aiheeseen liittyvä testaus
menetelmät aivojen Autoregulaation mittaamiseksi
paineen autoregulaation arviointi on perinteisesti tapahtunut laskemalla aivojen verenkiertoa kahdessa eri valtimoverenpaineen tasapainotilassa. Nämä vakaat tilat vastaavat tiettyjä aivoverenkiertoarvoja. Yksi painemittaus voitaisiin ottaa lähtötilanteessa ja toinen verenpaineen manuaalisen tai farmakologisen manipuloinnin jälkeen, jolloin aivojen verenkiertoa voitaisiin mitata uudelleen. Koska tähän lähestymistapaan liittyy vakaita paineita ja virtauksia, sitä kutsutaan staattiseksi autoregulaatiomittaukseksi.
transkraniaalisen Doppler-ultraäänen (TCD) tulo mahdollisti reaaliaikaisten veren virtausnopeuksien visualisoinnin (ajallisen resoluution ollessa noin 5 ms), mikä tasoitti tietä autoregulaation dynaamiselle arvioinnille. Dynaamisella autoregulaatiolla tarkoitetaan aivojen verenkierron lyhytaikaista, nopeaa reagointia systeemisen paineen muutoksiin. Koska TCD ei pysty mittaamaan virtausta suoraan, veren virtausnopeus on hyödyllinen korvikkeena. Painemuutokset voidaan indusoida käyttämällä ärsykkeitä, kuten vartalon kallistusta, reisilihaksen vapautumista tai alavartalon alipainetta.
vaikka hemodynaamisen ärsykkeen tarkan ajoituksen ja suuruuden kontrollointi tarjoaa tarkkuusedun, kriittisesti sairailla potilailla painemanipulaatiot voivat olla haitallisia. Esimerkiksi reisilihaksen inflaatio-deflaatiosekvenssi voi aiheuttaa jopa 25-35 mmHg: n äkillisen painehäviön. Iskeemisen aivohalvauksen saaneella potilaalla tämä pudotus voi aiheuttaa merkittävän hypoperfuusion aiheuttamaa sekundaarista aivovammaa, erityisesti tilanteessa, jossa autoregulatorinen fysiologia on ylipäätään heikentynyt. Vaihtoehtoisesti voidaan laukaista kallonsisäisiä aluksia ilman erityisiä verenpainehaasteita ja mitata CBF-vaste spontaaneille valtimoverenpaineen vaihteluille. Tämä lähestymistapa tekee aivojen autoregulaation dynaamisen arvioinnin turvalliseksi ja toteuttamiskelpoiseksi potilaille, joilla on akuutti aivovamma. Dynaaminen vaste tapahtuu todennäköisesti 10-15 sekunnin kuluessa, mikä viittaa siihen, että arteriolit voivat torjua systeemisen verenpaineen hitaampia vaihteluita. Nopeammat muutokset, kuten yli 0,5 Hz, eivät kompensoidu – esimerkiksi ne, jotka tapahtuvat jokaisen sydänjärjestelmän yhteydessä. Tätä valikoivaa kompensaatiota kutsutaan ylipäästösuodattimen periaatteeksi. Aivoverisuonijärjestelmä puskuroi vastaavasti hitaita hemodynaamisia värähtelyjä vastaan (0,01 – 0.4 Hz), kun taas korkeammat taajuudet voivat siirtyä suodattamattomina aivojen verenkiertoon.
veren virtausnopeuden lisäksi myös muut kallonsisäiset signaalit ovat usein hyödyllisiä dynaamisessa vasoregulatorisessa tutkimuksessa. Esimerkkejä ovat Lähi-infrapunaspektroskopia (NIRS), paikallinen aivokudoksen hapetus (pbto2) ja kallonsisäisen paineen (ICP) seuranta aivo-selkäydinnesteen tyhjennysjärjestelmistä. Näiden dynaamisten mittausten perusperiaate on sama kaikissa menetelmissä-tulosignaali on verenpaine tai tilavuuden muutos. Tuloksena oleva muutos kallonsisäisessä tilassa toimii lähtösignaalina. Verenpaineen ja aivojen verenkierron spontaanien vaihtelujen avulla tutkijat ovat kehittäneet useita matemaattisia menetelmiä autoregulatoristen indeksien mallintamiseksi. Tässä lyhyessä katsauksessa kiinnitetään erityistä huomiota siirtofunktioanalyysiin ja aikakorrelaatio-lähestymistapaan, ja myöhemmin nyökkäykset aaltoanalyysiin ja projektio pursuit regressioon.
Siirtofunktioanalyysi
Siirtofunktioanalyysi (TFA) perustuu lineaariseen, stationaariseen mallinnukseen ja nopeaan Fourier-muunnosalgoritmiin verenpaineen ja aivoverenkierron spektriarvioiden laskemiseksi. Oikein toimiessaan autoregulaatio vaimentaa verenpaineen vaikutusta aivojen veren virtausnopeuteen estämällä paineaaltomuodon suoran etenemisen matalammilla taajuuksilla (yleensä alle 0,2 Hz). Kaksi keskeistä muuttujaa – voitto ja vaihesiirto-voidaan johtaa TFA: sta kullakin taajuudella. Voitto heijastaa aivojen verenkierron nopeuden amplitudimuutoksia vastauksena verenpaineeseen. Esimerkiksi 0,65: n vahvistuminen tarkoittaa, että 65% aivojen veren virtausnopeuden suhteellisesta amplitudista vaimenee valtimoverenpaineen muutosyksikön suhteen. Vaihesiirto määrittää verenpaineen ja aivovirtausnopeuden välisen viiveen tietyllä taajuudella ja esitetään asteina tai radiaaneina. Isommat vaihesiirtymät näiden kahden signaalin välillä tarkoittavat, että autoregulaatio puskuroi aivoverenkiertoa kunnolla verenpainemuutoksilta. On huomattava, että TFA voi vain rationalisoida lineaarisia suhteita valtimoverenpaineen ja keskimääräisen virtausnopeuden välillä, minkä vuoksi koherenssi yleensä seuraa TFA: ta testaamaan kahden aaltomuodon välistä lineaarisuutta. Yleensä yli 0,5: n koherenssi katsotaan hyväksyttäväksi TFA: lle. Taajuusalueiden osalta gain -, phase-shift-ja coherence-arvot ilmoitetaan kolmessa lokerossa: hyvin matalat (0,02-0,07 Hz), matalat (0,07-0,2 Hz) ja korkeat (0,2-0,5 Hz) alueet. Ylipäästösuodatinperiaate autoregulaatiossa tarkoittaa koherenssin ja hyödyn vähenemistä vaihesiirtojen lisääntyessä. Nämä modulaatiot johtavat verenpaineen ja aivoverenkierron heilahtelujen suhteelliseen desynkronointiin. Lisäksi, koska vasomotorinen sopeutuminen on hidasta ja kestää noin 10-15 sekuntia, autoregulaatio toimii todennäköisimmin matalammilla taajuuksilla.
Time Domain Analysis
tämä menetelmä mittaa verenpaineen ja erilaisten aivojen ulostulosignaalien korrelaatioastetta. Rolling Pearsonin korrelaatiokerroin lasketaan valtimoverenpaineen ja aivoverenkierron (tai sen korvikkeiden) 30 peräkkäisen ajan keskiarvon (10 sek) välillä. Tulokseksi saatu kerroin antaa estimaatin kutakin muuttujaa vastaavalle autoregulaatiofunktiolle. Aivojen veren keskimääräisen virtausnopeuden kerroin on Mx, kun taas kudoksen hapetusindeksi (TOx) on peräisin NIRS: stä. Kaiken kaikkiaan on olemassa yli 20 indeksiä aivojen autoregulation, joka on ilmeisiä etuja ja haittoja autoregulation tutkimus. Ehkä tiukimmin tutkittu indeksi on paineen reaktiivisuusindeksi (PRX), joka johtuu ICP: stä aivojen veren virtausnopeuden tai kudoksen hapetuksen sijaan. Aivojen perfuusiopaine (CPP = MAP – ICP) voi korvata myös valtimoverenpaineen. Jokaisessa indeksissä on oma kynnysarvonsa heikentyneelle autoregulaatiolle, jonka vaihteluväli on 0,069-0,46 riippuen aivoverenkiertoa mittaavista laitteista tai niiden korvikkeista. Kaikissa tapauksissa positiivinen korrelaatiokerroin heijastaa näiden kahden signaalin välistä synkroniaa, mikä viittaa heikentyneeseen aivojen autoregulaatioon, jolloin systeemiset paineet siirtyvät passiivisesti aivoverisuonistoon. Samaan aikaan negatiivinen tai lähellä nollaa oleva kerroin merkitsee aivoverisuoniston aktiivista puskurointia verenpaineen muutoksia vastaan ja siten ehjää autoregulatorista fysiologiaa.
Aaltoanalyysi
tämä lähestymistapa, joka tunnetaan myös multimodaalisena paine-virtausanalyysinä, on vaihtoehto klassisille spektrianalyyseille, kuten nopealle Fourier-muunnokselle, ja siinä otetaan huomioon sekä signaalin aika-että taajuussisältö. Aaltoanalyysi tuottaa karttoja vaihesiirtymästä ja koherenssista verenpaineen ja aivojen veren virtausnopeuden välillä eri taajuuksilla ja aikapisteillä. Minimaalisen koherenssikynnyksen noudattaminen ja analyysin keskittäminen aika-taajuuskarttaan sisältyville alueille, joilla korrelaatio on suuri, lisää vaihesiirtymän estimoinnin luotettavuutta. Signaalin hajoamista aaltoanalyysillä on sovellettu myös kudoksen hapetukseen NIRS: n avulla.
Projection Pursuit regression
Projection pursuit regression (PPR) on ei-parametrinen menetelmä, jossa mallia ei ole määritelty ennalta, vaan se perustuu suoraan merkittäviin muuttujiin (eli valtimopaineeseen ja aivoverenkiertoon). Analyysi muuttaa lineaarista siirtofunktiota tulon (verenpaine) ja lähdön (aivojen verenkierto) välillä. Lineaarinen autoregressiivinen siirtofunktio läpäisee ytimen toiminnot, jotka tunnetaan myös nimellä ridge-funktiot, jotka määritetään minimoimalla keskimääräinen neliövirhe. Menetelmä luonnehtii paineen ja virtauksen välistä epälineaarista suhdetta ja tunnistaa alueita, joissa tämä suhde muuttuu. Kunkin alueen paine-virtaus-suhteen voitto (eli kaltevuus) mittaa autoregulaation tehokkuutta kyseisellä alueella. Mielenkiintoinen 2016 tutkimus Santos et al. käytettiin PPR: ää osoittamaan, että potilailla, jotka kärsivät viivästyneestä aivoiskemiasta (dCi) subaraknoidaalisen verenvuodon jälkeen, oli erottuva hemodynaaminen profiili niistä, jotka eivät kärsi DCI: stä. Tämän jälkeen kirjoittajat vetosivat aiemmin havaittuihin farmakologisiin vaikutuksiin PPR: stä johdetuissa autoregulaatioparametreissa. Yhdistettyään tuloksensa näihin parametreihin tutkimusryhmä väitti, että myogeeninen toimintahäiriö johtaa vasospasmiin, kun taas sympaattinen yliaktiivisuus ja kolinerginen toimintahäiriö johtavat DCI: hen, kun taas kaikkien kolmen patofysiologisen mekanismin puutteet synnyttävät sekä vasospasmin että DCI: n.
kahden viime vuosikymmenen aikana nämä autoregulaatioindeksit ovat myös auttaneet luomaan optimaaliset aivoperfuusiopaineet ja ihanteelliset painealueet, jotka perustuvat autoregulaation ala-ja ylärajoihin. Steiner ym. julkaisi merkittävän tutkimuksen vuonna 2002 käyttäen jatkuvaa autoregulation monitoring tunnistaa optimaalinen aivojen perfuusiopaine potilailla traumaattinen aivovamma. Tämä optimaalinen paine lasketaan piirtämällä aivojen autoregulaatioindeksit verenpaineen vaihteluväliin 4 tunnin seurantajakson aikana ja sovittamalla U: n muotoinen käyrä tietoihin sen verenpaineen vaihteluvälin määrittämiseksi, jolla autoregulaatio säilyy parhaiten. Tätä aivojen perfuusiopaineiden ikkunaa ympäröivä hypoteesi on, että aivojen valtimovaltimot voivat ylläpitää jatkuvaa aivoverenkiertoa, jossa on suurin mahdollinen autoregulatorinen varaus kyseisissä paineissa. Yksilötasolla kriittisessä hoitoympäristössä ihanteellisen aivoperfuusiopaineen jatkuva arviointi tarjoaa houkuttelevan kohteen hemodynaamiselle hoidolle.