Оценка ауторегуляции мозгового через колебательные нижней части тела отрицательного давления и проектирования преследования регрессии

Published: December 10, 2014
doi:
10.3791/51082
, ,
1Department of Physical Medicine and Rehabilitation,Harvard Medical School, 2Cardiovascular Research Laboratory,Spaulding Hospital Cambridge

Summary

Cerebral perfusion is maintained across a range of pressures via cerebral autoregulation. However, characterizing autoregulation requires prominent pressure fluctuations at regulated frequencies. The described protocol will show how oscillatory lower body negative pressure can generate pressure fluctuations to provide data for projection pursuit regression for quantification of the autoregulatory curve.

Abstract

Способ, с помощью которого церебральный перфузии поддерживается постоянным в широком диапазоне системных давлений известен как "мозговой ауторегуляции." Эффективное демпфирование потока от изменений давления происходит в течение периода настолько коротким, насколько ~ 15 сек и постепенно становится больше в течение более длительных периодов времени. Таким образом, медленные изменения кровяного давления эффективно притупляются и быстрее изменения или колебания проходят через церебрального кровотока относительно неизменным. Основные трудности при характеристике частотной зависимости ауторегуляции мозгового это отсутствие выдающихся спонтанных колебаний артериального давления вокруг интересующих частот (менее ~ 0,07 Гц или ~ 15 сек). Колебательный нижней части тела отрицательное давление (OLBNP) могут быть использованы для генерации колебаний в центральной венозного возврата, которые приводят к колебаниям артериального давления на частоте OLBNP. Кроме того, проекционные преследования регрессии (PPR) обеспечивает непараметрический метод characterizе нелинейные отношения, присущие системе без априорных предположений и показывает характерную нелинейность ауторегуляции мозгового. OLBNP генерирует большие колебания артериального давления, частота отрицательных колебаний давления становятся медленнее; Однако, колебания мозгового кровотока постепенно становятся меньше. Таким образом, PPR показывает все более заметную ауторегуляторную регион на OLBNP частот 0,05 Гц и ниже (20 циклов сек). Цель этого подхода, чтобы позволить лабораторного определения характеристики нелинейной зависимостью между давлением и мозгового кровотока и может обеспечить уникальную возможность заглянуть к комплексному контролю цереброваскулярной, а также физиологических изменений, лежащие в основе нарушение ауторегуляции мозгового (например, после черепно-мозговой травмы, инсульта и т.д.).

Introduction

Процесс, при котором перфузии головного мозга поддерживается постоянным в широком диапазоне системных давлениях, известных как "мозговой саморегуляции." Первичных наблюдений мозговой ответов потока 1 поддерживается встречный регулирования от изменений артериального давления, что имеет большое значение для суточного регулирования перфузии головного мозга. Хотя характеристика саморегуляции была основана на исследованиях поддерживаться, контролироваться гипо- и гипертонии, 2,3 было признано, что изменения давления, вызванного в сопротивлении являются «колебательный процесс" 3 охватывает изменения от 10 до 90 сек. 4 Кроме того, в За последние два десятилетия, измерение мозгового скорости кровотока на удар-на-такт основе 5 показал, что мозговое регулируется в течение периодов в виде коротких, как всего за несколько сердечных ударов. 6,7 Эти бит-на-такт данные свидетельствуют о том, что эффективное увлажнения потока от изменений давления происходит в течениеПериоды настолько коротким, насколько ~ 15 сек, и это становится все больше в течение длительных периодов времени. 8 Таким образом, соотношение между функциями давления и расхода как фильтр высоких частот 7,9-12, где медленные изменения кровяного давления эффективно притуплены и более быстрые колебания проходят через относительно неизменным.

Основные трудности при характеристике частотной зависимости ауторегуляции мозгового это отсутствие выдающихся спонтанных колебаний артериального давления вокруг интересующих частот (менее ~ 0,07 Гц или ~ 15 сек). Без достаточно больших колебаний давления, никто не может точно определить их мозговую реакцию кровотока. Наша лаборатория занимается этим ограничением при использовании метода, известного как колебательной нижней части тела отрицательного давления (OLBNP). Это создает хвостовой сдвиги венозной объем крови пропорционален уровню отрицательного давления в баке за счет снижения венозного трансмурального давления. Когда отрицательное давRe применяется через заданные промежутки времени, колебания в Центральной венозного возврата результате флуктуаций артериального давления на частоте OLBNP. Этот подход был использован в ряде исследований в различных лабораториях. 8,14-17 Это создает хвостовой сдвиги венозной объем крови пропорционален уровню отрицательного давления в баке за счет сокращения венозного трансмурального давления. Когда отрицательное давление применяется через заданные промежутки времени, колебания в Центральной венозного возврата приводит к колебаниям артериального давления на частоте OLBNP. Этот подход был использован в ряде исследований в различных лабораториях. 8,15-18

Даже с подходом, который может генерировать выдающиеся колебания артериального давления вокруг интересующих частот, есть фактор, усложняющий: есть факты, свидетельствующие о нелинейности в ауторегуляции мозгового, особенно на низких частотах 8 Кроме того, нет никаких убедительных теоретическая руководство.а с характером нелинейностей, присутствующих в церебральной ауторегуляции. Таким образом, мы используем atheoretical, управляемых данными метод, известный как проекции преследования регрессии (PPR) в нашем анализе. 19 PPR является непараметрический метод для характеристики нелинейных отношений, присущих системе без каких-либо априорных предположениях о природе этих нелинейностей. Это решающее преимущество для съемки систему, физиология еще не определены явные нелинейных моделей. PPR показывает, что характерная нелинейность ауторегуляции мозгового напоминает "классическую ауторегуляторную кривой", впервые описанного Лассен в 1959 году (Рисунок 1). 2,19 То есть, мозговой кровоток остается относительно постоянным в пределах определенного диапазона артериального давления, но пассивно отслеживает линейным способом за пределами этого диапазона. Эта форма становится все более очевидным, поскольку колебания артериального давления становится медленнее. Следовательно, линейный анализ недостаточен, чтобы полностью interrogaTE церебральная саморегуляция и опора на линейных методов вероятно, скучает важную информацию.

В этой статье мы подробно подход как к сбора данных (лаборатория использование OLBNP) и анализа (PPR), мы используем, чтобы охарактеризовать ауторегуляции мозгового в здоровье и болезни.

Protocol

1. Колебательное Нижняя часть тела отрицательного давления (OLBNP) Установка оборудования ЭКГ Свинец II (ЭКГ): Прикрепите три (или более) электроды к туловищу субъекта для мониторинга сердечного ритма на протяжении всего исследования. Неопрен Юбка: Используйте на заказ неопрена юбку, которая изолирует объект в нижней части тела камеры отрицательным давлением до гребня подвздошной кости. Положите его вокруг груди испытуемого, прежде чем они помещены на спине в баке и убедитесь, что сигнал ЭКГ-прежнему является адекватной. Убедитесь, что он плотно, но не так сильно, как ограничить дыхание. Нижняя часть тела отрицательного давления палата: Объект съемки лжи на спине на кровати и маневрировать камеру ОДНТ под ними. Если камера ОДНТ имеет регулируемое сиденье велосипеда (чтобы свести к минимуму движения артефакт без противодействия эффект всасывания), убедитесь, что тема удобно сидит в нем. Используйте на заказ оргстекла распорную разрез в Вашингтон субъектаРазмер IST, чтобы помочь запечатать камеру. Уплотнение из неопрена юбку вокруг камеры ОДНТ с клейкой лентой. ОДНТ палата Давление: Подключите камеру ОДНТ к стандартному датчика давления. Калибровка датчика давления в мм рт. Повторите цикл таймера, прикрепленную к механическим клапаном: Прикрепите изготовленными на заказ механический клапан и повторите таймер цикла в камеру ОДНТ. ПРИМЕЧАНИЕ: Реле времени крепится к двумя двигателями, которые контролируют механический клапан используется для переключения между отрицательным давлением и давлением окружающей среды. Заместители реле выдержки времени напряжения на двигатели с фиксированным интервалом, чтобы открывать и закрывать клапан между камерой и вакуума. Это создает ОДНТ давление в камере волны, которая является примерно меандр в форме. Отрегулируйте время цикла на нужную частоту OLBNP. Поворотный трансформатор и Вакуумная: Прикрепите стандартный бытовой пылесос для механического клапана. Подключите вакуум в переменной трансформатора, что позволяет напряжение довакуум, чтобы управлять. Включите пылесос и не регулировать регулируемый трансформатор, пока давление целевой ОДНТ (например, 30 мм рт.ст.) достигается. Артериальное давление: Прикрепите неинвазивные манжеты photoplethysmographic артериальное давление (например, Portapres, Finapres) к пальцу (ы) с одной стороны. Убедитесь, точность путем сравнения давления на осциллометрических давления от плечевой артерии противоположной руке. 2 МГц Транскраниальная допплерография и Probe устройство для фиксации Используйте 2 МГц пульсовой волны Доплера зонд insonate М1 сегмента средней мозговой артерии в храме (т.е., транстемпоральный окне). Alter наклонным зондом, глубину озвучивания (~ 55 мм), коэффициент усиления и мощность передачи, чтобы максимизировать спектральную интенсивность сигнала. Закрепите допплеровский датчик на месте с помощью фиксации устройства, которое не имеет спину (т.е. не оголовье), так что движение артефакт не вводится в сигнал в качестве добровольца ходус отрицательными колебаний давления. ПРИМЕЧАНИЕ:. Мозговой кровоток может быть измерена в одностороннем порядке или на двусторонней основе, но никакой разницы в ауторегуляции мозгового не ожидается между полушариями, если локализованы травмы, как инсульт или черепно-мозговой травмы не присутствует 20 Истекло CO 2: Использовать носовые канюли прилагается к инфракрасному CO 2 Анализатор АН следить истек CO 2 и поручить субъекту дышать только через нос. Учитывая глубокое влияние артериальной CO 2 имеет на мозговое кровообращение, 21 монитор CO 2 в течение каждого исследования. Сбор данных Настройте аналого-цифровое преобразование артериального давления, мозговой кровоток, ОДНТ давления в камере, и истек CO 2, чтобы приобрести как минимум 50 Гц на канал. Приобретать ЭКГ на 1 кГц. ПРИМЕЧАНИЕ: При последующем анализе сделок с гораздо более низкой частотной информации (≤0.07 Гц), то есть сritical контролировать качество сигналов приобретаются в ходе исследования. Частота дискретизации 50 Гц позволит выполнять точные визуализации кровяного давления и мозгового кровотока для обнаружения артефакта. Колебательный протокол ОДНТ Включите вакууме и обеспечить давление в резервуаре является стабильным при -30 мм рт. Установить таймер повтора цикла до 33 сек 0,03 Гц OLBNP. Отрегулируйте допплеровский датчик (ы), чтобы обеспечить оптимальную сигнал. Приобретать данные, по крайней мере 15 циклов (500 сек при 0,03 Гц), чтобы обеспечить достаточную уверенность в том в оценках PPR. Если позволяет время, собрать больше данных, чем это, поскольку это будет способствовать дальнейшему улучшению отношения сигнал-шум. Повторите эти шаги для любых частотах от 0,03 Гц-0,08 Гц, изменяя длительность таймера на повтор цикла. ПРИМЕЧАНИЕ: Нанесите частоты в порядке, но изменяться случайным образом начальную частоту между субъектами. 2. Проекция преследования регрессии (PPR) Предварительная обработка данных Истребление и низкочастотная фильтрация Откройте Matlab. Введите команду "Данные = ресамплинг (данные, 1, Sr / 5)" (где SR является исходная частота дискретизации), чтобы уничтожить артериальное давление и мозговой кровоток до 5 Гц. ПРИМЕЧАНИЕ: При необходимости, фильтр низких частот (19-го порядка Тип Чебышева II) с обрезанием 0,4 Гц. Фильтрация является излишним, поскольку последующая обработка, но и создает средние формы волны, которые не зависят от пикового детектирования иногда шумной артериального давления и головного мозга сигналов кровотока. Артефакт удаления Использование оригинальных, не мор сигналов в качестве руководства, удалите все разделы сигналов с артефактами и линейно интерполировать. Если эти разделы составляют более 10% от периода записи, удалите запись целиком. Примечание: В этой точке, как сигналы соответствующим образом обработаны для традиционных линейных подходов, таких как передаточной функции анализа. Полосовая фильтрация В Matlab, тип: [B, A] = cheby1 (1,1, [F – 0,005 F + 0,005] / (/ 2) SRD) данные = filtfilt (B, A, detrend (данные "линейной") к полосе -pass фильтровать давления и расхода в ± 0,005 Гц полосы (1-й порядок Чебышева первого рода с 1 дБ полосы пропускания рябь) вокруг частоты OLBNP (рисунок 2), где F является доминирующая частота OLBNP, SRD является уничтожены выборки Скорость (5 Гц после шага 2.1.1), и "данных" является уничтожены сигнала (артериальное давление или расход). ПРИМЕЧАНИЕ: Это минимизирует возможные помехи и увеличивает соотношение сигнал-шум в последующем анализе PPR. Хотя доминирующим колебания артериального давления происходит на частоте колебаний нижней отрицательного давления тела, случайный шум в сигналах может влиять на выводе отношений давления потока. Результаты без фильтрации полосовой будет качественно похожи, но процентов дисперсия еxplained (т.е., R 2) будет меньше. 19 Проекция преследования регрессии Оценка ПРИМЕЧАНИЕ: Использование встроенной функции "PPR" в R язык и среда для статистических расчетов и / или с помощью специально написанный функций на других платформах, создать одну функцию хребта (M = 1) для артериального давления, мозговой отношению потока , В Matlab, введите команду "CVLabPPR (давление, расход)". Введите Study ID качестве XXXYYY, где XXX является код 3-буквенный изучение и YYY это три цифровых символов предметного ID. Введите Study даты в следующем формате: YYYY-MM-DD. Введите числовой измерения # (например, "1" в течение 1 дня). Введите APM (введите FP для finapress или AL для арт-линия). Введите судна (MCA, ACA, или PCA). Введите "Y" или "N" на запрос "У вас есть правильные измерения MCA?" Enter "у &# 8221; или "N" на запрос "Вы оставили измерения MCA?" ПРИМЕЧАНИЕ: Для каждого входа (В х Г – артериальное давление) и выход (у Т – мозгового кровотока) линейный авторегрессии передаточной функции (формула 1. – термин в скобках) пропускают через непараметрической функции ядра (К М; называется "гребень Функции "), которые определяются путем минимизации среднеквадратичной ошибки. Проекция стремление регрессии может включать в себя более чем одну функцию хребта (т.е. M> 1). Однако, несмотря на это уменьшит средний квадрат ошибки, это может отвлечь от интерпретации функций хребта из-за возможных взаимодействий между ними. Поскольку основной целью является, чтобы получить соотношение между артериальным давлением и мозгового кровотока, что Сап интерпретировать физиологически, ППР должно быть ограничено только одной функции конька (М = 1). Кусочно-линейной параметризации. Спараметрировать функцию хребта в виде кусочно линейной функции для последующего статистического анализа (рисунок 3). Для Matlab, используйте Free-узел сплайн Бруно Лыонга. Введите команду "BSFK (х, у, к, nknots)", где к = 2 для линейной аппроксимации и nknots = 3 для трех регионов. ПРИМЕЧАНИЕ: Это определяет те точки, в которых изменения артериального давления мозговой отношения потока и диапазоны, где отношения близка к линейной Рисунок 3 показывает схематическое результатов.. Коэффициент усиления (т.е. линейный наклон) в отношении давления потока в каждом регионе обеспечивает меру эффективности мозгового ауторегуляции в этой области. Низкий коэффициент усиления указывает более эффективной против регулирования колебаний давления в то время как более высокие доходы указывают на более пассивный этOW реакции на изменения давления.

Representative Results

OLBNP амплитуды от 10 мм рт.ст. до 22 120 мм рт.ст. 17 были использованы для усиления колебаний артериального давления, но 30 мм рт.ст. OLBNP достаточно 23,24 и не выходит за рамки нормативной мощности cerebrovasculature. 17 Этот уровень результатов OLBNP в колебаний артериального давления, что около 15-20 мм рт.ст. по величине в 0,03 Гц, что не больше, чем изменения артериального давления, возникающих при переходе от сидящего стоят. 25 Есть некоторые ограничения на диапазон, в котором OLBNP может генерировать колебания артериального давления. Ауторегуляция активен только при ~ 0,07 Гц и более медленной, поэтому верхний предел не является проблемой. Однако сложность генерации низкочастотных колебаний ниже 0,03 Гц, что сердечно-сосудистая система против регулирует против изменений артериального давления ОДНТ-индуцированных до завершения цикла. Как показано на рисунке 4 показывает, на 0,025 Гц OLBNP мы действительно видим самый большой пик вартериальные колебания давления на 0,05 Гц. В то время как частотная характеристика ауторегуляции мозгового можно охарактеризовать от 0,03 Гц-0,08 Гц определить временные шкалы, в рамках которой саморегуляция является активным, 23,24 +0,03 Гц и 0,08 Гц OLBNP достаточно, так как они представляют собой ряд саморегулирующих функций (т.е. выраженный саморегуляции область на Нет или скромный). OLBNP генерирует большие колебания артериального давления, частота отрицательных колебаний давления становятся медленнее. Рисунок 5 показывает артериальное давление и последующие головного мозга колебания кровотока с OLBNP от 0,08 Гц (12,5 циклов в секунду), до 0,03 Гц (33 циклов сек). На более высоких частотах, мозговой кровоток колеблется в согласии с артериальным давлением. PPR демонстрирует это; есть пропорциональна линейная зависимость между артериальным давлением и мозгового кровотока при более высоких частотах 0,08 Гц, 0,07 Гц (14 циклов с) и 0,06 Гц (16,6 циклов в секунду),. При более низких частотах OLBNP, хотя колебания артериального давления становятся больше, колебания мозгового кровотока постепенно более эффективно невелики. Таким образом, PPR показывает все более заметную ауторегуляторную области на OLBNP частот от 0,05 Гц (20 циклов сек), до 0,04 Гц (25 циклов сек), до 0,03 Гц. В примере, показанном на 0,03 Гц, кривая ППР явно напоминает классическую "ауторегуляторную кривую", описанный Lassen (рисунок 1). Ранее мы показали, что это наблюдение не может быть объяснено просто увеличение величины колебаний артериального давления, как частота колебаний становится медленнее. Ранее мы уже применяется PPR данным от 48 лиц во время различных величин OLBNP (таким образом, разной величины колебаний давления). 19 В то время как мы явно не изучить потенциальную связь между ауторегуляторного диапазона и величины колебаний давления, мы повторнопортирована, что различия в ауторегуляторного диапазоне было только ~ 6%. Таким образом, наши предыдущие результаты ясно показывают, что изменение PPR кривой с частотой не могут быть полностью объяснены изменением в величине колебания давления. В том же исследовании, мы оценили ли PPR характеристика саморегуляции является воспроизводимым через отдельных сессий. Этот анализ показал, что склон хребта ауторегуляторного во 0,03 Гц OLBNP не изменится (Согласование Лин = 0,96, р <0,001) и, таким образом, нелинейная зависимость давления потока последовательно через дни исследования. Хотя цереброваскулярная кровать хорошо иннервируется симпатическими нервными волокнами, их роль в саморегуляции не были широко приняты. 26 Таким образом, некоторые из наших предыдущих работ исследовали потенциальную роль симпатической нервной системы в цереброваскулярной ауторегуляции. 24 Мы обнаружили явную роль в симпатическая нервная система в регулировании мозговое, но мы жпрежде чем не в состоянии охарактеризовать как отношения изменились с удалением симпатических влияний из-за ограничений линейных методов для характеристики саморегуляции. Рисунок 6 показывает результаты применения PPR к данным до (базового) и после симпатической блокады во время 0,05 Гц. Общая кривая становится заметно более линейным. Кроме того, PPR анализ 0,03 Гц данных, где саморегуляция является самым очевидным показали, что диапазон ауторегуляции регионе остается неизменной, но наклон пределах этого региона увеличивается, отражая менее эффективным саморегуляции (Рисунок 7). Рисунок 1. «классический» ауторегуляторного кривая получена из соотношения между статическими увеличивается и уменьшается давление и стационарного мозгового кровотока. Область неизменного потока деPite изменения давления (то есть, наклон = 0) ограничена по регионам, где увеличение и уменьшение давления приводит к пропорциональному изменению мозгового кровотока. Рисунок 2. Предварительная обработка необходима для выполнения анализа PPR. Сигналы первой уничтожены до 5 Гц, а затем полосового фильтруют на частоте OLBNP (± 0,005 Гц). Рисунок 3. Параметры головного кривой ауторегуляции, полученной из PPR анализа артериального давления и мозгового кровотока при 0,03 Гц OLBNP. <strOng> Рисунок 4. Спектр мощности показывает величину колебаний артериального давления, когда частота OLBNP ниже 0,03 Гц (цикл 33-вторых). Следует отметить, что существуют две большие пики в артериального давления спектральной мощности в 0,025 и 0,05 Гц (40 и 20 сек циклов), однако существует только один пик в спектральной мощности ОДНТ на 0,025 Гц. Кроме того, по величине колебания давления на 0,05 Гц и будет путать интерпретацию головного мозга ответов кровотока. Рисунок 5. Пример последствий OLBNP от 0,08 до 0,03 Гц на артериального давления и мозгового кровотока. Колебания артериального давления становится больше с более медленным OLBNP в то время как мозговые колебания кровотока становится меньше. Это саморегуляции функция описана по результатам анализа PPR показано в нижней панели. Tон саморегуляции область мозгового кровотока становится все более очевидным с более медленным OLBNP. Рисунок 6. Индивидуальная и в среднем PPR ауторегуляторную кривые из OLBNP данных 0,05 Гц испытуемых до (базовый) и после симпатической блокады. Обратите внимание, что потеря узком ауторегуляторного регионе после симпатической блокады. Рисунок 7. Среднее значение параметров ППР по данным 0,03 Гц OLBNP до и после симпатической блокады. Симпатическая блокада была заметное влияние на мозговой кривой ауторегуляции в ауторегуляции диапазона, заметно увеличивая крутизну (то есть, больше, пропорциональные головного мозга изменения потока с изменением давления ).

Discussion

Точного определения ввода-вывода соотношения могут потребовать, чтобы вход (в данном случае, давление) активно изменяет по достаточно широком диапазоне, чтобы наблюдать выходной отклик. Тем не менее, колебания спонтанно возникающих давления чрезвычайно противоречивы и малых по амплитуде в частотах ауторегуляции мозгового. 27 Это причина того, что спонтанные изменения давления и расхода, показывающие отношения с периодами высокой корреляции и периоды чрезвычайно низкой корреляции и что колебаний в церебральный кровоток, казалось бы, появляются без видимой диск артериального давления. 28 OLBNP 22 представляет собой важнейшую технику, чтобы создать последовательную колебания артериального давления различной частотой и амплитудой, чтобы оценить мозговые ответы кровотока. Хотя могут быть и другие подходы, которые могут послужить подобное исследование, этот подход позволяет тщательного тестирования частотно и / или амплитудно-зависимые отношения ставкиWeen артериальное давление и церебральный скорость кровотока.

Предыдущие исследования изучения потенциальных инструментов измерения для ауторегуляции мозгового использовали линейные модели связи между артериальным давлением и мозгового кровотока (например, передаточная функция анализа). Закрыть линейная зависимость между давлением и потоком изменения, не имеющие увлажнения наблюдается при колебания давления относительно быстро, то есть,> ~ 10 сек. Тем не менее, более медленные колебания (> ~ 20 сек) порождают отношения между давления и расхода, которая становится все меньше и меньше связаны линейно. 8,24 Если соотношение не очень связаны линейно (низкий R 2, низкая кросс-спектрального когерентности) никто не может есть какие-либо уверенность в точности линейных мер, таких как увеличение передаточной функции и фазы. Отсутствие линейной зависимости указывает на наличие важных нелинейности, которые характерны для мозговой саморегуляции. В самом деле, по самой своей природе, autoregulatiна не поддается характеристике через линейных подходов; линейные подходы могут указывать на наличие или отсутствие ауторегуляции, но не может описать его характеристики и его эффективность.

Есть методы, которые сопоставимы с линейными методами в своей простоте, но которые могут оценить нелинейные отношения между входом (давление) и выходных (поток) переменных. Проекция стремление регрессия просто непараметрический, atheoretical, несколько регрессионный метод 29,30, что не постулировать априори модель и не несет линейность в вход-выход. Эти явные преимущества для характеристики системы, которая не полностью поняты. Тем не менее, следует отметить, что использование более одной функции гребень будет увеличивать процентное отклонение объясняется, но за счет затемнения физиологический интерпретацию характерных отношений. Таким образом, рекомендуется, чтобы выступ слежение регрессионный быть ограничен только один гребень фуnction. Тем не менее, этот подход ППР описано с помощью одного конька функции можно объяснить значительную часть дисперсии в соотношении между артериальным давлением и мозгового кровотока и выявить характерную нелинейную зависимость, которая согласуется по лиц.

Ограничения и возможные модификации

Колебательный ниже отрицательного давления организм требует конкретного и навязчивой оборудования и процедур и поэтому не подходит для оценок, основанных клиник. Вполне возможно, что отдыхает записи достаточной длины может обеспечить адекватную данные для PPR анализа мозговой ауторегуляции. Тем не менее, предыдущая работа показала, что проекция стремление регрессия отдыха данных работает значительно хуже, чем анализ данных OLBNP 0,03 Гц. Хотя отношения давления потока количественно в покое и при 0,03 Гц OLBNP связаны, 19 скромнее переписка просто показывает, что СВЯЗЬ давление потокаIPS оценивается в остальном, что не может надежно отражать полученные от 0,03 Гц OLBNP. Одним из решений может быть для создания последовательных и большую амплитуду колебаний давления в пределах частот саморегуляции путем медленного, глубокого eucapnic дыхания или повторных маневров приземистый-стенде. Эти методы, как было показано, чтобы генерировать надежно большие колебания давления, которые могут обеспечить изменения во достаточно широком диапазоне, чтобы наблюдать церебральных ответов кровотока. 31,32

Хотя в среднем, проекция стремление регрессии можно объяснить значительное количество взаимосвязи между артериальным давлением и колебаний мозгового кровотока, объяснил дисперсия может быть низкой в некоторых случаях (~ 6% 19). Низкая производительность может получить, например, от дыхания узоры, если частота и объем вдоха не контролируются. Тем не менее, каждый физиологический тест имеет несколько отклоняющиеся наблюдения, и этот подход не исключение. Бедные измерения в ~ 1 из 20 наблюдений должны нет подорвать потенциальную полезность подхода.

Будущие Применения / Выводы

Характерной отношения давления потока может быть изменен в некоторых патофизиологических условиях, таких как инсульт 33 и черепно-мозговой травмой. 34 Если точные отношения могут быть приобретены в клинических условиях, проекция стремление регрессии мозговой саморегуляции, может иметь более широкое применение и быть полезными в качестве инструмент оценки, где OLBNP не доступен. Вполне возможно, что простые маневры (например, глубокое дыхание, бедра манжеты, сидеть-на-стенд) и / или более длинных записей продолжительность отдыхающие могут привести к отношениям давления потока, который может быть предъявлен иск для получения ауторегуляции мозгового сравнимую с OLBNP данных. Тем не менее, лабораторная определение различных регулирующих систем и их вклада в нелинейностей саморегуляции может обеспечить уникальную возможность заглянуть цереброваскулярной контроля и позволяют диаметромгнозис патофизиологических изменений в ауторегуляции мозгового (например, после черепно-мозговой травмы).

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by National Heart, Lung, and Blood Institute Grant HL-093113.

Materials

Device Company Product Comments
Transcranial Doppler Ultrasound Compumedics DWL Multi-Dop X digital  2 MHz probe
ECG and Brachial BP GE Dash 2000
LBNP Tank U. of Iowa Bioengineering Custom Built
Mechanical Valve U. of Iowa Bioengineering Custom Built
Repeat Cycle Timer Macromatics TR-50826-07
Pressure Transducer Gould
Photoplethysmographic finger pressure monitor Finapres Medical Systems Finometer PRO
CO2 gas analyzer VacuMed #17515 CO2 Analyzer, Gold Edition
Data acquisition system AD Instruments Data Acquisition Systems – PowerLab
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referencias

  1. Strandgaard, S., Paulson, O. B. Cerebral autoregulation. Stroke. 15, 413-416 (1984).
  2. Lassen, N. A. Cerebral blood flow and oxygen consumption in man. Physiol. Rev. 39, 183-238 (1959).
  3. Symon, L., Held, K., Dorsch, N. W. A study of regional autoregulation in the cerebral circulation to increased perfusion pressure in normocapnia and hypercapnia. Stroke. 4, 139-147 (1973).
  4. Rapela, C. E., Green, H. D. Autoregulation of Canine Cerebral Blood Flow. Circ. Res. 15, 205-212 (1964).
  5. Aaslid, R., Markwalder, T. M., Nornes, H. Noninvasive transcranial Doppler ultrasound recording of flow velocity in basal cerebral arteries. J. Neurosurg. 57, 769-774 (1982).
  6. Aaslid, R., Lindegaard, K. F., Sorteberg, W., Nornes, H. Cerebral autoregulation dynamics in humans. Stroke. 20, 45-52 (1989).
  7. Newell, D. W., Grady, M. S., Sirotta, P., Winn, H. R. Evaluation of brain death using transcranial Doppler. Neurosurgery. 24, 509-513 (1989).
  8. Hamner, J. W., Cohen, M. A., Mukai, S., Lipsitz, L. A., Taylor, J. A. Spectral indices of human cerebral blood flow control: responses to augmented blood pressure oscillations. J. Physiol. 559, 965-973 (2004).
  9. Blaber, A. P., et al. Complexity of middle cerebral artery blood flow velocity: effects of tilt and autonomic failure. Am J Physiol. 273, 2209-2216 (1997).
  10. Diehl, R. R., Linden, D., Lucke, D., Berlit, P. Spontaneous blood pressure oscillations and cerebral. 8, 7-12 (1998).
  11. Panerai, R. B., Rennie, J. M., Kelsall, A. W., Evans, D. H. Frequency-domain analysis of cerebral autoregulation from spontaneous fluctuations in arterial blood pressure. Med. Biol. Eng. Comput. 36, 315-322 (1998).
  12. Zhang, R., Zuckerman, J. H., Levine, B. D. Deterioration of cerebral autoregulation during orthostatic stress: insights from the frequency domain. J. Appl. Physiol. 85, 1113-1122 (1998).
  13. Wolthuis, R. A., Bergman, S. A., Nicogossian, A. E. Physiological effects of locally applied reduced pressure in. 54, 566-595 (1974).
  14. Esch, B. T., Scott, J. M., Warburton, D. E. Construction of a lower body negative pressure chamber. Adv. Physiol. Educ. 31, 76-81 (2007).
  15. Brown, C. M., Dutsch, M., Ohring, S., Neundorfer, B., Hilz, M. J. Cerebral autoregulation is compromised during simulated fluctuations in gravitational stress. Eur. J. Appl. Physiol. 91, 279-286 (2004).
  16. Hidaka, I., et al. Noise-enhanced heart rate and sympathetic nerve responses to oscillatory lower body negative pressure in humans. J. Neurophysiol. 86, 559-564 (2001).
  17. Tzeng, Y. C., Chan, G. S., Willie, C. K., Ainslie, P. N. Determinants of human cerebral pressure-flow velocity relationships: new insights from vascular modelling and Ca(2)(+) channel blockade. J. Physiol. 589, 3263-3274 (2011).
  18. Zhang, R., et al. Autonomic neural control of dynamic cerebral autoregulation in humans. Circulation. 106, 1814-1820 (2002).
  19. Tan, C. O. Defining the characteristic relationship between arterial pressure and cerebral flow. J. Appl. Physiol. 113, 1194-1200 (2012).
  20. Schmidt, E. A., et al. Symmetry of cerebral hemodynamic indices derived from bilateral transcranial Doppler. J. Neuroimaging. 13, 248-254 (2003).
  21. Paulson, O. B., Strandgaard, S., Edvinsson, L. Cerebral autoregulation. Cerebrovasc. Brain. Metab. Rev. 2, 161-192 (1990).
  22. Hamner, J. W., Morin, R. J., Rudolph, J. L., Taylor, J. A. Inconsistent link between low-frequency oscillations: R-R interval responses to augmented Mayer waves. J. Appl. Physiol. 90, 1559-1564 (2001).
  23. Hamner, J. W., Tan, C. O., Tzeng, Y. C., Taylor, J. A. Cholinergic control of the cerebral vasculature in humans. J. Physiol. 590, 6343-6352 (2012).
  24. Hamner, J. W., Tan, C. O., Lee, K., Cohen, M. A., Taylor, J. A. Sympathetic control of the cerebral vasculature in humans. Stroke. 41, 102-109 (2010).
  25. Narayanan, K., Collins, J. J., Hamner, J., Mukai, S., Lipsitz, L. A. Predicting cerebral blood flow response to orthostatic stress from resting dynamics: effects of healthy aging. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 281, 716-722 (2001).
  26. Lieshout, J. J., Secher, N. H. Point:Counterpoint: Sympathetic activity does/does not influence cerebral blood flow. Point: Sympathetic activity does influence cerebral blood flow. J. Appl. Physiol. 105, 1364-1366 (2008).
  27. Taylor, J. A., Carr, D. L., Myers, C. W., Eckberg, D. L. Mechanisms underlying very-low-frequency RR-interval oscillations in humans. Circulation. 98, 547-555 (1998).
  28. Giller, C. A., Mueller, M. Linearity and non-linearity in cerebral hemodynamics. Med. Eng. Phys. 25, 633-646 (2003).
  29. Friedman, J. H., Stuetzle, W. Projection pursuit regression. Am. Stat. Assoc. 76, 817-823 (1981).
  30. Friedman, J. H., Tukey, J. W. A projection pursuit algorithm for exploratory data analysis. IEEE Trans. Comp. 23, 881-889 (1974).
  31. Claassen, J. A., Levine, B. D., Zhang, R. Dynamic cerebral autoregulation during repeated squat-stand maneuvers. J. Appl. Physiol (1985). 106, 153-160 (2009).
  32. Taylor, J. A., Myers, C. W., Halliwill, J. R., Seidel, H., Eckberg, D. L. Sympathetic restraint of respiratory sinus arrhythmia: implications for vagal-cardiac tone assessment in humans. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 280, 2804-2814 (2001).
  33. Aries, M. J., Elting, J. W., De Keyser, J., Kremer, B. P., Vroomen, P. C. Cerebral autoregulation in stroke: a review of transcranial Doppler studies. Stroke. 41, 2697-2704 (2010).
  34. Rangel-Castilla, L., Gasco, J., Nauta, H. J., Okonkwo, D. O., Robertson, C. S. Cerebral pressure autoregulation in traumatic brain injury. Neurosurg. Focus. 25, 7 (2008).

Tags

Cerebral AutoregulationOscillatory Lower Body Negative PressureProjection Pursuit RegressionCerebral PerfusionArterial PressureCerebral Blood FlowNonlinear RelationshipFrequency DependenceIntegrated Cerebrovascular ControlTraumatic Brain InjuryStroke

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artículo
Taylor, J. A., Tan, C. O., Hamner, J. W. Assessing Cerebral Autoregulation via Oscillatory Lower Body Negative Pressure and Projection Pursuit Regression. J. Vis. Exp. (94), e51082, doi:10.3791/51082 (2014).
Descargar cita
Reimpresiones y permisos

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image