Un enfoque metodológico para las evaluaciones no invasivas de la función vascular y Morfología
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
El endotelio es la capa más interna de la vasculatura y está implicado en el mantenimiento de la homeostasis vascular a través de la regulación de una multitud de procesos vasoactivos. La interrupción de estos procesos puede predisponer a la embarcación a la aterosclerosis y aumentar el riesgo de enfermedad cardiovascular (ECV) 1. La función endotelial periférica es un buen indicador de anomalías tempranas en la pared vascular 2. Además, se ha demostrado que las medidas de función endotelial periférica para reflejar la función endotelial coronaria 3-5, y como tal son considerados como buenos predictores de enfermedad cardiovascular 6-9. Este es quizás sorprendente dado que la aterosclerosis es ahora ampliamente apreciado que es un trastorno sistémico 10. Las evaluaciones de la función endotelial periférica suele cuantificar la respuesta vasodilatadora del buque a un estímulo específico, con una atenuación de la respuesta dilatoria indicativo de endotelialdisfunción 11, y se puede medir en diferentes lechos vasculares. Las evaluaciones de los cambios estructurales avanzadas en el recipiente se pueden caracterizar por examen ecográfico del grosor íntima-media.
En la microcirculación, la flujometría láser Doppler (LDF) y Doppler láser (LDI) con iontoforesis de agonistas vasodilatadores pueden proporcionar información útil sobre la perfusión microvascular 12. Ambas técnicas miden el desplazamiento Doppler creado por la luz dispersada se mueva células rojas de la sangre. La perfusión se representa como flujo de sangre en lugar de flujo sanguíneo (ml / min), con flujo de sangre que refleja la velocidad de glóbulos rojos y la concentración media. Medición de flujo de sangre está linealmente relacionado con el flujo de sangre real 13. La evaluación de LDI ofrece ventajas considerables sobre LDF, porque a diferencia de LDF, LDI puede escanear a través de una vasta área lo que explica la heterogeneidad en el flujo sanguíneo de la piel y aumentar la reproducibilidad de la técnica12.
El estímulo para aumentar el flujo de sangre durante LDI se proporcionan por iontoforesis de agonistas vasodilatadores acetilcolina (ACh) y nitroprusiato de sodio (SNP), que evaluar la función dependiente del endotelio y la independiente del endotelio, respectivamente, en la piel usando una débil corriente eléctrica 14. Una vez a través de la piel, la ACh se une a las células endoteliales de los receptores muscarínicos que liberan vasodilatador óxido nítrico (NO). El uso de SNP activa directamente los receptores de células musculares lisas para permitir la máxima vasodilatación de la embarcación y el examen de la integridad del músculo liso 15. Existe cierta incertidumbre sobre si la dilatación mediada por ACh no implica en absoluto, como ACh puede estimular vías no hay tales como vías ciclooxigenasa-mediada 12. Sin embargo, hemos informado anteriormente de que las respuestas de ACh y SNP se vean afectados en poblaciones de pacientes con mayor riesgo de ECV 16 y que las intervenciones de ejercicios conocidos para mejorar NO bioactivity también mejorar mediada por ACh flujo de sangre usando LDI 17. El vehículo para el transporte de los agentes en los microvasos de la piel a menudo incluyen cloruro de sodio o agua desionizada 18,19. La función endotelial microvascular puede cuantificarse utilizando diferentes enfoques, con la conductancia vascular cutánea – un producto de flujo dividido por la presión arterial, que se utilizan en los estudios donde la presión arterial puede cambiar con la duración del estudio (es decir, durante el ejercicio o tratamiento antihipertensivo) 12. Otra cuantificación comúnmente utilizado es calcular el área bajo la curva para el flujo de sangre o expresar el porcentaje de aumento en el flujo de la línea de base. Es importante señalar que no hay pautas establecidas para la presentación de datos, pero los investigadores deben utilizar un enfoque que muestra una buena reproducibilidad.
En los grandes vasos, se llevan a cabo la dilatación mediada por flujo (FMD) y gliceril trinitrato dilatación mediada (GTN) para asnoss dependiente del endotelio y la función independiente del endotelio, respectivamente 20. La fiebre aftosa se lleva a cabo típicamente en la arteria braquial, donde se utiliza un manguito para ocluir el flujo de sangre arterial durante 5 min; liberación del manguito provoca un aumento repentino en el flujo sanguíneo (hiperemia reactiva) a través de la arteria braquial resultando en esfuerzo cortante dilatación mediada de la embarcación. La línea de base y el diámetro de liberación post-manguito se cuantifican mediante la ecografía de la embarcación con las evaluaciones posteriores del diámetro del vaso realiza manualmente 20 o el uso de software de detección automática de bordes 21,22. El uso de GTN ayuda a determinar si las anormalidades en la vasodilatación son debido a una pérdida en la integridad de las células del músculo liso, o con problemas de liberación de NO a partir de las células endoteliales 23. La fiebre aftosa y GTN se expresan como el porcentaje de incremento en la post-estímulo diámetro del vaso con respecto al diámetro de línea base.
La evaluación correcta de la fiebre aftosa requiere un número deconsideraciones importantes en el 24,25 protocolo de estudio. La duración de la oclusión del manguito debe ser cuidadosamente timed; 5 min de la oclusión del manguito es suficiente para la dilatación mediada por NO mientras manguito de los resultados más oclusión en la no-NO mediadas dilatación 26. Del mismo modo, la colocación del manguito de oclusión alrededor de la muñeca y distal de la sonda de ultrasonido invoca predominantemente NO mediada por la dilatación, mientras que la colocación del manguito sobre la parte superior del brazo y proximal a la sonda estimula sólo parcialmente NO 27. También es importante medir la dilatación máximo después de la deflación del manguito durante un período prolongado de tiempo, ya que la medición del diámetro de pico en los primeros 60 segundos después de la deflación del manguito se puede subestimar la fiebre aftosa por 25 – 40% 28. De hecho, un período de 180 seg es probable que sea suficiente en la captura de cierto diámetro máximo, con la mayoría de los valores de pico que ocurre dentro de los primeros 120 seg 28.
El estímulo para la fiebre aftosa implicas la producción de tensión de corte, que activa los receptores endoteliales específicos para liberar NO 29. Sin embargo, la tensión de cizallamiento también puede activar varios otros factores vasoactivos (algunos de los cuales pueden causar vasoconstricción) 30, por lo que es esencial que el estímulo esfuerzo de corte evocado refleja vasodilatación del NO vías 26. También es importante tener en cuenta el estímulo tensión de cizallamiento durante la fiebre aftosa, con cálculo de la velocidad de cizallamiento (velocidad / diámetro) que sirve como una medida adecuada de la tensión de cizallamiento, pero no necesariamente refleja el flujo máximo 31. Recomendaciones fisiológicos recientes sugieren que el perfil de tensión de corte siempre debe ser caracterizado en que los sistemas de ultrasonido permiten la medición simultánea de la velocidad de la onda de pulso y de imagen en modo B activa en modo dúplex 25.
Evaluación de las arterias carótidas mediante ecografía en modo B puede proporcionar información sobre el grosor íntima-media (CIMT), y fue el primer described en 1986 por Pignoli y colegas 32. Evaluación de cIMT refleja la proliferación de células musculares lisas en la íntima del vaso y es un predictor útil de eventos clínicos en los principios de la aterosclerosis 33. La ecografía carotídea menudo puede predecir la estructura arterial mejor que técnicas similares (como la resonancia magnética o evaluaciones radiográficas) 34. Además, los asociados CIMT con una serie de factores de riesgo de ECV clásicos como el envejecimiento, la hipertensión y la dislipemia 35. Cambios en las paredes de la arteria carótida se iniciaron por lo general por una reducción en la biodisponibilidad de NO que promueve la inflamación dentro del recipiente 36. Los puntos de bifurcación de la arteria carótida común, la arteria carótida interna y la carótida se pueden utilizar para determinar cIMT, ya que cada sitio puede predecir de manera similar eventos cardiovasculares 37.
En el presente manuscrito, proporcionamos metodología detallada sobre la evaluación de microvasculafunción r endotelial (LDI con iontoforesis), gran función endotelial buque (FMD y GTN) y la morfología vascular (CIMT). La aterosclerosis es un proceso de múltiples etapas que comienza con la disfunción endotelial y termina con lesiones ateroscleróticas focales en las grandes arterias. La justificación de la elección de las evaluaciones anteriores es que reflejan las diferentes etapas de la aterosclerosis y ayudar a dar cuenta de la heterogeneidad de la vasculatura 38. Por otra parte, ya hemos demostrado que en una población de pacientes con mayor riesgo de enfermedad cardiovascular, la función endotelial microvascular era independiente de la función endotelial gran buque de 39 años, y las evaluaciones funcionales eran independientes de las evaluaciones estructurales de la vasculatura 40. Por lo tanto, las evaluaciones globales de la vasculatura pueden ayudar a descifrar las diferentes etapas de la aterosclerosis.
Protocol
Representative Results
Discussion
El presente manuscrito detalla la metodología de varias evaluaciones distintas de la función vascular y la morfología que se pueden realizar en la vasculatura periférica. Cada evaluación proporciona información sobre las distintas etapas de la aterosclerosis, y ayuda a caracterizar el perfil vascular de los diferentes territorios vasculares.
Hemos informado anteriormente de que la función endotelial microvascular es independiente de la función endotelial de los vasos grandes en una población de pacientes con artritis reumatoide tienen un mayor riesgo de ECV 39. Además, las evaluaciones de la función vascular y la morfología también eran independientes el uno del otro en el mismo grupo de pacientes y en pacientes con enfermedades cardiovasculares 40,41. Estos resultados pueden explicarse por la heterogeneidad de la función y estructura de las células endoteliales en diferentes territorios vasculares 38, así como un posible retraso de tiempo para la progresión de las alteraciones funcionales a morfológicoanormalidades en el vaso. Un estudio realizado por Hashimoto y sus colegas 42 reveló que varios participantes con aterosclerosis habían disminuido los valores de la fiebre aftosa, pero los valores normales CIMT. Estos hallazgos sugieren que el examen de la aterosclerosis subclínica utilizando una variedad de métodos es importante para descifrar los efectos globales de CVD.
La importancia de la microvasculatura en la salud y la enfermedad está ganando cada vez más atención en la literatura médica. Los microvasos forman un área de superficie mucho más grande que los grandes vasos haciéndolos objetivos importantes para el daño de los estímulos perjudiciales 43. Se ha planteado la hipótesis de que los microvasos podrían ser la fuente primaria de mediadores de la inflamación que se infiltran en el endotelio de los vasos más grandes que conducen a la formación de lesiones 43. En los diabéticos tipo II, enfermedad microvascular a menudo precede a la enfermedad de vasos grandes de 44 años, y en otras poblaciones con mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares, tales como Arthri reumatoidetis, las intervenciones que reducen el riesgo de enfermedades cardiovasculares mejoran microvascular, pero no gran buque, la función endotelial 45,46. En conjunto, estos resultados sugieren que el examen de la función microvascular puede ayudar a comprender los complejos mecanismos que inician la aterosclerosis.
En el presente trabajo, se realizó la evaluación de la función endotelial microvascular usando LDI con iontoforesis de agentes vasoactivos. Varias otras evaluaciones se pueden utilizar para evaluar la función microvascular incluyendo capilaroscopia lecho ungueal y pletismografía de oclusión venosa. Sin embargo, el ex evaluación proporciona información sobre la morfología única microvascular, mientras que el segundo es mucho tiempo y en algunos protocolos invasivas debido a la administración de agentes vasoactivos intra-braquial 1. En contraste, LDI ofrece un enfoque simple, eficiente en el tiempo para medir la perfusión microvascular de los vasos sanguíneos de la piel en respuesta a agentes vasoactivos que se administran no INVASvamente. La medición del flujo sanguíneo de la piel ha ganado amplia aceptación en la literatura debido a su facilidad de acceso y fuerte correlación con ECV establecida 12. Por otra parte, la ventaja de LDI sobre otras técnicas Doppler tales como la flujometría láser Doppler, es que puede escanear simultáneamente múltiples puntos en un área dada y por lo tanto puede dar cuenta de los artefactos de movimiento celulares y las diferencias espaciales de flujo sanguíneo de la piel, ambos de los cuales pueden afectar a la la perfusión del buque 47,48.
A pesar de las ventajas obvias de la iontoforesis, es importante señalar que la vasodilatación inducida por la corriente (CIV) de la iontoforesis puede confundir los efectos de los agentes vasoactivos especialmente en el cátodo. La elección del vehículo para suministro de fármacos podría ayudar a reducir este efecto, con cloruro de sodio al 0,5% (como se usa en el protocolo actual) eficaz para limitar CIV 18. Por otra parte, el uso de cámaras de mayor diámetro y baja canalla eléctricarentas (tal como se utiliza en el protocolo actual) todos ayudan a reducir CIV 18. El uso de un sitio de control también ha sido recomendado 12. Los factores biológicos y de comportamiento también pueden afectar a la fiabilidad y repetibilidad de la técnica. Por ejemplo, la variación circadiana y el tabaco han sido demostrado que influyen en la función microvascular 49,50 endotelial. Condiciones de grabación estrictas deben cumplirse a fin de obtener resultados precisos y lineamientos establecidos se deben seguir en el diseño de protocolos 12.
Medición de la fiebre aftosa y la dilatación mediada por GTN proporciona información sobre la disfunción endotelial en los grandes vasos sanguíneos, y se utiliza ampliamente en la investigación vascular no invasivo. La técnica de la fiebre aftosa proporciona información sustituta en la biodisponibilidad de NO y es un marcador pronóstico útil de eventos cardíacos en diferentes poblaciones clínicas 7-9. En el presente trabajo, el protocolo presentado cuentas para muchos de los factores queson necesarios para la estimulación adecuada de NO mediada por vasodilatación 25. Por ejemplo, el manguito de oclusión se coloca distal a la sonda de ultrasonido y alrededor de la muñeca 27, la duración de la isquemia fue de 5 min y 26 tiempo adecuado se le permitió registrar el diámetro "verdadero" pico siguiente hiperemia reactiva 28. Desafortunadamente, el protocolo no incluye la caracterización del perfil de tensión de cizallamiento como el software automático de detección de bordes no permite el registro simultáneo de diámetro de los vasos y la señal de velocidad de la onda de pulso. El cálculo de la tensión de corte es esencial para la medición precisa de la fiebre aftosa 26 y nos recomienda que, siempre que sea posible, los grupos de investigación vasculares utilizan el software que permite a tales mediciones a realizar.
Las evaluaciones de la fiebre aftosa y la dilatación mediada por GTN también son susceptibles a las variaciones ambientales y biológicos 24, como pequeños cambios en el diámetro vascular puedeobtener grandes respuestas de la fiebre aftosa / GTN. Por ejemplo, los valores típicos de fiebre aftosa para los participantes sanos van desde 5-10% 51, que corresponde a un 0,25 – 0,5 mm de cambio en el diámetro arterial para una arteria con un diámetro de 5 mm. Teniendo en cuenta estos pequeños cambios en el diámetro arterial, se debe prestar especial atención a los factores técnicos y biológicos que pueden influir en la medición. De hecho, la fiebre aftosa puede verse afectada por una variedad de factores biológicos y de comportamiento tales como la activación simpática 52, privación de sueño 53, el consumo de cafeína 54, fumando 55, la terapia antioxidante 56 y la hora de día 57. Por consiguiente, es importante controlar estos factores mediante la utilización de la información de las directrices establecidas 24,25.
Evaluación de la aterosclerosis avanzada, pero subclínica se realizó utilizando cIMT. La técnica se ha utilizado en varias poblaciones clínicas y proporciona gran detalle en st arterialructure en comparación con las técnicas más sofisticadas, como la resonancia magnética 34. Al igual que con las otras técnicas vasculares, la medición de cIMT requiere una cuidadosa consideración de factores técnicos que pueden afectar a la medición. Generalmente, cIMT debe realizarse en áreas libres de la placa, en la pared del fondo de la arteria carótida común. De manera similar a la fiebre aftosa, la medición de cIMT se realiza utilizando ecografía de alta resolución y así es altamente dependiente del usuario. Coeficiente de variación (CofV) rango de 2.4 Respuesta – 18,3% 58, mientras que para la fiebre aftosa es 1-84% 59. Sin embargo, incluso cuando ambas técnicas se realizan por ultrasonografistas competentes con factores externos bien controlada, sigue existiendo una alta CofV 58,60,61. Una razón para esto podría ser que el análisis de las fronteras vasculares se llevan a cabo utilizando métodos manuales 60,61. Dicho análisis puede reducir la fiabilidad como artefactos de imagen como fronteras falsas, el ruido de la ultrasound señal, y la distorsión de los vasos pueden afectar a la interpretación de la imagen 22.
La evolución reciente de software automatizado de detección de borde continuo han mejorado en gran medida la detección de los límites de la pared vascular 21,22. En el presente estudio, el software de VIA se utilizó para medir el diámetro de la arteria braquial, mientras que la MGA se utilizó para detectar cIMT. El uso de este software reduce en gran medida la dependencia del operador, aún en el caso de AMS, algún grado de control del operador está disponible en situaciones en las que la calidad de imagen puede ser pobre 62. Los laboratorios que utilizan el software de detección de bordes automatizados generalmente tienden a tener baja CofV 58,63,64, por lo que debe ser el objetivo de todos los laboratorios de investigación vasculares para incorporar la medición automatizada de límites vasculares con el fin de asegurar la exactitud de los resultados. También es una buena práctica para informar los resultados de los estudios de reproducibilidad de los protocolos específicos al publicar los resultados del estudio.
<p class = "jove_content"> A pesar de que las evaluaciones de la función vascular se utilizan habitualmente en la investigación clínica, una limitación de las técnicas es que no existen valores normativos para LDI con iontoforesis y la fiebre aftosa. Por tanto, es importante que la edad saludable y grupos de control sexo similares se examinan para comparar los resultados con el grupo experimental. A pesar de que estas técnicas se asocian con mal pronóstico en una variedad de poblaciones con evidencia de CVD 6-9, todavía hay una escasez de estudios que han examinado la relación entre la mala función endotelial y resultados cardiovasculares adversos, tales como infarto de miocardio y accidente cerebrovascular. Se requieren más estudios prospectivos para abordar estas preocupaciones. Otra limitación es el uso de los operadores humanos para llevar a cabo las evaluaciones y llevar a cabo el análisis. Esto introduce una fuente potencial de sesgo; sin embargo, esto puede ser limitado por el cegamiento al operador los resultados o asegurar que el lector es diferente de la del operador. EllaTambién es importante asegurar que el lector sigue un protocolo normalizado para el análisis de datos, de modo que todos los datos se analizaron de forma coherente.En resumen, el presente manuscrito se proporciona información detallada sobre las medidas metodológicas necesarias para realizar con éxito las evaluaciones de los microvasos y la función endotelial gran buque, así como la morfología vascular de la circulación periférica. Cuando se usan juntos, las evaluaciones proporcionan información global sobre las distintas etapas de la aterosclerosis. Otros estudios prospectivos que examinan el papel potencial de diagnóstico de estas técnicas están garantizados.
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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