Une approche méthodologique pour les évaluations non invasifs de la fonction vasculaire et de morphologie
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
L'endothélium est la doublure intérieure de la vascularisation et est impliqué dans le maintien de l'homéostasie vasculaire via la régulation d'une multitude de processus vaso-actives. Perturbation de ces processus peut prédisposer le navire à l'athérosclérose et augmenter le risque de maladie cardiovasculaire (MCV) 1. La fonction endothéliale périphérique est un bon indicateur de début des anomalies dans la paroi vasculaire 2. En outre, il a été démontré mesures de la fonction endothéliale périphérique pour refléter la fonction endothéliale coronarienne 3-5, et à ce titre sont considérés comme de bons indicateurs de la maladie cardiovasculaire 6-9. Ce est peut-être pas surprenant étant donné que l'athérosclérose est maintenant largement apprécié comme un trouble systémique 10. Les évaluations de la fonction endothéliale périphérique généralement quantifier la réponse vasodilatatrice de la cuve à un stimulus spécifique, avec une atténuation de la réponse dilatoire indicatif de l'endothélium11 dysfonctionnement, et peut être mesurée de différentes lits vasculaires. Les évaluations des changements structurels avancés dans la cuve peuvent être caractérisées par un examen échographique de l'épaisseur intima-média.
Dans la microcirculation, laser Doppler débitmétrie (LDF) et de l'imagerie laser Doppler (LDI) avec iontophorèse d'agonistes vasodilatateurs peuvent fournir des informations utiles sur la perfusion microvasculaire 12. Les deux techniques de mesurer le décalage Doppler créé par la lumière diffusée par le déplacement des globules rouges. La perfusion est représenté par le flux de sang plutôt que le flux sanguin (ml / min), avec le flux de sang qui reflète la vitesse de globules rouges et de la concentration moyenne. La mesure du flux sanguin est associée linéairement avec le débit sanguin effectif 13. L'évaluation de LDI offre des avantages considérables par rapport LDF, parce que, contrairement LDF, LDI peut numériser sur une vaste zone représentant ainsi l'hétérogénéité du débit sanguin de la peau et en augmentant la reproductibilité de la technique12.
Le stimulus pour augmenter le flux sanguin au cours de LDI sont fournies par iontophorèse d'agonistes vasodilatateurs acétylcholine (ACh) et le nitroprussiate de sodium (SNP), qui évalue la fonction dépendante de l'endothélium et l'endothélium indépendante respectivement, dans la peau à l'aide d'un faible courant électrique 14. Une fois à travers la peau, l'acétylcholine se lie à des récepteurs muscariniques cellules endothéliales libérant de l'oxyde nitrique vasodilatateur (NO). L'utilisation de SNP active directement les récepteurs de cellules musculaires lisses pour permettre une vasodilatation maximale de la cuve et l'examen de l'intégrité des 15 muscles lisses. Il ya une certaine incertitude à savoir si la dilatation ACh médiation ne implique pas du tout, comme l'acétylcholine peut stimuler non pas de voies telles que les voies de la cyclooxygénase-médiation 12. Néanmoins, nous avons précédemment rapporté que les réponses ACh et SNP sont altérées chez des populations de patients à risque accru de maladie cardiovasculaire 16 et que des interventions d'exercice connu pour améliorer NON bioactivity aussi améliorer le flux sanguin ACh médiée utilisant LDI 17. Le véhicule pour transporter les agents dans les microvaisseaux cutanés comprennent souvent du chlorure de sodium ou de l'eau désionisée 18,19. La fonction endothéliale microvasculaire peut être quantifiée en utilisant des approches différentes, avec la conductance vasculaire cutanée – un produit de flux divisé par la pression artérielle, utilisés dans les études où la pression artérielle peut changer au cours de la durée de l'étude (ce est à dire, pendant l'exercice ou traitement anti-hypertenseur) 12. Un autre quantification couramment utilisée consiste à calculer l'aire sous la courbe pour le flux de sang ou exprimer le pourcentage d'augmentation du flux de référence. Il est important de noter qu'il n'y a pas de lignes directrices établies pour la présentation des données, mais les enquêteurs devrait utiliser une approche qui montre une bonne reproductibilité.
Dans les grands navires, la dilatation médiée par le flux (FMD) et de glycérol-trinitrate dilatation médiée (GTN) sont effectuées pour des âness endothélium-dépendante et la fonction indépendante de l'endothélium, respectivement 20. FA est habituellement mise en oeuvre dans l'artère brachiale où un manchon est utilisé pour occlure le flux sanguin artériel pendant 5 min; libération de la manchette provoque une augmentation soudaine du débit sanguin (hyperémie réactive) à travers l'artère brachiale résultante en cisaillement-contrainte de dilatation médiée par le navire. Le niveau de référence et le diamètre de sortie post-brassard sont quantifiés par imagerie par ultrasons de la cuve avec les évaluations ultérieures du diamètre du vaisseau 20 effectuée manuellement ou en utilisant un logiciel de détection de bord automatique 21,22. L'utilisation de GTN permet de déterminer si des anomalies de la vasodilatation sont dues à une perte d'intégrité des cellules de muscle lisse, ou compromis libération de NO à partir des 23 cellules endotheliales. La fièvre aphteuse et GTN sont exprimés en pourcentage d'augmentation de post-stimulus diamètre du vaisseau par rapport au diamètre de base.
L'évaluation correcte de la fièvre aphteuse nécessite un certain nombre dedes considérations importantes dans le 24,25 de protocole de l'étude. La durée de l'occlusion brassard doit être soigneusement chronométré; 5 min d'occlusion brassard est suffisante pour la dilatation NO-médiation alors que les résultats d'occlusion plus de boutons de manchette en non-NO médiation dilatation 26. De même, le placement de l'occlusion manchette autour du poignet et distale de la sonde à ultrasons invoque principalement à médiation par NO dilatation, alors que le placement brassard sur le bras supérieur et proximale de la sonde stimule seulement partiellement NO 27. Il est également important de mesurer la dilatation pic suivant dégonflement du brassard pendant une période prolongée de temps, comme mesure du diamètre maximum dans les 60 premières secondes suivant la déflation brassard peut sous-estimer la fièvre aphteuse par 25-40% 28. En effet, une période de 180 secondes est susceptible d'être suffisante pour capturer véritable diamètre de crête, avec la plupart des valeurs de crête se produisant dans la première 120 28 sec.
Le stimulus pour la fièvre aphteuse impliques la production de la contrainte de cisaillement, qui active les récepteurs spécifiques de l'endothélium pour libérer NO 29. Cependant, le stress de cisaillement peut également activer plusieurs autres facteurs vasoactifs (dont certaines peuvent provoquer une vasoconstriction) 30, ce qui en fait essentiel que la contrainte de cisaillement relance évoqué reflète vasodilatation des pas de voies 26. Il est également important de tenir compte de la relance cisaillement de stress au cours de la fièvre aphteuse, avec calcul du taux de cisaillement (vitesse / diamètre) servant une mesure adéquate de la contrainte de cisaillement, mais ne reflètent pas nécessairement débit de pointe 31. Recommandations physiologiques récentes suggèrent que le profil de contrainte de cisaillement doit toujours être caractérisé lorsque les systèmes à ultrasons permettent la mesure simultanée de la vitesse de l'onde de pouls et l'imagerie B-mode actif en mode duplex 25.
Évaluation des artères carotides utilisant échographie en mode B peut fournir des informations sur la carotide épaisseur intima-média (cIMT), et a été le premier described en 1986 par Pignoli et ses collègues 32. Évaluation de cIMT reflète la prolifération des cellules musculaires lisses dans l'intima du vaisseau et est un prédicteur utile d'événements cliniques au début de l'athérosclérose 33. Échographie carotidienne peut souvent prédire la structure artérielle mieux que des techniques similaires (telles que l'imagerie par résonance magnétique ou des évaluations radiographiques) 34. En outre, les collaborateurs CIMT avec un certain nombre de facteurs de risque de MCV classiques, notamment le vieillissement, l'hypertension et la dyslipidémie 35. Les modifications apportées aux parois de l'artère carotide sont généralement initiés par une réduction de la biodisponibilité du NO qui favorise l'inflammation à l'intérieur de la cuve 36. Les points de bifurcation artère carotide commune, carotide interne et la carotide peuvent être utilisés pour déterminer cIMT, que chaque site peut de même prévoir des événements cardiovasculaires 37.
Dans le présent manuscrit, nous fournissons méthodologie détaillée sur l'évaluation des microvasculafonction r endothéliale (LDI avec iontophorèse), un grand navire fonction endothéliale (fièvre aphteuse et GTN) et la morphologie vasculaire (cIMT). L'athérosclérose est un processus en plusieurs étapes qui commence par une dysfonction endothéliale et se termine par les lésions athérosclérotiques focaux dans les grosses artères. La raison pour choisir les évaluations ci-dessus, ce est qu'ils reflètent les différents stades de l'athérosclérose et aident à tenir compte de la nature hétérogène de la vascularisation 38. En outre, nous avons déjà montré que, dans une population de patients à risque accru de maladie cardiovasculaire, la fonction endothéliale microvasculaire était indépendant de grand navire fonction endothéliale 39, et les évaluations fonctionnelles étaient indépendants des évaluations structurelles du système vasculaire 40. Par conséquent, les évaluations globales du système vasculaire peuvent aider à déchiffrer les différentes étapes de l'athérosclérose.
Protocol
Representative Results
Discussion
La présente manuscrit en détail la méthode de plusieurs évaluations distinctes de la fonction vasculaire et de morphologie qui peuvent être exécutées dans le système vasculaire périphérique. Chaque évaluation fournit des informations sur les différentes étapes de l'athérosclérose, et aider à caractériser le profil vasculaire de différents territoires vasculaires.
Nous avons précédemment rapporté que la fonction endothéliale microvasculaire est indépendant de grande fonction endothéliale navire dans une population de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde à un risque accru de maladies cardiovasculaires 39. En outre, les évaluations de la fonction vasculaire et la morphologie sont aussi indépendantes l'une de l'autre dans le même groupe de patients et chez les patients atteints de MCV 40,41. Ces résultats peuvent se expliquer par l'hétérogénéité de la fonction et la structure des cellules endothéliales dans différents territoires vasculaires 38, ainsi que d'un décalage dans le temps possible pour la progression des altérations fonctionnelles à morphologiqueDes anomalies dans la cuve. Une étude menée par Hashimoto et ses collègues 42 a révélé que plusieurs participants avec l'athérosclérose avaient diminué les valeurs de la fièvre aphteuse mais des valeurs normales CIMT. Ces résultats suggèrent que l'examen de l'athérosclérose subclinique en utilisant une variété de méthodes est important de déchiffrer les effets globaux de CVD.
L'importance de la microvascularisation dans la santé et la maladie gagne une attention croissante dans la littérature médicale. Les microvaisseaux forment une surface beaucoup plus grande que les grands navires qui les rend cibles importantes pour les dommages causés par les stimuli nuisibles 43. Il a été émis l'hypothèse que les microvaisseaux pourraient être la principale source de médiateurs inflammatoires qui infiltrent l'endothélium des gros navires conduisant à la formation de la lésion 43. Chez les diabétiques de type II, une maladie microvasculaire précède souvent grande maladie des vaisseaux 44, et dans d'autres populations présentant un risque accru de maladies cardiovasculaires telles que la polyarthrite Arthritis, les interventions qui réduisent le risque de maladies cardiovasculaires améliorer microvasculaire, mais pas grand navire, la fonction endothéliale 45,46. Collectivement, ces résultats suggèrent que l'examen de la fonction microvasculaire peut aider à comprendre les mécanismes complexes qui déclenchent l'athérosclérose.
Dans le présent travail, évaluation de la fonction endothéliale microvasculaire a été réalisée en utilisant LDI avec iontophorèse d'agents vasoactifs. Plusieurs autres évaluations peuvent être utilisés pour évaluer la fonction microvasculaire y compris capillaroscopie périunguéale et occlusion veineuse pléthysmographie. Cependant, l'ancienne évaluation fournit des informations sur la morphologie microvasculaire seulement, alors que celui-ci est long et, dans certains protocoles envahissantes en raison de l'administration d'agents vasoactifs intra-brachial 1. En revanche, LDI offre une approche simple, temps efficace pour mesurer la perfusion microvasculaire des vaisseaux sanguins de la peau en réponse à des agents vasoactifs qui sont administrés non-invasvement. La mesure de la circulation sanguine de la peau a gagné l'acceptation répandue dans la littérature en raison de sa facilité d'accès et la forte corrélation avec établies CVD 12. En outre, l'avantage de LDI par rapport aux autres techniques Doppler tels que laser Doppler débitmétrie, est qu'il peut simultanément numériser plusieurs points dans une zone donnée et peut donc tenir compte des artefacts de mouvement cellulaires et les différences spatiales de la circulation sanguine de la peau, qui peuvent tous deux affecter la perfusion de la cuve 47,48.
Malgré les avantages évidents de l'iontophorèse, il est important de noter que la vasodilatation induite courant (CIV) de iontophorèse peut confondre les effets des agents vasoactifs particulièrement à la cathode. Le choix du véhicule pour la livraison de la drogue pourrait aider à réduire cet effet, avec du chlorure de sodium à 0,5% (comme dans le protocole actuel) efficace pour limiter CIV 18. En outre, l'utilisation de chambres de plus grand diamètre et une faible actu électriqueloyers (tel qu'il est utilisé dans le protocole actuel) tous aident à réduire CIV 18. Utilisation d'un site de contrôle a également été recommandé 12. Facteurs biologiques et comportementaux peuvent également affecter la fiabilité et la répétabilité de la technique. Par exemple, une variation circadienne et le tabagisme ont été montré à influer sur la fonction endothéliale microvasculaire 49,50. Conditions d'enregistrement strictes doivent être respectées afin d'obtenir des résultats précis et des lignes directrices établies doivent être suivies lors de la conception des protocoles 12.
Mesure de la fièvre aphteuse et la dilatation médiée par GTN fournit des informations sur la dysfonction endothéliale dans les gros vaisseaux sanguins, et est largement utilisé dans la recherche vasculaire non-invasive. La technique de la fièvre aphteuse fournit des informations de substitution sur la biodisponibilité du NO et est un marqueur pronostique utile d'événements cardiaques dans différentes populations cliniques 7-9. Dans le présent travail, le protocole présenté les comptes pour la plupart des facteurs quisont nécessaires pour une stimulation adéquate de NO médiée vasodilatation 25. Par exemple, le ballonnet d'occlusion est placé en aval de la sonde à ultrasons autour du poignet et 27, la durée d'ischémie est de 5 min et 26 on a laissé suffisamment de temps pour enregistrer le diamètre "vrai" de crête suivant l'hyperémie réactive 28. Malheureusement, le protocole ne comprenait la caractérisation du profil de contrainte de cisaillement que le logiciel de détection automatique de bord n'a pas permis à l'enregistrement simultané du diamètre du vaisseau et le signal de vitesse de l'onde de pouls. Le calcul de la contrainte de cisaillement est partie intégrante de la mesure précise de la fièvre aphteuse 26 et nous a recommandé que, où des groupes de recherche possibles, vasculaires utilisent un logiciel qui permet de telles mesures soient effectuées.
Les évaluations de la fièvre aphteuse et la dilatation de GTN-médiation sont également sensibles aux variations environnementales et biologiques 24, que de petits changements de diamètre vasculaire peutsusciter de grandes réponses fièvre aphteuse / GTN. Par exemple, les valeurs typiques de la fièvre aphteuse pour les participants sains varie de 5 à 10% 51, ce qui correspond à 0,25 – 0,5 mm de changement de diamètre artériel pour une artère d'un diamètre de 5 mm. Compte tenu de ces petits changements au diamètre artériel, une attention particulière doit être accordée aux facteurs techniques et biologiques qui peuvent influencer la mesure. En effet, la fièvre aphteuse peut être affectée par une variété de facteurs biologiques et comportementaux tels que l'activation sympathique 52, la privation de sommeil 53, la consommation de caféine 54, 55 fumeurs, thérapie antioxydante 56 et moment de la journée 57. En conséquence, il est important de contrôler ces facteurs en utilisant des informations à partir de 24,25 lignes directrices établies.
Évaluation de l'athérosclérose subclinique avancé, mais a été fait en utilisant cIMT. La technique a été utilisée dans plusieurs populations cliniques et fournit beaucoup de détails sur St artérielleructure par rapport à des techniques plus sophistiquées telles que l'imagerie par résonance magnétique 34. Comme pour les autres techniques vasculaires, la mesure de cIMT nécessite un examen attentif des facteurs techniques qui peuvent affecter la mesure. Généralement, cIMT doit être effectuée dans les zones libres de la plaque, dans le mur du fond de l'artère carotide commune. Similaires à la fièvre aphteuse, la mesure de CIMT est effectuée en utilisant l'échographie haute résolution et est donc très dépendant utilisateur. Rapporté coefficient de variation (CofV) gamme de 2,4 à 18,3% 58, tandis que pour la fièvre aphteuse, il est de 1 à 84% 59. Toutefois, même lorsque les deux techniques sont réalisées par les échographistes compétentes avec des facteurs externes bien contrôlée, il reste un CofV 58,60,61 élevé. Une raison à cela pourrait être que l'analyse des frontières vasculaires sont effectuées en utilisant des méthodes manuelles 60,61. Une telle analyse peut réduire la fiabilité comme des artefacts d'imagerie telles que les fausses frontières, le bruit de la ultrasound signaux, et la distorsion des navires peuvent affecter l'interprétation de l'image 22.
Les développements récents dans le logiciel continue bord détection automatisée ont grandement amélioré la détection des limites vasculaires murales 21,22. Dans la présente étude, les logiciels VIA a été utilisé pour mesurer le diamètre de l'artère brachiale la, tandis que AMS a été utilisé pour détecter cIMT. L'utilisation de ces logiciels permet de réduire considérablement la dépendance de l'opérateur, mais dans le cas d'AMS, un certain degré de contrôle de l'opérateur est toujours disponible dans les situations où la qualité de l'image peut être médiocre 62. Les laboratoires qui utilisent un logiciel automatisé de détection de bord ont généralement tendance à avoir une faible CofV 58,63,64, il devrait donc être l'objectif de tous les laboratoires de recherche vasculaires d'intégrer la mesure automatisé des frontières vasculaires afin d'assurer l'exactitude des résultats. Ce est aussi une bonne pratique de communiquer les résultats des études de reproductibilité pour les protocoles spécifiques lors de la publication des résultats de l'étude.
<p class = "jove_content"> Bien que les évaluations de la fonction vasculaire sont couramment utilisés dans la recherche clinique, une limitation des techniques est que les valeurs normatives pour LDI avec iontophorèse et la fièvre aphteuse ne existent pas. Il est donc important que l'âge en bonne santé et les groupes de contrôle sexe appariés sont examinées afin de comparer les résultats avec le groupe expérimental. Même si ces techniques associent à un mauvais pronostic dans une variété de populations présentant des signes de maladie cardiovasculaire 6-9, il ya encore un manque d'études qui ont examiné la relation entre la fonction endothéliale pauvres et les résultats indésirables cardiovasculaires tels que l'infarctus du myocarde et accident vasculaire cérébral. D'autres études prospectives sont nécessaires pour répondre à ces préoccupations. Une autre limitation est l'utilisation d'opérateurs humains pour effectuer les évaluations et effectuer l'analyse. Cela introduit une source potentielle de biais; cependant, cela peut être limitée par l'opérateur aveuglant les résultats ou faire en sorte que le lecteur est différent de l'opérateur. Ilest également important de se assurer que le lecteur suit un protocole normalisé pour l'analyse des données, de sorte que toutes les données sont analysées régulièrement.En résumé, le présent manuscrit fournit des informations détaillées sur les étapes méthodologiques nécessaires pour effectuer avec succès les évaluations de microvaisseaux et la fonction endothéliale grands navires ainsi que la morphologie vasculaire de la circulation périphérique. Lorsqu'ils sont utilisés ensemble, les évaluations fournissent des informations globales sur les différentes étapes de l'athérosclérose. D'autres études prospectives examinant le rôle de diagnostic potentiel de ces techniques sont garantis.
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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