Salınım Alt Vücut Negatif Basınç ve Projeksiyon Takip regresyon yoluyla Serebral otoregülasyonda Değerlendirilmesi
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
serebral perfüzyon sistemik geniş bir basınç aralığında sabit tutulur süreçtir. "serebral otoregülasyonun" olarak bilinen basınç değişimlerine karşı akım etkili söndürme 15 saniye ~ kadar kısa bir süre içinde meydana gelir ve uzun zaman süreleri zarfında tedricen daha büyük hale gelir. Böylece, kan basıncı yavaş değişiklikler etkin bir körelmiş ve hızlı değişiklikler veya dalgalanmalar serebral kan akımı yoluyla nispeten etkilenmemiş geçmektedir. serebral otoregülasyonda frekans bağımlılığını karakterize primer zorluk ilgi frekansları etrafında arter basıncında belirgin spontan dalgalanmaların olmaması (daha az ~ 0.07 Hz veya ~ 15 sn) 'dir. Salınım alt gövde negatif basınç (OLBNP) OLBNP frekansta arteriyel basınç dalgalanmaları sonucu santral karşılığında osilasyonları üretmek için kullanılabilecektir. Ayrıca, Projeksiyon Takip Regresyon (PPR) characteriz için parametrik olmayan bir yöntem sağlarE doğrusal olmayan bir önsel varsayımlar olmadan sisteme içkin ilişkiler ve serebral otoregülasyonda karakteristik olmayan lineer ortaya koymaktadır. OLBNP negatif basınç salınımları sıklığı yavaş olmak gibi arter basıncında daha büyük dalgalanmalar oluşturur; Ancak, serebral kan akımında dalgalanmalar giderek daha az olur. Bu nedenle, PPR altında OLBNP 0.05 Hz frekansları ve (20 sn döngüleri) de giderek daha belirgin otoregülatör bölgeyi gösterir. bu basınç ve serebral akış arasındaki karakteristik doğrusal olmayan ilişki laboratuar tabanlı tespitine imkan vermek ve fizyolojik değişikliklere yanı sıra entegre serebrovasküler kontrolü eşsiz fikir verebilir bu yaklaşımın amacı travmatik beyin hasarı, inme sonrası örneğin serebral otoregülasyonun (engelli altında yatan , vs.).
Introduction
süreç serebral perfüzyon ile hangi ". serebral otoregülasyonun" olarak bilinen beyin akış yanıtları 1 Orijinal gözlemler sistemik baskıların geniş bir yelpazede üzerinde sabit tutulur günlük düzenlenmesi için büyük önem taşımaktadır arter basıncında değişikliklere karşı bir karşı-düzenleme desteklenmektedir serebral perfüzyon. Otoregülasyonundaki karakterizasyonu sürekli, kontrollü hipo ve hipertansiyon çalışmalara dayanmaktadır olmasına rağmen, 2,3 direniş basınç kaynaklı değişiklikler 10 ila 90 saniye değişiklikleri kapsayan 'bir salınım süreci' 3 olduğu kabul edilmiştir. 4 Dahası, içinde Geçtiğimiz iki yıl, temeli 5 serebral akım sadece bir kaç kalp atım gibi kısa sürelerle düzenlendiğini göstermiştir beat-by-beat bir. 6,7 serebral kan akış hızı ölçümü Bu beat-by-beat verileri etkili olduğunu düşündürmektedir Basınç değişiklikleri karşı akış nemlendirme gerçekleşir~ 15 sn gibi kısa süreler ve daha uzun süreler boyunca giderek artar. 8 Böylece, yüksek geçiş filtresi olarak basınç ve akış fonksiyonları arasındaki ilişki 7,9-12 kan basıncı yavaş değişiklikler etkin bir körelmiş ve hızlı salınımlar geçmek burada Nispeten etkilenmemiş aracılığıyla.
serebral otoregülasyonda frekans bağımlılığını karakterize primer zorluk ilgi frekansları etrafında arter basıncında belirgin spontan dalgalanmaların olmaması (daha az ~ 0.07 Hz veya ~ 15 sn) 'dir. Yeterince büyük basınç salınımları olmadan, bir doğru serebral kan akımı yanıtı ölçmek mümkün değil. Laboratuvarımız salınımlı düşük vücut negatif basınç (OLBNP) olarak bilinen bir teknik kullanarak bu sınırlama ile vurmuştur. Bu durum, düşük venöz transmural basınç tankında negatif basınç seviyesi ile orantılı kaudal venöz kan değiştirmesine oluşturur. Ne zaman negatif pressubelirli aralıklarla uygulanır yeniden, OLBNP frekansta arter basıncı dalgalanmaları santral venöz dönüş sonucu salınımlar. Bu yaklaşım, farklı laboratuarlarda arasında çeşitli çalışmalarda kullanılmıştır. 8,14-17 Bunun nedeni azalmış venöz basınç transmural tank içinde negatif basınç seviyesine orantılı kaudal venöz kan hacmi vardiya oluşturur. Negatif basınç belirli aralıklarla uygulandığında, santral venöz karşılığında salınımlar OLBNP frekansta arter basıncı dalgalanmaları sonucu. Bu yaklaşım, farklı laboratuarlarda arasında çeşitli çalışmalarda kullanılmıştır. 8,15-18
Hatta ilgi frekansları etrafında arter basıncında belirgin dalgalanmalar oluşturabilir bir yaklaşımla, bir komplike bir faktör var: serebral otoregülasyonun nonlineerliğin önemli kanıtlar özellikle düşük frekanslarda, orada 8 Üstelik, hiçbir güçlü teorik rehber vardır.serebral otoregülasyonun mevcut doğrusalsızlıklarıyla doğası gibi. Dolayısıyla, biz bir atheoretical kullanmak, bizim analiz Projeksiyon Takip Regresyon (PPR) olarak bilinen veri güdümlü bir yöntem. 19 PPR bu doğrusalsızlıklarıyla doğaya herhangi bir önsel varsayımlar olmadan sisteme içkin doğrusal olmayan ilişkileri karakterize bir parametrik olmayan bir yöntemdir. Bu kimin fizyolojisi henüz açık doğrusal olmayan modellerin tarafından tanımlanan olmayan bir sistem yakalamak için bir karar avantajı olduğunu. PPR serebral otoregülasyonda karakteristik doğrusal olmayan ilk 1959 yılında Lassen tarafından açıklanan "klasik otoregülatör eğrisi" (Şekil 1). Olduğunu 2,19 benzer olduğunu ortaya koymaktadır, serebral kan akımı arteriyel basıncı belirli bir aralık içinde nispeten sabit kalır, ancak pasif bu aralığın dışında bir doğrusal bir şekilde izler. Tansiyon dalgalanması yavaş hale geldikçe bu şekil daha belirgin hale gelir. Bu nedenle, lineer analiz tam interroga yetersiz olduğunuLineer teknikleri te serebral otoregülasyon ve güven olasılıkla önemli bilgiler özlüyor.
Bu makalede detaylı olarak biz sağlık ve hastalık serebral otoregülasyonun karakterize kullanmak, her iki veri toplama (OLBNP laboratuvar kullanımı) ve analiz (PPR) yaklaşım.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kesinlikle tanımlanması girdi-çıktı ilişkileri (bu durumda, basınç) giriş çıkış aktif yanıtını gözlemlemek için yeterince geniş yelpazesinde değişir gerektirebilir. Ancak, kendiliğinden meydana gelen basınç dalgalanmaları serebral otoregülasyonda frekanslarda içinde genlik son derece tutarsız ve küçük. 27 Bu basınç kendiliğinden değişiklikler ve yüksek korelasyon dönemleri ve son derece düşük korelasyon dönemleri ile bir ilişki göstermektedir akış nedenidir ve salınımların olduğu serebral kan akımı görünürde hiçbir belirgin tansiyon sürücü ile görüntülenir. 28 OLBNP 22 serebral kan akımı tepkilerini belirlemek üzere değişen frekans ve genliğin tutarlı arteriyel basınç salınımları oluşturmak için önemli bir teknik sağlamaktadır. Benzer bir prob sağlayabilir diğer yaklaşımlar olabilir rağmen, bu yaklaşım frekansa ve / veya genlik-bağımlı bir ilişki bahis titiz test için izin verirween arter basıncı ve serebral kan akım hızı.
Serebral otoregülasyonun için potansiyel ölçüm araçları keşfetmek önceki araştırma arter basıncı ve serebral kan akımı (örneğin, transfer fonksiyonu analizi) arasındaki ilişkinin doğrusal modeller kullandık. Basınç salınımları, yani nispeten hızlı olduğunda basınç ve hiçbir nemlendirme değişiklikleri akış arasında yakın bir doğrusal ilişki> ~ 10 sn, görülmektedir. Ancak, yavaş salınımlar (> ~ 20 sn) basıncı arasında bir ilişki doğurmak ve bu giderek daha az doğrusal ilişkili hale akar. 8,24 ilişki son derece doğrusal ilişkili değilse (düşük R 2, düşük çapraz spektral tutarlılık) kimse herhangi birşey olabilir Böyle transfer fonksiyonu kazanç ve faz olarak lineer önlemlerin doğruluğu güven. doğrusal ilişkinin olmaması serebral otoregülasyonda karakteristik önemli doğrusal olmayan varlığına işaret etmektedir. Aslında, doğası gereği, autoregulatilineer yaklaşımlarla karakterizasyonu için uygun değildir; Doğrusal yaklaşım otoregülasyonun varlığını veya yokluğunu gösterir, ancak özellikleri ve etkinliğini tarif edemez.
Onların basitlik lineer yöntemlere benzer ama o giriş (basınç) ve çıkış (akış) değişkenler arasındaki doğrusal olmayan ilişkileri değerlendirmek yöntemler vardır. Projeksiyon peşinde regresyon sadece bir a priori bir model oluşturmalıdır veya giriş-çıkış ilişkisi içinde doğrusallığını almaz bir parametrik olmayan, atheoretical, çoklu regresyon yöntemi 29,30 olduğunu. Bunlar tam olarak anlaşılır bir sistem karakterize net avantajlar vardır. Bununla birlikte, yüzde varyans artacak birden fazla sırt fonksiyonu kullanılarak açıklanmıştır fakat karakteristik ilişkilerin fizyolojik yorumlanması engellemeyecek pahasına unutulmamalıdır. Bu nedenle, çıkıntı takip regresyon tek sırt fu sınırlı önerilirnction. Bununla birlikte, bir tek sırt fonksiyonu ile özetlenen PPR yaklaşımı arter basıncı ve serebral kan akımı arasındaki ilişki varyansın önemli bir kısmını açıklamak ve bireyler arasında tutarlı karakteristik doğrusal olmayan ilişkiyi ortaya çıkarabilir.
Sınırlamalar ve Olası Değişiklikler
Salınım alt vücut negatif basınç özel ve rahatsızlık verici ekipman ve prosedürleri gerektirir ve böylece klinik tabanlı değerlendirmeler için uygun değildir. Bu yeterli uzunlukta kayıtları istirahat serebral otoregülasyonda PPR analizi için yeterli veri sağlayabilir mümkündür. Ancak, önceki çalışma verilerini istirahat projeksiyon peşinde regresyon 0.03 Hz OLBNP verilerinin analizinde daha kötü performans gösterdi. 0.03 Hz OLBNP istirahat esnasında sayısal basınç-akım ilişkileri ile ilgili olmasına rağmen, 19 mütevazı yazışmalar sadece anlaşılacağı basınç-akım ilişkileriniz ogeri kalanı tahmin ips güvenilir 0.03 Hz OLBNP türemiş olanlar yansıtmayabilir. Bir çözüm yavaş, derin nefes eucapnic veya tekrarlanan bodur-standı manevralar yoluyla otoregülasyonundaki frekansları içinde tutarlı ve daha büyük genlik basınç dalgalanmalarını oluşturmak olabilir. Bu yöntemler, serebral kan akışı tepkileri gözlemlemek için yeterince geniş bir yelpazede değişiklikler sağlayabilir güvenilir bir geniş basınç dalgalanmalarını oluşturmak için gösterilmiştir. 31,32
Ortalama, projeksiyon peşinde regresyon arter basıncı ve serebral akım dalgalanmaları arasındaki ilişkinin önemli miktarda açıklayabilir rağmen, varyans bazı durumlarda (~% 6 19) düşük olabilir açıkladı. Düşük performans frekansı ve tidal volüm kontrollü değilse desenleri nefes, örneğin, elde edebileceğini. Ancak her fizyolojik bir test bazı sapkın gözlemler vardır ve bu yaklaşım bir istisna değildir. ~ 1 20 gözlemleri Kötü ölçümler gerektiği hayırt yaklaşımın potansiyel yarar zarar.
Gelecek Uygulamalar / Sonuçlar
karakteristik basınç-akım ilişkisi inme 33 ve travmatik beyin hasarı gibi bazı patofizyolojik koşullarda değişmiş olabilir. 34 doğru ilişkiler klinik ortamda elde edilebilir olsaydı, serebral otoregülasyonda projeksiyon peşinde regresyon geniş bir uygulama var ve bir olarak yararlı olabilir değerlendirme aracı nerede OLBNP mevcut değildir. Çok basit manevralar (örneğin, derin nefes alma, uyluk manşet, sit-to-stand) ve / veya uzun süreli dinlenme kayıtları verilerini OLBNP karşılaştırılabilir serebral otoregülasyonun türetmek için dava edilebilir basınç-akım ilişkisi neden olabilir mümkündür. Bununla birlikte, farklı düzenleyici sistemlerin ve otoregülasyonundaki doğrusal olmayan katkıları laboratuvar tabanlı belirlenmesi serebrovasküler kontrol özgü bilgi sağlar ve dia izin verebilirserebral otoregülasyonun (örneğin, travmatik beyin hasarı sonrası) patofizyolojik değişikliklerin marifet.
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 |
Referencias
- Strandgaard, S., Paulson, O. B. Cerebral autoregulation. Stroke. 15, 413-416 (1984).
- Lassen, N. A. Cerebral blood flow and oxygen consumption in man. Physiol. Rev. 39, 183-238 (1959).
- 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).
- Rapela, C. E., Green, H. D. Autoregulation of Canine Cerebral Blood Flow. Circ. Res. 15, 205-212 (1964).
- 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).
- Aaslid, R., Lindegaard, K. F., Sorteberg, W., Nornes, H. Cerebral autoregulation dynamics in humans. Stroke. 20, 45-52 (1989).
- Newell, D. W., Grady, M. S., Sirotta, P., Winn, H. R. Evaluation of brain death using transcranial Doppler. Neurosurgery. 24, 509-513 (1989).
- 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).
- 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).
- Diehl, R. R., Linden, D., Lucke, D., Berlit, P. Spontaneous blood pressure oscillations and cerebral. 8, 7-12 (1998).
- 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).
- 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).
- Wolthuis, R. A., Bergman, S. A., Nicogossian, A. E. Physiological effects of locally applied reduced pressure in. 54, 566-595 (1974).
- Esch, B. T., Scott, J. M., Warburton, D. E. Construction of a lower body negative pressure chamber. Adv. Physiol. Educ. 31, 76-81 (2007).
- 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).
- 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).
- 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).
- Zhang, R., et al. Autonomic neural control of dynamic cerebral autoregulation in humans. Circulation. 106, 1814-1820 (2002).
- Tan, C. O. Defining the characteristic relationship between arterial pressure and cerebral flow. J. Appl. Physiol. 113, 1194-1200 (2012).
- Schmidt, E. A., et al. Symmetry of cerebral hemodynamic indices derived from bilateral transcranial Doppler. J. Neuroimaging. 13, 248-254 (2003).
- Paulson, O. B., Strandgaard, S., Edvinsson, L. Cerebral autoregulation. Cerebrovasc. Brain. Metab. Rev. 2, 161-192 (1990).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Giller, C. A., Mueller, M. Linearity and non-linearity in cerebral hemodynamics. Med. Eng. Phys. 25, 633-646 (2003).
- Friedman, J. H., Stuetzle, W. Projection pursuit regression. Am. Stat. Assoc. 76, 817-823 (1981).
- Friedman, J. H., Tukey, J. W. A projection pursuit algorithm for exploratory data analysis. IEEE Trans. Comp. 23, 881-889 (1974).
- Claassen, J. A., Levine, B. D., Zhang, R. Dynamic cerebral autoregulation during repeated squat-stand maneuvers. J. Appl. Physiol (1985). 106, 153-160 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
