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.
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.
内皮是脉管的最内衬,并参与血管稳态的通过多种血管活性过程的调节的维持。干扰这些过程可能会使该容器动脉粥样硬化和增加心血管疾病(CVD)1的风险。周内皮功能是早期异常血管壁2的良好指标。此外,外围血管内皮功能的措施已被证明,以反映冠状内皮功能3-5,并因此被视为心血管疾病6-9的良好预测因子。这也许是不足为奇鉴于动脉粥样硬化,现在广泛赞赏是一种全身性疾病10。周边血管内皮功能的评估通常量化容器到特定刺激的血管扩张反应,具有指示内皮的拖拉响应的衰减功能障碍11,并且可以在不同的血管床进行测量。在先进的船舶结构变化评估的特点可以用内膜中层厚度的超声检查。
在微循环,激光多普勒血流仪(LDF)和激光多普勒成像(LDI)与血管扩张激动剂离子导入可以提供微血管灌注12的有用信息。这两种技术测量由散射光产生的多普勒频移由移动红细胞。灌注被表示为血通量,而不是血流量(毫升/分钟),与血液通量反射平均红细胞流速和浓度。血液通量的测定直线与实际的血流13相关联。 LDI的评估提供了相当大的优势超过LDF,因为不像LDF,LDI可以扫描过一个广大的地区从而占异质性皮肤的血流量,增加了该技术的重复性12。
通过血管扩张激动剂乙酰胆碱(ACh)和硝普钠(SNP),它使用的是弱电流14分别评估内皮依赖性和内皮依赖性功能,进入皮肤离子电渗疗法中提供的刺激的LDI中增加血液通量。一旦通过皮肤,胆碱结合到内皮细胞毒蕈碱受体释放的血管扩张剂一氧化氮(NO)。使用的SNP的直接激活平滑肌细胞受体,以允许容器的最大舒张及检验平滑肌完整性15。有对乙酰胆碱介导的扩张是否涉及NO可言,因为乙酰胆碱可刺激非NO途径,如环氧化酶介导的通路12一定的不确定性。然而,我们先前报道说,乙酰胆碱和SNP的反应是在16 CVD的风险增加受损的患者人群和运动干预称为改善没有Bioactivity也提高了使用LDI 17乙酰胆碱介导的血流量。用于输送药剂进入皮肤微血管车辆通常包括氯化钠或去离子水18,19。微血管内皮功能可以用不同的方法,以皮肤血管电导进行量化-磁通通过动脉压除以的产物,在研究中使用,其中血压可能在研究持续时间改变( 即,在运动过程中,或抗高血压治疗)12。另一种常用的定量是计算区域的曲线血液通量或表达从基线的百分比增加通量。需要注意的是,没有建立用于显示数据的指引是非常重要的,但调查人员应该利用的做法,显示良好的重复性。
在大血管,血流介导的扩张(FMD)和甘油,硝酸介导的扩张(GTN)的执行,以驴s内皮依赖性和内皮独立功能分别为20。口蹄疫典型地在肱动脉,其中一个箍用于阻塞动脉血流5分钟;袖带的释放导致通过肱动脉导致容器的剪应力介导的扩张的血流量(反应性充血)的突然增加。执行手动20或使用自动化的边缘检测软件21,22的基线和后袖释放直径由与容器直径的后续评估容器的超声成像定量。使用硝酸甘油的帮助,以确定是否在血管舒张异常是由于损失中的平滑肌细胞的完整性,或NO的受损释放从内皮细胞23。口蹄疫和GTN表示为百分比增加血管直径相对刺激后与基线直径。
FMD的正确评估需要大量的重要的考虑因素,在研究方案24,25。袖口闭塞的持续时间必须仔细定时; 5分钟袖口闭塞足以对NO介导的扩张而较长袖口闭塞导致非NO介导的扩张26。同样地,从周围的超声探头的手腕和远端闭塞袖带放置主要调用NO介导的扩张,而在上臂和近端到探针袖带放置仅部分地刺激编号27。同样重要的是要在最初的60秒以下袖带放气可以通过25低估口蹄疫内测量的峰扩张以下袖带放气在一段延长的时期,随着峰直径的测量- 40%28。事实上,一个周期为180秒的很可能是足够的捕获真峰直径,与发生的第一120秒28内最峰值。
刺激的FMD涉及S中的生产剪切应力,从而激活特定的内皮受体释放NO 29。但是,剪切应力也可以激活其他几个血管活性因子(其中有一些可能引起血管收缩)30,使得它必须使诱发剪切应力刺激反映血管舒张从编号为通路26。同样重要的是考虑到口蹄疫期间的剪切应力的刺激,以剪切速率(速度/直径),其作为剪切应力的适当措施的计算,但不一定反映峰值流量31。近期生理的建议表明,剪切应力剖面应始终被定性时,超声系统允许脉搏波传导速度和积极的B模式成像的双工模式25同时测量。
使用B型超声的颈动脉评估可以提供对颈动脉内膜中层厚度(CIMT)的信息,并且是第一个describ编于1986年Pignoli和他的同事32。的cIMT的评估反映增殖的平滑肌细胞进入血管的内膜,是临床事件的早期动脉粥样硬化33一个有用的预测。颈动脉超声通常可以预测动脉结构比同类技术(如磁共振成像或放射学评估)34更好。此外,相关联的cIMT与一些传统的CVD危险因素,包括衰老,高血压,和血脂异常35。改变颈动脉的壁通常是由在NO的生物利用度的降低而促进了容器36内的炎症引发。颈总动脉,颈内动脉和颈动脉分叉点可以用来确定的cIMT,因为每个站点可以类似预测心血管事件37。
在本手稿中,我们提供了详细的方法对microvascula评估ř内皮功能(LDI与离子导入),大血管内皮功能(FMD和GTN)和血管形态(CIMT)。动脉粥样硬化是一种多级方法,该方法开始于血管内皮功能障碍和局灶性粥样硬化病变中的大动脉结束。对于选择上述评估的理由是,它们反映动脉粥样硬化的不同阶段,有利于占血管38的异质性。此外,我们以前曾表明,患者在心血管疾病的风险增加了人口,微血管内皮功能是独立于大血管内皮功能39,和功能评估,从血管40的结构的评估是独立的。因此,该脉管的全球评估可以帮助破译动脉粥样硬化的不同阶段。
本手稿详细的血管功能和形态可在所述外周脉管进行若干不同的评估的方法。每个评估提供了动脉粥样硬化的不同阶段的信息,并帮助表征不同的血管领土血管轮廓。
我们以前曾报道,微血管内皮功能是独立于大血管内皮功能的类风湿关节炎患者的CVD 39的增加的风险的群体。此外,血管功能和形态的评估也彼此独立,在同一组的患者和患者的心血管疾病40,41。这些发现可通过功能细胞和内皮细胞在不同脉管地域38的结构的异质性,以及可能的时间滞后的功能改变到形态学进展进行说明异常的容器中。一项研究太郎和他的同事42发现,一些与会者与动脉粥样硬化已经下降FMD值,但正常的cIMT值。这些研究结果表明亚临床动脉粥样硬化的使用各种方法,这些方法检查是很重要的,以破译心血管疾病的全球影响。
在健康和疾病的微血管的重要性正在获得越来越多的关注,在医学文献。微血管形成大得多的表面积大于大血管使其显著目标从有害刺激43的损坏。据推测,微血管可能是炎症介质而渗透的,导致损伤形成43的较大血管的内皮细胞的主要来源。在II型糖尿病患者,微血管病变常常先于大血管病变44,以及在其它人群风险增加的心血管疾病,如类风湿arthriTIS,干预措施,降低心血管疾病的风险提高微血管,但不是大血管,血管内皮功能45,46。总的来说,这些研究结果表明,检查微血管功能可以理解这引发动脉粥样硬化的复杂机制帮助。
在目前的工作中,利用LDI与血管活性药物离子导入进行微血管内皮功能的评估。其他几个评估可以用来评估微血管功能,包括甲襞capillaroscopy和静脉闭塞体积描记法。然而,前者的评估提供了关于仅仅微血管形态学信息,而后者则是费时,在由于帧内肱血管活性剂1施用某些协议侵入。与此相反,LDI提供了一种简单,时间效率的方式来测量响应于血管活性剂的皮肤血管微血管灌注其中施用非invas结构延续。皮肤血流量的测定已获得广泛接受的文献,因为它易于访问性和很强的相关性与既定的CVD 12。此外,LDI超过诸如激光多普勒血流仪其他多普勒技术的优点是,它能够同时在一个给定的区域进行扫描的多个点,因此,可占细胞运动伪影和皮肤血液流动的空间差异,这两者可影响灌注容器47,48的。
尽管离子电渗疗法的明显的优势,值得注意的是,当前的诱导血管舒张(CⅣ)从离子电渗疗法可能混淆特别是在阴极的血管活性药物的作用是重要的。车辆的用于药物递送的选择可有助于减少这种影响,用0.5%的氯化钠(如用在当前协议)有效地限制CIV 18。此外,使用大直径腔和低电CUR租金(在当前协议使用的)都有助于减少CIV 18。使用一个控制场地也已建议12。生物和行为因素也可影响该技术的可靠性和可重复性。例如,昼夜变化和吸烟已经显示影响微血管内皮功能49,50。严格的录音条件必须遵守,才能获得准确的结果和设计方案12时制定的准则应遵循。
口蹄疫和硝酸甘油介导的扩张的测量提供了关于在大血管内皮功能障碍的信息,并且被广泛应用于非侵入性血管研究。口蹄疫技术提供了对NO的生物利用度的替代信息,并在不同的临床人群7-9心脏事件的有用的预后标志物。在目前的工作中,协议提出占很多的因素是必要的一氧化氮介导的血管舒张25足够的刺激。例如,所述封堵袖带置于远侧的超声探头和周围的手腕27,局部缺血的持续时间为5分钟,26和足够的时间使以下反应性充血28记录“真”峰直径。不幸的是,该协议不包括剪切应力分布的表征作为自动边缘检测软件没有允许同时记录血管直径和脉搏波传导速度的信号。剪应力的计算是不可或缺的口蹄疫26的精确测量,我们建议,在可能情况下,血管研究团体使用的软件,其允许进行这样的测量。
口蹄疫和硝酸甘油介导的扩张的评估也容易受到环境和生物变化24,如在血管直径的微小变化能引起大的FMD / GTN的反应。例如,典型的口蹄疫值健康参与者的范围从5-10%51,其对应于0.25 -在动脉0.5mm直径变化为具有直径为5mm的动脉。鉴于这样的小改动动脉管径,必须小心注意支付给技术和生物因素,可能会影响测量。的确,口蹄疫可受多种生物学和行为因素如交感神经激活52,剥夺睡眠53,咖啡因消耗54,吸烟55,抗氧化治疗56和57天的时间。因此,重要的是控制这些因素通过从确定的准则24,25利用信息。
做用的cIMT先进的,但亚临床动脉粥样硬化的评估。该技术已应用在多个临床人群,提供非常详细的动脉ST相比,如磁共振成像34更复杂的技术ructure。与其它血管技术的cIMT的测量需要仔细考虑其可以影响测量的技术因素。通常,的cIMT应在无斑块区域中进行,在远壁的颈总动脉。类似口蹄疫,的cIMT的测量使用来执行高分辨率超声等是深得用户依赖。报道的变化(CofV)的范围从2.4系数- 18.3%58,而对于口蹄疫是1 – 84%,59。然而,即使当这两种技术都受到主管的ultrasonographers与良好控制的外部因素进行的,但是仍然高CofV 58,60,61。一个原因可能是,血管边界的分析,进行了使用手工方法60,61。这种分析可以降低可靠性成像的文物,如虚假的边界,从ultraso噪音UND信号,和血管扭曲会影响图像22解释。
连续自动边缘检测软件的最新发展,极大地改善了血管壁的边界21,22的检测。在本研究中,通过软件来测量肱动脉的直径,而AMS被用于检测的cIMT。使用这些软件的大大减少操作员的依赖性,但在AMS的情况下,一定程度的操作员控制的是在的情况下仍然可用,其中的图像质量可能很差62。其中使用自动的边缘检测软件实验室通常倾向于具有低CofV 58,63,64,因此应该是所有血管研究实验室的目标是要将血管边界的自动测量,以确保结果的准确性。这也是很好的做法发表研究成果时,报告重复性研究具体协议的结果。
<p c姑娘=“jove_content”>虽然血管功能的评估在临床研究通常用于,的技术的一个限制是,用离子电渗疗法和口蹄疫为LDI规范值不存在。因此,重要的是健康的年龄和性别匹配的对照组进行检查,以与实验组对比发现。尽管这些技术中的预后不良相关联的各种人群有CVD 6-9的证据,还有的已审查穷内皮功能及心血管不良结果之间的关系,诸如心肌梗塞和中风的研究缺乏。进一步的前瞻性研究来解决这些问题。另一个限制是利用人工操作来进行评估,并进行分析。这引入偏见的潜在来源;然而,这可以通过致盲操作的结果或确保读者从操作不同的限制。它同样重要的是,以确保读者遵循标准化协议进行数据分析,以使所有的数据一致地进行分析。综上所述,本手稿提供必要成功执行微血管和大血管内皮功能的评估以及外周循环的血管形态的方法步骤的详细信息。一起使用时,评估提供动脉粥样硬化的不同阶段的全球信息。进一步的前瞻性研究探讨这些技术的潜在的诊断作用是必要的。
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr George Balanos for his assistance in the flow-mediated dilatation technique.
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 |