Tom 18, Nr 2 (2021)
Artykuł przeglądowy
Opublikowany online: 2021-09-02
Wyświetlenia strony
3415
Wyświetlenia/pobrania artykułu
35
Ocena stanu mikrokrążenia na podstawie stymulacji oscylacji miogennych przez przejściowe niedokrwienie
1, 1, 1, 12
, 12
, 12
Choroby Serca i Naczyń 2021;18(2):77-89.
Streszczenie
Oscylacje mikrokrążenia, znane jako flowmotion, są dobrze rozpoznaną cechą przepływu krwi przez naczynia krwionośne. Istnieją dowody na to, że upośledzenie przepływu mikronaczyniowego może być objawem różnych chorób, w tym cukrzycy, nowotworów i chorób układu sercowo-naczyniowego, a także chorób neurodegeneracyjnych i autoimmunologicznych.
Innowacyjna technika Flow Mediated Skin Fluorescence (FMSF) umożliwia monitorowanie oscylacji mikrokrążenia w sposób bezpośredni i precyzyjny, dając jakościowy i ilościowy obraz stanu mikrokrążenia organizmu. Parametr HS (Hypoxia Sensitivity), uzyskiwany techniką FMSF, pozwala w sposób ilościowy określić stopień wrażliwości organizmu na niedotlenienie poprzez pomiar oscylacji miogennych aktywowanych przez przejściową hipoksję. Zakłada się, że wrażliwość organizmu na niedotlenienie może być regulowana przez czynniki genetyczne, przy czym wiele badań wskazuje na znaczącą rolę w tej odpowiedzi czynnika indukowanego hipoksją (HIF). Parametr HS odzwierciedla zdolność stabilizowania czynnika HIF-1α podczas przejściowej hipoksji powodowanej czasowym zamknięciem przepływu krwi w tętnicy ramiennej. Im większa wartość HS, tym prawdopodobnie wyższy poziom stabilizowanego HIF-1α podczas niedokrwienia, czyli lepsza odpowiedź organizmu na niedotlenienie.
Parametr HS umożliwia przewidywanie rozwoju chorób, którym towarzyszy hipoksja. Może też znaleźć zastosowanie do przewidywania stopnia nasilenia przebiegu choroby na podstawie związku pomiędzy wrodzoną odpowiedzią immunologiczną a niedotlenieniem, jak na przykład w przypadku infekcji chorobą koronawirusową 2019 (COVID-19). Dobra odpowiedź na niedotlenienie (duża wartość HS) może predestynować do uprawiania sportów wytrzymałościowych (biegi długodystansowe, wspinaczka itp.). Również aktywność fizyczna amatorów powinna być planowana z uwzględnieniem tej odpowiedzi.
Technika FMSF pozwala na wykrycie zaburzeń mikrokrążenia na ich wczesnym etapie w celu identyfikacji pacjentów do interwencji profilaktycznej lub terapeutycznej, a także do dalszych, dokładniejszych i bardziej złożonych badań diagnostycznych.
Słowa kluczowe: mikrokrążenieoscylacje miogennehipoksjafluorescencja NADHtechnika FMSF
Referencje
- Nilsson H, Aalkjaer C. Vasomotion: mechanisms and physiological importance. Mol Interv. 2003; 3(2): 79–89, 51.
- Rossi M, Carpi A, Galetta F, et al. The investigation of skin blood flowmotion: a new approach to study the microcirculatory impairment in vascular diseases? Biomed Pharmacother. 2006; 60(8): 437–442.
- Aalkjær C, Boedtkjer D, Matchkov V. Vasomotion — what is currently thought? Acta Physiol (Oxf). 2011; 202(3): 253–269.
- Cole WC, Gordon GR, Braun AP. Cellular and ionic mechanisms of arterial vasomotion. In: Hashitani H, Lang RJ. ed. Smooth muscle spontaneous activity: physiological and pathological modulation. Springer, Singapore 2019: 297–312.
- Stefanovska A, Bracic M, Kvernmo HD. Wavelet analysis of oscillations in the peripheral blood circulation measured by laser Doppler technique. IEEE Trans Biomed Eng. 1999; 46(10): 1230–1239.
- Kvandal P, Landsverk SA, Bernjak A, et al. Low-frequency oscillations of the laser Doppler perfusion signal in human skin. Microvasc Res. 2006; 72(3): 120–127.
- Bernjak A, Clarkson PBM, McClintock PVE, et al. Low-frequency blood flow oscillations in congestive heart failure and after beta1-blockade treatment. Microvasc Res. 2008; 76(3): 224–232.
- Ticcinelli V, Stankovski T, McClintock PVE, et al. Ageing of the couplings between cardiac, respiratory and myogenic activity in humans. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2015; 2015: 7366–7369.
- Clough GF, Kuliga KZ, Chipperfield AJ. Flow motion dynamics of microvascular blood flow and oxygenation: evidence of adaptive changes in obesity and type 2 diabetes mellitus/insulin resistance. Microcirculation. 2017; 24(2).
- Schmidt-Lucke C, Borgström P, Schmidt-Lucke JA. Low frequency flowmotion/(vasomotion) during patho-physiological conditions. Life Sci. 2002; 71(23): 2713–2728.
- Bari F, Tóth-Szuki V, Domoki F, et al. Flow motion pattern differences in the forehead and forearm skin: age-dependent alterations are not specific for Alzheimer's disease. Microvasc Res. 2005; 70(3): 121–128.
- Rossi M, Matteucci E, Pesce M, et al. Study of skin vasomotion in type 1 diabetic patients and of its possible relationship with clinical and laboratory variables. Clin Hemorheol Microcirc. 2013; 53(4): 357–367.
- Bruning RS, Kenney WL, Alexander LM. Altered skin flowmotion in hypertensive humans. Microvasc Res. 2015; 97: 81–87.
- Tikhonova IV, Kosyakova NI, Tankanag AV, et al. Oscillations of skin microvascular blood flow in patients with asthma. Microcirculation. 2016; 23(1): 33–43.
- Mizeva I, Makovik I, Dunaev A, et al. Analysis of skin blood microflow oscillations in patients with rheumatic diseases. J Biomed Opt. 2017; 22(7): 70501.
- Pedanekar T, Kedare R, Sengupta A. Monitoring tumor progression by mapping skin microcirculation with laser Doppler flowmetry. Lasers Med Sci. 2019; 34(1): 61–77.
- Sorelli M, Francia P, Bocchi L, et al. Assessment of cutaneous microcirculation by laser Doppler flowmetry in type 1 diabetes. Microvasc Res. 2019; 124: 91–96.
- Piotrowski L, Urbaniak M, Jedrzejczak B, et al. Note: Flow mediated skin fluorescence — a novel technique for evaluation of cutaneous microcirculation. Rev Sci Instrum. 2016; 87(3): 036111.
- Katarzynska J, Lipinski Z, Cholewinski T, et al. Non-invasive evaluation of microcirculation and metabolic regulation using flow mediated skin fluorescence (FMSF): Technical aspects and methodology. Rev Sci Instrum. 2019; 90(10): 104104.
- Katarzynska J, Cholewinski T, Sieron L, et al. Flowmotion monitored by flow mediated skin fluorescence (FMSF): a tool for characterization of microcirculatory status. Front Physiol. 2020; 11: 702.
- Katarzynska J, Borkowska A, Czajkowski P, et al. Flow mediated skin fluorescence technique reveals remarkable effect of age on microcirculation and metabolic regulation in type 1 diabetes. Microvasc Res. 2019; 124: 19–24.
- Katarzynska J, Borkowska A, Los A, et al. Flow-mediated skin fluorescence (FMSF) technique for studying vascular complications in type 2 diabetes. J Diabetes Sci Technol. 2020; 14(3): 693–694.
- Hellmann M, Tarnawska M, Dudziak M, et al. Reproducibility of flow mediated skin fluorescence to assess microvascular function. Microvasc Res. 2017; 113: 60–64.
- Tarnawska M, Dorniak K, Kaszubowski M, et al. A pilot study with flow mediated skin fluorescence: a novel device to assess microvascular endothelial function in coronary artery disease. Cardiol J. 2018; 25(1): 120–127.
- Pajkowski M, Chlebus K, Hellmann M. Microvascular endothelial dysfunction in a young patient with familial hypercholesterolemia. Pol Arch Intern Med. 2020; 130(7-8): 679–680.
- Rechciński T, Cieślik-Guerra U, Siedlecki P, et al. Flow-mediated skin fluorescence: a novel method for the estimation of sleep apnea risk in healthy persons and cardiac patients. Cardiol J. 2020 [Epub ahead of print].
- Majewski S, Szewczyk K, Białas AJ, et al. Assessment of microvascular function in vivo using flow mediated skin fluorescence (FMSF) in patients with obstructive lung diseases: a preliminary study. Microvasc Res. 2020; 127: 103914.
- Bogaczewicz J, Tokarska K, Wozniacka A. Changes of NADH fluorescence from the skin of patients with systemic lupus erythematosus. Biomed Res Int. 2019; 2019: 5897487.
- Liszewska A, Robak E, Bernacka M, et al. Methotrexate use and NAD/NADH metabolism in psoriatic keratinocytes. Postepy Dermatol Alergol. 2020; 37(1): 19–22.
- Bugaj O, Zieliński J, Kusy K, et al. The effect of exercise on the skin content of the reduced form of NAD and its response to transient ischemia and reperfusion in highly trained athletes. Front Physiol. 2019; 10: 600.
- Bugaj O, Kusy K, Kantanista A, et al. The effect of a 7-week training period on changes in skin NADH fluorescence in highly trained athletes. Appl Sci. 2020; 10(15): 5133.
- Gebicki J, Marcinek A, Zielinski J. Assessment of microcirculatory status based on stimulation of myogenic oscillations by transient ischemia: from health to disease. Vasc Health Risk Manag. 2021; 17: 33–36.
- Gebicki J, Katarzynska J, Marcinek A. Can the microcirculatory response to hypoxia be a prognostic factor for Covid-19? Respir Physiol Neurobiol. 2020; 280: 103478.
- Gebicki J, Katarzynska J, Marcinek A. Can efficient stimulation of myogenic microcirculatory oscillations by transient ischemia predict low incidence of COVID-19 infection? Respir Physiol Neurobiol. 2021; 286: 103618.
- Balu M, Mazhar A, Hayakawa CK, et al. In vivo multiphoton NADH fluorescence reveals depth-dependent keratinocyte metabolism in human skin. Biophys J. 2013; 104(1): 258–267.
- Davies T, Gilbert-Kawai E, Wythe S, et al. Xtreme Everest 2 Research Group. Sustained vasomotor control of skin microcirculation in Sherpas versus altitude-naive lowlanders: Experimental evidence from Xtreme Everest 2. Exp Physiol. 2018; 103(11): 1494–1504.
- Carey D, Thanaj M, Davies T, et al. Enhanced flow-motion complexity of skin microvascular perfusion in Sherpas and lowlanders during ascent to high altitude. Sci Rep. 2019; 9(1): 14391.
- Salvi P, Faini A, Castiglioni P, et al. Increase in slow-wave vasomotion by hypoxia and ischemia in lowlanders and highlanders. J Appl Physiol (1985). 2018; 125(3): 780–789.
- Pickering C, Kiely J. Exercise response efficiency: a novel way to enhance population health? Lifestyle Genom. 2018; 11(3-6): 129–135.
- Bernardi L, Rossi M, Leuzzi S, et al. Reduction of 0.1 Hz microcirculatory fluctuations as evidence of sympathetic dysfunction in insulin-dependent diabetes. Cardiovasc Res. 1997; 34(1): 185–191.
- Khalil A, Humeau-Heurtier A, Gascoin L, et al. Aging effect on microcirculation: a multiscale entropy approach on laser speckle contrast images. Med Phys. 2016; 43(7): 4008.
- Thompson J, Khalil RA. Gender differences in the regulation of vascular tone. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2003; 30(1-2): 1–15.
- Chen H. Mechanism of gender-related differences in vascular function. Cardiovasc Pharm Open Access. 2018; 7(4).
- Pabbidi MR, Kuppusamy M, Didion SP, et al. Sex differences in the vascular function and related mechanisms: role of 17β-estradiol. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2018; 315(6): H1499–H1518.
- Huang Y, Di Lorenzo A, Jiang W, et al. Hypoxia-inducible factor-1α in vascular smooth muscle regulates blood pressure homeostasis through a peroxisome proliferator-activated receptor-γ-angiotensin II receptor type 1 axis. Hypertension. 2013; 62(3): 634–640.
- Colgan SP, Furuta GT, Taylor CT. Hypoxia and innate immunity: keeping up with the HIFsters. Annu Rev Immunol. 2020; 38: 341–363.
- Xie J, Covassin N, Fan Z, et al. Association between hypoxemia and mortality in patients with COVID-19. Mayo Clin Proc. 2020; 95(6): 1138–1147.
- Arias-Reyes C, Zubieta-DeUrioste N, Poma-Machicao L, et al. Does the pathogenesis of SARS-CoV-2 virus decrease at high-altitude? Respir Physiol Neurobiol. 2020; 277: 103443.
