Uma abordagem metodológica para avaliações não-invasivas de função vascular e Morfologia
Summary
The present article describes the methodological considerations for several non-invasive assessments of vascular function and morphology that are commonly used in medical research to assess different stages of atherosclerosis.
Abstract
The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis. Damage to the endothelium may predispose the vessel to atherosclerosis and increase the risk for cardiovascular disease. Assessments of peripheral endothelial function are good indicators of early abnormalities in the vascular wall and correlate well with assessments of coronary endothelial function. The present manuscript details the important methodological steps necessary for the assessment of microvascular endothelial function using laser Doppler imaging with iontophoresis, large vessel endothelial function using flow-mediated dilatation, and carotid atherosclerosis using carotid artery ultrasound. A discussion on the methodological considerations for each of the techniques is also presented, and recommendations are made for future research.
Introduction
O endotélio é a camada mais interna da vasculatura e está envolvido na manutenção da homeostasia vascular através da regulação de uma multiplicidade de processos vasoactivos. A interrupção destes processos pode predispor o navio para a aterosclerose e aumentar o risco de doença cardiovascular (DCV) 1. Função endotelial periférica é um bom indicador de alterações precoces na parede vascular 2. Além disso, as medições da função endotelial periférica têm sido mostrados para reflectir a função endotelial coronária 3-5, e como tal, são considerados como bons preditores de doença cardiovascular 6-9. Este é talvez pouco surpreendente dado que a aterosclerose é agora amplamente apreciada a ser uma doença sistêmica 10. A avaliação da função endotelial periférica normalmente quantificar a resposta vasodilatadora do navio a um estímulo específico, com uma atenuação da resposta dilatória indicativo de endotelialdisfunção 11, e pode ser medido em diferentes leitos vasculares. As avaliações das mudanças estruturais avançadas do navio pode ser caracterizada por exame de ultra-som da espessura íntima-média.
Na microcirculação, dopplerfluxometria laser (LDF) e de imagem Laser Doppler (LDI), com iontoforese de agonistas vasodilatadores podem fornecer informações úteis sobre perfusão microvascular 12. Ambas as técnicas de medir o efeito Doppler criado por luz difusa de mover as células vermelhas do sangue. A perfusão é representado como o fluxo sanguíneo em vez de fluxo sanguíneo (mL / min), com um fluxo de sangue que reflecte a velocidade média dos glóbulos vermelhos do sangue e concentração. Medição do fluxo de sangue é linearmente relacionado com o fluxo de sangue real 13. A avaliação da LDI oferece vantagens consideráveis sobre LDF, porque ao contrário de LDF, LDI pode digitalizar por uma vasta área de contabilidade, assim, para a heterogeneidade do fluxo sanguíneo da pele e aumentar a reprodutibilidade da técnica12.
O estímulo para aumentar o fluxo de sangue durante LDI são fornecidos por iontoforese de vasodilatadores agonistas de acetilcolina (ACh) e nitroprussiato de sódio (SNP), que avaliam a função endotélio-dependente e independente do endotélio, respectivamente, na pele utilizando uma fraco 14 de corrente eléctrica. Depois de atravessar a pele, ACh se liga a células endoteliais receptores muscarínicos liberando o óxido vasodilatador nítrico (NO). O uso de SNP ativa diretamente os receptores das células musculares lisas a fim de permitir a vasodilatação máxima da embarcação e análise da integridade do músculo liso 15. Existe alguma incerteza sobre se a dilatação mediada por ACh não envolve em tudo, como ACh pode estimular sem NO vias, tais como vias mediadas por ciclooxigenase 12. No entanto, já relatado anteriormente que Ach e SNP respostas são prejudicados em populações de pacientes com risco aumentado de DCV 16 e que as intervenções de exercício conhecido por melhorar NO bioactivity também melhorar o fluxo de sangue ACh mediada usando LDI 17. O veículo para o transporte de agentes para os microvasos da pele, muitas vezes incluem cloreto de sódio ou água desionizada 18,19. Função endotelial microvascular pode ser quantificado usando diferentes abordagens, com a condutância vascular cutâneo – um produto de fluxo dividido pela pressão arterial, utilizados em estudos nos quais a pressão arterial pode mudar ao longo da duração do estudo (ou seja, durante o exercício ou tratamento anti-hipertensivo) 12. Outra quantificação é utilizada para calcular a área sob a curva para o fluxo de sangue ou de expressar a percentagem de aumento no fluxo da linha de base. É importante notar que não há diretrizes estabelecidas para a apresentação de dados, mas os investigadores devem utilizar uma abordagem que apresenta boa reprodutibilidade.
Nas grandes vasos, mediada pelo fluxo dilatação (FMD) e trinitrato de glicerilo-dilatação mediada (NGT) são realizados para avaliars endotélio-dependente e função independente do endotélio, respectivamente 20. Febre aftosa é tipicamente levada a cabo na artéria braquial, onde uma braçadeira é utilizado para ocluir o fluxo de sangue arterial durante 5 min; libertação da braçadeira provoca um aumento repentino do fluxo sanguíneo (hiperemia reactiva) através da artéria braquial, resultando em tensão de cisalhamento mediada dilatação do vaso. A linha de base e diâmetro pós-liberação do manguito são quantificados por ultra-sonografia do navio com as avaliações subsequentes do diâmetro do vaso realizada manualmente 20 ou usando software de detecção de borda automatizado 21,22. O uso de GTN ajuda a determinar se as anormalidades na vasodilatação são, devido a uma perda de integridade das células do músculo liso, ou libertação diminuída de NO a partir das células endoteliais 23. Febre aftosa e GTN são expressos como o aumento percentual na pós-estímulo diâmetro do vaso em relação ao diâmetro da linha de base.
A avaliação correta da febre aftosa exige uma série deconsiderações importantes no 24,25 protocolo do estudo. A duração da oclusão manguito deve ser cuidadosamente programada; 5 min de oclusão cuff é suficiente para a dilatação mediado pelo tempo mais longo do manguito resultados oclusão em non-NO dilatação mediada por 26. Do mesmo modo, a colocação da braçadeira de oclusão em torno do pulso e distal da sonda de ultra-sons predominantemente invoca NO mediada por dilatação, ao passo que a colocação do manguito na parte superior do braço e proximal à sonda estimula apenas parcialmente NO 27. Também é importante para medir a dilatação pico seguindo a deflação do manguito ao longo de um período prolongado de tempo, pois a medição do diâmetro de pico nos primeiros 60 segundos a seguir a deflação do manguito pode subestimar febre aftosa por 25 – 40% 28. Com efeito, um período de 180 segundos é provável que seja suficiente para capturar diâmetro pico verdadeira, com a maioria dos valores de pico ocorrendo dentro dos primeiros 120 segundos 28.
O estímulo para a febre aftosa envolveré a produção de tensão de cisalhamento, que ativa os receptores endoteliais específicos para liberar NO 29. No entanto, a tensão de cisalhamento também pode ativar vários outros fatores vasoativos (alguns dos quais podem causar vasoconstrição) 30, tornando-se essencial que o estímulo tensão de cisalhamento evocado reflete vasodilatação do NO vias 26. Também é importante para explicar o estímulo tensão de cisalhamento durante a febre aftosa, com o cálculo da velocidade de corte (velocidade / diâmetro) que serve como uma medida adequada de tensão de cisalhamento, mas não necessariamente reflete o pico de fluxo 31. Recomendações fisiológicas recentes sugerem que o perfil de tensão de corte deve ser sempre caracterizado quando os sistemas de ultra-som permitem a medição simultânea da velocidade da onda de pulso e de modo B ativa de imagem em modo duplex 25.
Avaliação das artérias carótidas, utilizando-mode B ultra-som pode fornecer informações sobre a espessura da camada íntima-média (CIMT), e foi o primeiro described em 1986 por Pignoli e colegas 32. Avaliação da cIMT reflete a proliferação de células musculares lisas para a íntima do vaso e é um bom preditor de eventos clínicos em aterosclerose precoce 33. Carótida ultra-som, muitas vezes pode prever estrutura arterial melhor do que técnicas semelhantes (como ressonância magnética ou avaliações radiográficas) 34. Além disso, os associados CIMT com um número de fatores de risco cardiovascular clássicos, incluindo o envelhecimento, hipertensão e dislipidemia 35. As alterações nas paredes da artéria carótida são geralmente iniciado por uma redução da biodisponibilidade que promove a inflamação no interior do vaso 36. A artéria carótida comum, artéria carótida interna e carótida pontos de bifurcação pode ser usado para determinar cIMT, como cada local podem igualmente prever eventos cardiovasculares 37.
Neste manuscrito, nós fornecemos metodologia detalhada sobre a avaliação de microvascular função endotelial (LDI com iontoforese), função endotelial grande navio (FMD e GTN) e morfologia vascular (CIMT). A aterosclerose é um processo multi-fase, que começa com a disfunção endotelial e termina com lesões ateroscleróticas focais nas artérias de grande calibre. A justificativa para a escolha das avaliações acima é que eles refletem os diferentes estágios da aterosclerose e ajudar a explicar a natureza heterogênea da vasculatura 38. Além disso, já haviam demonstrado que, em uma população de pacientes com risco aumentado para doenças cardiovasculares, a função endotelial microvascular foi independente da função endotelial grande vaso 39, e avaliações funcionais foram independentes das avaliações estruturais da vasculatura 40. Portanto, a avaliação global da vasculatura pode ajudar a decifrar as diferentes fases da aterosclerose.
Protocol
Representative Results
Discussion
O presente manuscrito detalha a metodologia de várias avaliações distintas da função vascular e a morfologia que podem ser realizadas na vasculatura periférica. Cada avaliação fornece informações sobre os estágios distintos de aterosclerose, e ajudam a caracterizar o perfil vascular de diferentes territórios vasculares.
Temos relatado anteriormente que a função endotelial microvascular é independente da função endotelial navio grande em uma população de pacientes com artrite reumatóide com maior risco de DCV 39. Além disso, a avaliação da função vascular e morfologia também eram independentes entre si no mesmo grupo de pacientes e em pacientes com DCV 40,41. Estes resultados podem ser explicados pela heterogeneidade da função e estrutura de células endoteliais vasculares em diferentes territórios 38, bem como um possível intervalo de tempo para a progressão das alterações funcionais para morfológicaanormalidades no vaso. Um estudo realizado por Hashimoto e colegas 42 revelou que vários participantes com aterosclerose tinha diminuído os valores de febre aftosa, mas valores CIMT normais. Estes achados sugerem que o exame de aterosclerose subclínica, usando uma variedade de métodos é importante para decifrar os efeitos globais da DCV.
A importância da microcirculação na saúde e na doença está ganhando cada vez mais atenção na literatura médica. Os microvasos formar uma área de superfície muito maior do que as grandes embarcações tornando-os alvos importantes para os danos da estímulos prejudiciais 43. Há a hipótese de que microvasos pode ser a fonte primária de mediadores inflamatórios que se infiltram no endotélio dos vasos maiores que levam à formação de lesão 43. Nos diabéticos tipo II, doença microvascular muitas vezes precede a doença grande vaso 44, e em outras populações com risco aumentado de doenças cardiovasculares, tais como artrite Arthritis, as intervenções que reduzam o risco de DCV melhorar microvascular, mas não grande navio, a função endotelial 45,46. Em conjunto, esses resultados sugerem que o exame da função microvascular pode ajudar na compreensão dos complexos mecanismos que iniciam a aterosclerose.
No presente trabalho, a avaliação da função endotelial microvascular foi realizada utilizando LDI com iontoforese de drogas vasoativas. Várias outras avaliações podem ser utilizadas para avaliar a função microvascular, incluindo a CPU e pletismografia de oclusão venosa. No entanto, a anterior avaliação fornece apenas informação sobre a morfologia microvascular, enquanto o último é demorado e, em alguns protocolos invasivos devido à administração de agentes vasoativos intra-braquial 1. Em contraste, a LDI oferece uma abordagem simples, eficiente em termos de tempo para medir a perfusão microvascular de vasos sanguíneos da pele em resposta a agentes vasoativos que são administrados não Invasvamente. A medição do fluxo sanguíneo da pele ganhou ampla aceitação na literatura, devido à sua facilidade de acesso e uma forte correlação com o estabelecido CVD 12. Além disso, a vantagem de LDI sobre outras técnicas, tais como Doppler fluxometria de Doppler por laser, é que ele pode verificar simultaneamente múltiplos pontos em uma dada área e pode, por conseguinte, representam artefactos de movimento celulares e as diferenças espaciais do fluxo sanguíneo cutâneo, ambos dos quais podem afectar o perfusão do navio 47,48.
Apesar das vantagens óbvias de iontoforese, é importante notar que a corrente de vasodilatação induzida (CIV) de iontoforese pode confundir os efeitos dos agentes vasoactivos especialmente no cátodo. A escolha do veículo para a entrega da droga poderia ajudar a reduzir esse efeito, com cloreto de sódio a 0,5% (como o usado no protocolo atual) eficaz para limitar CIV 18. Além disso, o uso de câmaras de maior diâmetro e baixa cur elétricarendas (como o utilizado no protocolo atual) todos os ajudar a reduzir CIV 18. Uso de um local de controle tem sido também recomendado 12. Fatores biológicos e comportamentais também podem afetar a confiabilidade e repetibilidade da técnica. Por exemplo, a variação circadiana e fumo têm sido mostrados para influenciar microvascular função endotelial 49,50. Condições de gravação rigorosas devem ser respeitados, a fim de obter resultados precisos e diretrizes estabelecidas devem ser seguidas ao projetar protocolos 12.
Medição da febre aftosa e dilatação GTN-mediada fornece informação sobre disfunção endotelial nos vasos sanguíneos grandes, e é amplamente utilizado em investigação vascular não invasivo. A técnica de febre aftosa fornece informações substituto em biodisponibilidade e é um marcador de prognóstico útil de eventos cardíacos em diferentes populações clínicas 7-9. No presente trabalho, o protocolo apresentado contas para muitos dos factores quesão necessárias para estimulação adequada de vasodilatação mediada por NO 25. Por exemplo, a braçadeira de oclusão foi colocada distalmente à sonda de ultra-sons e em torno do pulso de 27, a duração da isquemia foi de 5 min 26 e o tempo adequado foi deixada a gravar o diâmetro "verdadeiro" pico seguinte hiperemia reactiva 28. Infelizmente, o protocolo não incluiu a caracterização do perfil de tensão de cisalhamento como o software de detecção de borda automática não permitir a gravação simultânea de diâmetro do vaso e sinal de velocidade de onda de pulso. O cálculo da tensão de cisalhamento é parte integrante de uma medição precisa da febre aftosa 26 e é recomendável que, sempre que possível, os grupos de pesquisa vasculares usar software que permite que tais medições a serem realizadas.
As avaliações da febre aftosa e da dilatação mediada por GTN também são suscetíveis a variações ambientais e biológicas 24, como pequenas alterações no diâmetro vascular podesuscitar grandes respostas FMD / GTN. Por exemplo, os valores típicos de febre aftosa para os participantes saudáveis varia de 5-10% 51, o que corresponde a um 0,25 – 0,5 mm de diâmetro mudança arterial para uma artéria com um diâmetro de 5 mm. Dadas essas pequenas alterações no diâmetro arterial, muita atenção deve ser dada aos fatores técnicos e biológicos que podem influenciar a medição. Com efeito, a febre aftosa pode ser afetada por uma variedade de fatores biológicos e comportamentais, tais como ativação simpática 52, privação de sono de 53 anos, o consumo de cafeína 54, fumando 55, a terapia antioxidante 56 e hora do dia 57. Por conseguinte, é importante controlar estes factores, utilizando informação de orientações estabelecidas 24,25.
Avaliação da aterosclerose subclínica avançada, mas foi feito usando cIMT. A técnica tem sido utilizada em várias populações clínicas e fornece grande detalhe sobre st arterialructure quando comparado com técnicas mais sofisticadas, como a ressonância magnética 34. Tal como acontece com as outras técnicas vasculares, medição de cIMT requer uma análise cuidadosa de fatores técnicos que podem afetar a medição. Geralmente, cIMT deve ser realizado em áreas livres de placa, na parede mais distante da artéria carótida comum. Semelhante a febre aftosa, a medição da cIMT é realizada utilizando a ultra-sonografia de alta resolução e por isso é altamente dependente do usuário. Informou coeficiente de variação (CofV) gama 2,4-18,3% 58, enquanto que para a febre aftosa é 1-84% 59. No entanto, mesmo quando ambas as técnicas são realizadas por ecografistas competentes com factores externos bem controlados, continua a haver uma alta CofV 58,60,61. Uma razão para isso poderia ser que a análise das fronteiras vasculares são realizadas usando os métodos manuais 60,61. Tal análise pode reduzir a confiabilidade como artefatos de imagem, como falsas fronteiras, o barulho do ultrasosinal und, e distorção de vasos pode afetar interpretação da imagem 22.
Desenvolvimentos recentes em software de detecção de borda automatizado contínuo melhoraram muito a detecção de limites da parede vascular 21,22. No presente estudo, software VIA foi utilizado para medir o diâmetro da artéria braquial, enquanto AMS foi usado para detectar cIMT. A utilização destes software reduz muito a dependência do operador, ainda no caso de AMS, um certo grau de controle do operador ainda está disponível nas situações em que a qualidade da imagem pode ser pobre 62. Os laboratórios que usam automatizado software de detecção de borda geralmente tendem a ter baixa CofV 58,63,64, portanto, deve ser o objetivo de todos os laboratórios de pesquisa vasculares incorporar medição automatizada de fronteiras vasculares, a fim de garantir a precisão dos resultados. Também é uma boa prática para relatar os resultados de estudos de reprodutibilidade para protocolos específicos ao publicar os resultados do estudo.
<p class = "jove_content"> Apesar de avaliações da função vascular são rotineiramente utilizados em pesquisa clínica, uma limitação das técnicas é que os valores normativos para LDI com iontoforese e febre aftosa não existem. Por isso, é importante que à idade saudável e grupos de controle pareados por sexo são examinados para comparar os achados com o grupo experimental. Embora essas técnicas associar com mau prognóstico em uma variedade de populações com evidência de CVD 6-9, ainda há uma carência de estudos que examinaram a relação entre a função endotelial pobre e resultados adversos cardiovasculares, como infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral. Outros estudos prospectivos são necessários para responder a estas preocupações. Outra limitação é a utilização de operadores humanos para realizar as avaliações e efectuar a análise. Isto introduz uma fonte potencial de viés; no entanto, este pode ser limitada por cegando o operador com os resultados ou a assegurar que o leitor é diferente do operador. Eleé também importante para garantir que o leitor segue um protocolo normalizado para a análise dos dados, de modo que todos os dados são analisados de forma consistente.Em resumo, o presente manuscrito fornece informações detalhadas sobre os passos metodológicos necessários para realizar com sucesso a apreciação de microvasos e função endotelial embarcação de grande porte, bem como a morfologia vascular da circulação periférica. Quando utilizados em conjunto, as avaliações fornecer informação global sobre os diferentes estágios da aterosclerose. Outros estudos prospectivos que examinam o papel diagnóstico potencial dessas técnicas são garantidos.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr George Balanos for his assistance in the flow-mediated dilatation technique.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Laser Doppler Imager | Moor Instruments, Devon, UK | moorLDI2 | |
| Iontophoresis Controller | Moor Instruments, Devon, UK | MIC2 | |
| Miochol-E 20mg | Novartis UK | Prescribed by physician | Acetylcholine for endothelium-dependent function |
| Nitroprussiat Fides 50mg | Rottapharm Spain | Prescribed by physician | Sodium nitroprusside for endothelium-independent function |
| Doppler Ultrasound | Siemens PLC, Camberley UK | Accuson Antares | |
| Glyceryl Trinitrate 500 mcg | Alpharma, Barnstaple, UK | Prescribed by physician |
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