relaterad testning
metoder för att mäta Cerebral Autoregulering
bedömning av tryckautoregulering har traditionellt varit genom att beräkna cerebralt blodflöde vid två olika jämviktstillstånd av arteriellt blodtryck. Dessa steady-state motsvarar särskilda cerebrala blodflödesvärden. En tryckmätning kunde tas vid baslinjen och den andra mättes efter manuell eller farmakologisk manipulation av blodtrycket, vid vilken tidpunkt hjärnblodflödet kunde mätas igen. Eftersom detta tillvägagångssätt innebär stabila tryck och flöden kallas det en statisk autoregulatorisk mätning.
tillkomsten av transkraniell Doppler (TCD) ultraljud tillåts för visualisering av realtidsblodflödeshastigheter (med en tidsmässig upplösning på cirka 5 MSEK), vilket banar vägen för dynamiska bedömningar av autoregulering. Dynamisk autoregulering avser kortsiktiga, snabba svar på hjärnans blodflöde till förändringar i systemiskt tryck. Eftersom TCD inte kan mäta flödet direkt är blodflödeshastigheten användbar som surrogat. Tryckförändringar är inducerbara med hjälp av stimuli som kroppslutning, lår-manschettfrisättning eller underkroppens negativa tryck.
medan kontroll av den exakta tidpunkten och storleken på den hemodynamiska stimulansen ger en precisionsfördel, är tryckmanipulationer hos kritiskt sjuka patienter potentiellt skadliga. Till exempel kan en lår-manschettinflation-deflationssekvens framkalla ett utfällt tryckfall på upp till 25 till 35 mmHg. Hos en patient med ischemisk stroke kan denna droppe orsaka sekundär hjärnskada från signifikant hypoperfusion, särskilt i en miljö när det finns autoregulatorisk fysiologikompromiss i första hand. Alternativt kan man insonera intrakraniella kärl utan några speciella blodtrycksutmaningar och mäta CBF-svaret på spontana arteriella blodtrycksfluktuationer. Detta tillvägagångssätt gör dynamiska bedömningar av cerebral autoregulering säkra och genomförbara för patienter med akut hjärnskada. Det dynamiska svaret kommer sannolikt att inträffa inom 10 till 15 sekunder, vilket tyder på att arterioler kan motverka långsammare fluktuationer i systemiskt blodtryck. Snabbare förändringar, som de som är större än 0,5 Hz, kompenseras inte – till exempel de som förekommer med varje hjärtsystol. Denna selektiva kompensation kallas högpassfilterprincipen. Det cerebrovaskulära systemet buffrar följaktligen mot långsamma hemodynamiska svängningar (0,01 till 0.4 Hz), medan högre frekvenser kan passera ofiltrerade till hjärnans cirkulation.
förutom blodflödeshastigheten är andra intrakraniella signaler ofta användbara vid dynamisk vasoregulatorisk undersökning. Exempel inkluderar nära-infraröd spektroskopi (NIRS), lokal syresättning av hjärnvävnad (PbtO2) och intrakraniellt tryck (ICP) övervakning från cerebrospinalvätska (CSF) dräneringssystem. Den grundläggande principen för dessa dynamiska mätningar är densamma över metoder-ingångssignalen är blodtryck eller volymförändring. Den resulterande förändringen i det intrakraniella facket fungerar som utsignalen. Med hjälp av spontana fluktuationer av blodtryck och cerebralt blodflöde har forskare utarbetat flera matematiska metoder för modellering av autoregulatoriska index. I den här korta översynen kommer särskild uppmärksamhet att ägnas åt att överföra funktionsanalys och tidskorrelationsmetoden, med efterföljande nickar till wavelet-analys och projektionsökningsregression.
Överföringsfunktionsanalys
Överföringsfunktionsanalys (TFA) har sin grund på linjär, stationär modellering och en snabb Fouriertransformalgoritm för att beräkna spektrala uppskattningar av blodtryck och cerebralt blodflöde. Autoregulering, när den fungerar korrekt, dämpar påverkan av blodtryck på hjärnans blodflödeshastighet genom att förhindra direkt förökning av tryckvågformen vid lägre frekvenser (vanligtvis under 0,2 Hz). Två nyckelparametrar-gain och phase-shift – kan härledas från TFA vid varje frekvens. Förstärkningen återspeglar komprimeringen av hjärnans blodflödeshastighet amplitudförändringar som svar på blodtryck. Exempelvis betecknar en vinst på 0,65 att 65% av den relativa amplituden för cerebral blodflödeshastighet dämpas med avseende på en förändringsenhet i arteriellt blodtryck. Fasförskjutning kvantifierar tidsfördröjningen mellan blodtryck och hjärnflödeshastighet vid en given frekvens och representeras i grader eller radianer. Större fasförskjutningar mellan de två signalerna innebär att autoregulering korrekt buffrar det cerebrovaskulära trädet från blodtrycksförändringar. Observera att TFA endast kan rationalisera linjära förhållanden mellan arteriellt blodtryck och medelflödeshastighet, varför koherens vanligtvis följer med TFA för att testa linjäriteten mellan de två vågformerna. I allmänhet anses en koherens över 0,5 vara acceptabel för TFA. När det gäller frekvensband rapporteras värden för förstärkning, fasförskjutning och koherens i tre fack: mycket låg (0,02 till 0,07 Hz), låg (0,07 till 0,2 Hz) och hög (0,2 till 0,5 Hz) intervall. Högpassfilterprincipen för autoregulering översätter till minskningar av koherens och förstärkning med ökningar i fasförskjutning. Dessa moduleringar resulterar i den relativa desynkroniseringen mellan blodtryck och cerebrala blodflödesoscillationer. Dessutom, eftersom vasomotorisk anpassning är långsam och kräver ungefär 10 till 15 sekunder, är autoregulering sannolikt att fungera vid lägre frekvenser.
tidsdomänanalys
denna metod mäter graden av korrelation mellan blodtryck och olika cerebrala utsignaler. En rullande Pearson korrelationskoefficient beräknas mellan 30 på varandra följande, tidsgenomsnittliga (10 sek) värden av arteriellt blodtryck och cerebralt blodflöde (eller dess surrogater). Den resulterande koefficienten ger en uppskattning av autoregulatorisk funktion respektive för varje variabel. Koefficienten för genomsnittlig cerebral blodflödeshastighet är Mx, medan vävnadssyresättningsindex (TOx) härrör från NIRS. Sammantaget finns det över 20 index för cerebral autoregulering, vilket har uppenbara fördelar och nackdelar för autoreguleringsforskning. Kanske är det mest noggrant studerade indexet tryckreaktivitetsindex (PRx), som härrör från ICP istället för cerebral blodflödeshastighet eller vävnadssyresättning. Cerebral perfusionstryck (CPP = MAP – ICP) kan också ersättas med arteriellt blodtryck. Varje index anlitar en unik tröskel för nedsatt autoregulering, med ett intervall som spänner över 0,069 till 0,46, beroende på enheter som används för att mäta cerebralt blodflöde eller ett surrogat därav. I alla fall återspeglar en positiv korrelationskoefficient synkronisering mellan de två signalerna, vilket tyder på nedsatt cerebral autoregulering, varigenom systemiska tryck passivt sprids till hjärnkärlen. Under tiden innebär en negativ eller nära nollkoefficient aktiv buffring av hjärnkärlen mot blodtrycksförändringar och därmed intakt autoregulatorisk fysiologi.
wavelet-analys
detta tillvägagångssätt, även känt som multimodal tryckflödesanalys, representerar ett alternativ till de klassiska spektralanalyserna, såsom snabb Fourier-transformation, och beaktar både tid och frekvensinnehåll i signalen. Wavelet-analysen producerar kartor över fasförskjutning och koherens mellan blodtryck och cerebral blodflödeshastighet över ett frekvensområde och tidpunkter. Genom att tillämpa en minimal koherensgräns och fokusera analysen på områden i tidsfrekvenskartan med hög grad av korrelation ökar tillförlitligheten i fasförskjutningsberäkningen. Signalnedbrytning med wavelet-analys har också applicerats på vävnadssyresättning med användning av NIRS.
Projection Pursuit Regression
Projection pursuit regression (PPR) är en icke-parametrisk metod där en modell inte specificeras a priori men härrör direkt från variablerna av intresse (dvs. från arteriellt tryck och cerebralt blodflöde). Analysen modifierar en linjär överföringsfunktion mellan ingång (blodtryck) och utgång (hjärnblodflöde). En linjär autoregressiv överföringsfunktion passerar genom kärnfunktioner, även kända som åsfunktioner, bestämda genom att minimera det genomsnittliga kvadratfelet. Metoden karakteriserar det icke-linjära förhållandet mellan tryck och flöde och identifierar regioner där denna relation förändras. Förstärkningen (dvs. lutningen) av tryckflödesförhållandet inom varje region ger ett mått på effektiviteten av autoregulering inom den regionen. En intressant studie från 2016 av Santos et al. används PPR för att visa att patienter som lider av försenad cerebral ischemi (DCI) efter subaraknoidblödning hade distinkta hemodynamiska profiler angående de som inte lider av DCI. Författarna åberopade sedan tidigare hittade farmakologiska effekter på PPR-härledda autoreguleringsparametrar. Efter att ha kombinerat sina resultat med dessa parametrar hävdade forskargruppen att MyoGen dysfunktion leder till vasospasm, medan sympatisk överaktion och kolinerg dysfunktion leder till DCI, medan underskott i alla tre patofysiologiska mekanismer föder både vasospasm och DCI.
under de senaste två decennierna har dessa autoregulatoriska index också tjänat till att generera optimala cerebrala perfusionstryck och ideala tryckområden baserade på nedre och övre gränser för autoregulering. Steiner et al. publicerade en landmärkestudie 2002 med kontinuerlig autoreguleringsövervakning för att identifiera optimalt cerebralt perfusionstryck hos patienter med traumatisk hjärnskada. Detta optimala tryck beräknas genom att plotta cerebrala autoreguleringsindex mot ett blodtrycksintervall över 4-timmars övervakningsperioder och montera en U-formad kurva till data för att identifiera blodtrycksområdet vid vilket autoregulering är mest bevarad. Hypotesen kring detta fönster av cerebralt perfusionstryck är att hjärnarterioler kan upprätthålla ett konstant cerebralt blodflöde med största möjliga autoregulatoriska reserv vid dessa tryck. På en individnivå i den kritiska vårdinställningen presenterar en kontinuerlig uppskattning av ett idealiskt cerebralt perfusionstryck ett attraktivt mål för hemodynamisk hantering.