Dynamic Medicine, 2006; 5: 5-5 (más artículos en esta revista)

Un nuevo método para medir regional del flujo sanguíneo muscular continua usando NIRS cinética de información

BioMed Central
Shoko Nioka (nioka@mail.med.upenn.edu) [1], Ryotaro Kime (kime@tokyo-med.ac.jp) [1], Ulas Sunar (sunar@asa.upenn.edu) [1], Joohee Im (joohee@yahoo.com) [1], Meltem Izzetoglu (meltem@cbis.ece.drexel.edu) [1], Jun Zhang (jun@yahoo.com) [1], Burak Alacam (alacab@rpi.edu ) [1], Britton Chance (chance@mail.med.upenn.edu) [1]
[1] Departamento de Bioquímica y Biofísica, Facultad de Medicina de la Universidad de Pennsylvania, Filadelfia, PA 19104, EE.UU.

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Resumen
Fondo

Este artículo introduce un nuevo método para vigilar continuamente regional del flujo sanguíneo muscular mediante el uso de Espectroscopía de Infrarrojo Cercano (NIRS). Estamos demostrar la viabilidad del nuevo método de dos maneras: (1) mediante la aplicación de este nuevo método para determinar el flujo sanguíneo a NIRS datos experimentales durante el ejercicio y la isquemia, y (2), simulando la oxigenación del músculo y el flujo de sangre utilizando estos valores de nuevo desarrollo ecuaciones de recuperación durante el ejercicio y la isquemia.

Métodos

Deoxy (Hb) y oxyhemoglobin (HBO 2), ubicado en la sangre ofthe músculo esquelético, llevar dos relaciones internas entre el flujo sanguíneo y el consumo de oxígeno. Uno de ellos es un principio de transferencia de masa y la otra describe una relación entre el consumo de oxígeno y la cinética de Hb en un compartimento de dos modelos. Para controlar el flujo de sangre continuamente, la transferencia de estas dos relaciones en dos ecuaciones y calcular el flujo de sangre con la diferencia de información de HBO 2 y Hb. Además, estas ecuaciones se utilizan para simular la relación entre el flujo sanguíneo y reoxygenation cinética después del manguito de isquemia y un ejercicio ligero. Nueve sujetos sanos como voluntarios para el manguito de isquemia, la luz brazo ejercicio y ejercicio con el brazo del manguito de isquemia para el estudio experimental.

Resultados

Análisis de datos experimentales de isquemia y del manguito de luz ejercicio utilizando el nuevo ecuaciones muestran un mayor flujo de sangre (de cuatro a seis veces más que los valores de descanso) durante la recuperación, de acuerdo con hallazgos anteriores. Además, la simulación y estudios experimentales de isquemia y del manguito de luz ejercicio de acuerdo entre sí.

Conclusión

Nos demuestran la exactitud de este nuevo método por el que muestran que el flujo de sangre obtenida del método de acuerdo con los datos anteriores, así como con datos simulados. Llegamos a la conclusión de que esta novela continuo flujo sanguíneo método de vigilancia puede proporcionar la información del flujo sanguíneo no invasiva con NIRS.

Fondo

Espectroscopía de Infrarrojo Cercano (NIRS) se ha utilizado para medir regional músculo esquelético deoxygenation [1 - 4] mediante la presentación de un equilibrio entre el suministro de oxígeno y la demanda en el tejido muscular. NIRS es beneficiosa, ya que es no invasivo y no restringe las actividades en curso en los acontecimientos deportivos, como el esquí [5] y patinaje [6]. Además, se utiliza para medir el tejido muscular local circulación, es decir, el flujo de sangre [7] y el consumo de oxígeno ( O 2) [8]. La validez de estas mediciones y su relación con el metabolismo global ha sido bien establecido [9, 10]. De este modo, la tecnología NIRS contribuye a la comprensión del metabolismo muscular regional de O 2 y los sistemas de transporte.

NIRS es un método único ya que la hemoglobina en las embarcaciones más pequeñas se pueden detectar con mayor sensibilidad de lo que puede estar en buques más grandes cuando la sonda se encuentra en la superficie de un músculo. La mayor parte de la hemoglobina en NIRS información proviene de los buques de menos de 2 mm [11]. Esta sensibilidad característica de NIRS favorece la medición de la microvasculatura del músculo regional. Por otro lado, es difícil predecir la distribución de hemoglobina relación entre la arteria, capilar y venosa. Sin embargo, NIRS mediciones están bien validados y son en general compatibles con otros métodos [7 - 10, 12]. El consumo de oxígeno y el flujo sanguíneo de los músculos regionales de NIRS (venoso y arterial de oclusión métodos) han sido comparados con los métodos más global, gran flujo arterial utilizando el método Doppler tisular y el flujo mundial utilizando pletismografia, y las diferencias se han encontrado. Por ejemplo, IIN-regional determinará el flujo sanguíneo muscular cambio con el ejercicio más que con el flujo sanguíneo global, mundial, mientras que otros métodos muestran un mayor valor inicial y menos de cambio con el método NIRS. Esto puede ser entendido desde las mediciones de los métodos globales son un promedio de otros tejidos, tales como los huesos y la piel u otros músculos vecinos. Es evidente que el método NIRS medidas regionales más el flujo sanguíneo de la microvasculatura de un músculo que los métodos de utilización de grandes arterias y tejidos mundial. Además, desde NIRS objetivos de flujo de glóbulos rojos en la microvasculatura y los que están directamente relacionados con la disponibilidad de oxígeno, basada en NIRS el flujo sanguíneo es más importante y más cerca de parámetros para el transporte de O 2 que las grandes flujo sanguíneo arterial. Por lo tanto, es de gran utilidad para desarrollar un método exacto de sangre regional de medición de caudal mediante NIRS. Sin embargo, los NIRS medición del flujo sanguíneo por una oclusión venosa de maniobra, los resultados en las mediciones intermitente y no siempre es conveniente hacer oclusión cada 10 segundos. Otras tecnologías utilizadas para la vigilancia de la circulación de la sangre - ecografía Doppler [13], RM [14], y el PET [15] - también puede ser problemático, ya que requieren muchas restricciones en el rendimiento muscular y no siempre están disponibles. Por lo tanto, es conveniente encontrar un modo de medir el flujo sanguíneo muscular durante el ejercicio sin perturbar el rendimiento muscular en acontecimientos deportivos.

En esta investigación, se introduce un nuevo método que mide el flujo de sangre utilizando la información de tejido de hemoglobina en la sangre disponible con NIRS. La determinación del flujo sanguíneo se logra mediante el cálculo del flujo sanguíneo de los dos siguientes ecuaciones usando los datos sobre IIN deoxy-hemoglobina (Hb) y la oxihemoglobina (HBO 2): 1) una ecuación de transferencia de masa de [HBO 2] y 2) una ecuación que describe la tasa de aparición de Hb exactamente como análoga a la tasa de consumo de oxígeno, O 2, con un compartimento de dos modelos de distribución de hemoglobina. Similares se obtienen ecuaciones para describir 1) ejercicios isométricos en el inicio de la oxigenación como una indicación de O 2 utilizando un período de tres compartimento modelo [16], y 2) entrada y salida hemodinámica debido a los efectos de la compresión externa en el ser humano de mama con un compartimento de dos modelos [17]. Además, desde estas dos ecuaciones describir las relaciones entre el flujo sanguíneo, consumo de oxígeno y la oxigenación del tejido muscular, también los utilizan para una herramienta de simulación.

Así, en este estudio, introducir las ecuaciones para describir el flujo de sangre con Hb 2 y HBO y cinética O 2 en un período de dos compartimiento modelo. Luego, aplicamos las concentraciones de Hb y HBO 2 ([Hb] y [HBO 2]) en los músculos del brazo experimental NIRS de datos para calcular el flujo de sangre / salida, observada en manguito de isquemia y ejercicio ligero. Además, utilizando las ecuaciones, simular y describir las relaciones entre el flujo sanguíneo y la cinética de reoxygenation brazalete brazo durante la isquemia y el ejercicio. Por último, comparamos calculado el flujo sanguíneo diferencial mide utilizando información de [Hb] y [HBO 2] para casos simulados, así como a las conclusiones anteriores, y encontrar buen acuerdo entre ellos. Por lo tanto, demostrar la viabilidad de la novela método regional para controlar el flujo sanguíneo muscular continuamente por NIRS.

Métodos
Principio de sangre continuo de medición de caudal usando [HBO 2] y [Hb] cinética

El principio de medición del flujo sanguíneo se basa en el diferencial de información de [Hb] y [HBO 2] obtenidos por el NIRS. El NIRS datos pueden ser obtenidos por el NIRS colocar la sonda en un músculo de interés y la realización de un experimento, como el del manguito de isquemia y ejercicio ligero, que provoca cambios en el músculo [Hb] y [HBO 2]. El flujo sanguíneo cálculos se basan en un compartimento de dos modelos, donde toda la sangre en el tejido pertenece a una bien arteriales o venosas, incluyendo compartimiento capilares. La primera describe la ecuación de conservación de la masa en los dos compartimentos del músculo.

d [HBO 2] / dt = Q * S a O 2 - Q v v * S O 2 -- O 2 (1)

[HBO 2] es una concentración de HBO 2 (μ M / kg de tejido), y una Q Q v son el flujo sanguíneo arterial y el flujo de sangre venosa, respectivamente, expresados en masa de hemoglobina como MTHb μ / seg / kg de tejidos o MTHb μ / seg / kg. O 2 es la tasa metabólica del tejido, expresada en la capacidad de carga oxyhemoglobin μ MHbO 2 / seg / kg de tejido. Tenga en cuenta que estos dos parámetros, y Q O 2, comparten las mismas unidades, es decir, concentración de hemoglobina (total o oxyhemoglobin) por segundo en un tejido kg. Esto es similar a la comparación de O 2 Q disponibilidad de O 2 y la utilización de O 2, utilizando la misma unidad de cualquiera ml O 2 / g min/100 o μ M de O 2 / g. min/100 (La traducción de 1 μ M de hemoglobina O 2 es la capacidad de carga equivalente a 4 μ M de O 2, y 1 μ M Hb O 2 / seg / kg de cualquiera y Q O 2 se traduce a 24 μ M de O 2 / g min/100, o 0,54 ml O 2 / g min/100 ( O 2) y 3 ml blood/min/100 g (Q).)

S v O 2 es la saturación de hemoglobina con el oxígeno en la sangre venosa:

Del mismo modo S a O 2 es la saturación de hemoglobina con el oxígeno en la sangre arterial, que se supone que es 100%.

Ecuación 3 explica que el oxígeno se extrae de oxyhemoglobin, que se convierte en deoxyhemoglobin con la misma tasa que O 2 y algunos se pierde a través de la salida venosa.

d [Hb] / dt = O 2 - Q v (1 - S v O 2) (3)

Con las ecuaciones (1), (2), y (3), llegamos a las soluciones de uno y Q Q v como se indica a continuación;

[HBO 2] representa una HBO 2 en la tensión arterial, y [HBO 2] representa el total de oxyhemoglobin ([HBO 2] = [HBO 2] a + [HBO 2] v). Las ecuaciones (4) y (5) demostrar que podemos calcular el flujo sanguíneo del tejido, entrada y salida, por separado, con un [HBO 2], [Hb], y [HBO 2] a, así como los cambios de [HBO 2] y [Hb], y O 2. El necesario descanso valores normales del tejido muscular [Hb] y [HBO 2] en las ecuaciones se puede medir por un dominio de la frecuencia (FD) dispositivo (IQ sistema [18, 19]] en el brazo dedo de la mano los músculos flexores. O 2 información también puede ser medido por la pendiente de HBO 2 desaparición durante el brazalete de tratamiento [8].

El estado inicial de reposo el músculo se encuentra bajo el estado de equilibrio, por lo tanto, la afluencia es la misma que la salida (Q a = Q v). La entrada y salida de los músculos del brazo, y una Q Q v correlaciona directamente con THB, ([HBO 2] + [Hb]) y los cambios en la ecuación siguiente;

dTHb / dt = Q - Q v (6)

Ecuación 6 se establece que los cambios en THB se atribuyen a la hiperemia, el desequilibrio entre una y Q Q v que suele ser visto en la fase de recuperación de cualquiera de isquemia o el ejercicio. Ambas situaciones se producen debido a la situación de hipóxico el tejido muscular antes de la hiperemia [20]. Oxigenación se define por

Oxigenación = [HBO 2] - [Hb] (7)

Oxigenación (μ m / kg) se utiliza como un indicador de relativa saturación de oxígeno del tejido muscular cuando los valores absolutos de saturaciones no se conocen [1], y puede ser valor negativo. Oxigenación valores muestran cómo la simple expresión de Oxigenación ([HBO 2] - [Hb]) pueden representar valores relativos de saturación en comparación con STO 2 y SvO 2 en las cifras que describen los datos experimentales (Figuras 1, 2, 3], así como la simulación (Figuras 4, 5].

Sto 2 = [HBO 2] / THB (8)

Sujetos y materiales

El protocolo fue aprobado por el IRB de la Universidad de Pensilvania. Nueve voluntarios sanos de edades comprendidas entre los 21 a 30 años de acuerdo para llevar a cabo un brazo del manguito de isquemia durante tres minutos con NIRS (IQ sistema, incorporado NIM, Filadelfia), que sirvió de descanso muscular inicial parámetros, así como tiempo continuo de espectros [HBO 2] y [Hb]. Seis de ellos también realizó el manguito de isquemia seguido por un período de 90 segundos empuñadura ejercicio con un espectrómetro de onda continua (CWS) IIN dispositivo. Gemelos isquemia se impuso por tres minutos en el antebrazo a la presión de 220 mmHg y cinco minutos el tiempo de recuperación período se observó. La luz agarre del brazo de ensayo fue de 90 segundos en el 25% de MVC con una frecuencia de 0,5 Hz. La intensidad de trabajo se determinará mediante un dinamómetro. También hicimos brazo ejercicio en el 75% MVC (0,5 Hz), con el brazalete en 3 temas.

Frecuencia de dominio NIRS se utilizó para calcular el brazo en reposo absoluto tejidos concentraciones de HBO 2, Hb, S t O 2 y VO 2 de la oclusión arterial, antes de la isquemia, el ejercicio y la isquémica del ejercicio protocolos, de acuerdo con la absorción y la dispersión de los coeficientes [21]. La CWS se utilizó en los protocolos, y se ha utilizado un 3 longitudes de onda con diodos emisores de luz a 735, 805 y 850 millas náuticas, lo que a su vez medido y HBO Hb 2 cambios de concentración de la empuñadura tejidos musculares - Δ [Hb] y Δ [ HBO 2] [22].

El análisis de los datos

El cálculo del flujo sanguíneo de cada una de las necesidades de descanso de valores [HBO 2], [Hb] en cada tema. Para convertir el Δ [Hb] y Δ [HBO 2] obtenido con el CWS a la absoluta concentración, [Hb] y [HBO 2] en el manguito de isquemia y el ejercicio de datos, nosotros añadimos los valores de los músculos del brazo en reposo medido por el coeficiente intelectual sistema para el CWS datos. CWS datos se suavizan con una 3 ª para montaje (Matlab) y expresada como Δ [Hb] y Δ [HBO 2]. A continuación, el curso temporal del CWS se analizó el contenido de una Q y Q v. Otro parámetro necesario para una Q y Q es v O 2, y en la isquemia de protocolo, es proporcionada por la pendiente de HBO 2, O 2 se supone que es la misma en toda la medición. Sin embargo, en el ejercicio de protocolo, O 2 se supone que han aumentado 5 veces [23]. La arterial y venosa [HBO 2] son también necesarias para el cálculo del flujo sanguíneo y se calculan a partir del volumen de sangre venosa ratio de 28,3% / 71,7%. Esta relación proviene de la saturación venosa de la sangre que se supone estar cerca de 49,1% [24].

Para la simulación, utilizamos los valores medios medidos a partir del 9 sujetos sanos con los sistemas de IQ, que se muestra en la Tabla 1. La media medida de descanso relacionados con los valores de hemoglobina de los 9 sujetos sanos son [Hb] y [HBO 2] como 35,8 y 62,3 μ M / kg, respectivamente, del volumen sanguíneo ([Hb] + [HBO 2]) 98,1 μ M / kg, y tejidos como la saturación de 63,5%. El consumo de oxígeno de 0,185 μ M HBO 2 / seg / kg es análoga a 0,1 ml de O 2 / g min/100, y es similar a los datos publicados [12]. Estos se utilizan como valores iniciales de descanso para la simulación. Todos los demás valores necesarios para las simulaciones son también mencionados en el cuadro 1, con las hipótesis se indica en los comentarios. Asumimos la concentración de hemoglobina de 12,8 g en 100 ml de sangre, y que cada gramo de hemoglobina se une a 1,31 ml de O 2, 0,3 ml de O 2 disuelto en los 100 g de la sangre. El Q A, Q v valores de 0,33 μ M THB / seg / kg son análogos a 0,99 ml blood/min/100 g de tejido, que es similar a los datos publicados [12].

En el ejercicio modelo, asumimos que el 25% MVC dedo flexor ejercicio produjo cinco veces más O 2 de descanso valor. Al final, los O 2 se recuperó hasta el descanso estado dentro de 20 segundos. Luego 3 simular las condiciones de recuperación del flujo sanguíneo, 1) como el descanso, 2) 4 veces, y 3) 10 veces el flujo sanguíneo en reposo. Matlab software se utiliza para ejecutar la simulación de algoritmos y procedimientos de montaje.

Resultados
Mediciones continuas de flujo de sangre utilizando la información cinética de NIRS
Simulación del flujo sanguíneo, y su relación con la cinética de reoxygenation
Discusión
Las ventajas y desventajas del método de medición del flujo sanguíneo

Se introduce un nuevo método para medir continuamente el flujo sanguíneo arterial (Q) y flujo venoso (Q v), a través de la señal NIRS de Hb y HBO 2. A continuación, demostrar la viabilidad de la utilización del nuevo método durante la isquemia muscular y ejercicio. Este método no requiere de dispositivos adicionales o maniobras ya que la información proporcionada por NIRS es suficiente para calcular el flujo sanguíneo. Por lo tanto, se trata de una novela, no invasiva y continua método de flujo sanguíneo que puede ser utilizado en muchos lugares de ejercicio muscular deportes, así como en su aplicación clínica en tiempo real. Este método se suma a la importancia de NIRS, ya que la concentración de oxígeno proporciona la información, así como el flujo sanguíneo y la tasa metabólica oxidativa de los músculos. Esta información proporcionará a los principales parámetros fisiológicos y contribuir a una mejor comprensión del metabolismo del músculo esquelético y la circulación en sanos y enfermos músculos.

Además de las ventajas de este método se ha mencionado anteriormente, podemos utilizar la describe como ecuaciones herramienta de simulación para explicar los casos de alta o baja durante deoxygenation perturbaciones y / o recuperación de reoxygenation. Esto es muy importante en el diagnóstico de la enfermedad vascular y la miopatía [3, 27, 31 - 33], así como al estudiar los diferentes tipos de fibras musculares y los procesos metabólicos implicados [30]. Ejemplos de simulación que pueden ser utilizados para interpretar la cinética reoxygenation la isquemia en los estudios, así como la recuperación de los protocolos de ejercicio muscular, se ponen de manifiesto. En ambos isquemia y una luz los modelos de ejercicio, es evidente que la recuperación de deoxygenated músculo necesita mayor flujo de sangre que el flujo de descanso, independientemente de las condiciones antes de músculo, porque descansa el flujo de sangre sólo es suficiente para mantener el estado de equilibrio del mismo nivel de oxigenación. A continuación, investigar la relación entre el flujo sanguíneo y la mitad de tiempo reoxygenation en la recuperación de la isquemia y la luz ejercicio. Diversas corrientes de sangre en la recuperación son simuladas y que se resumen en la Figura 6. Los resultados muestran que tanto la isquemia y la luz ejercicio modelos tienen relaciones recíprocas entre el flujo sanguíneo y reoxygenation, lo que demuestra que reoxygenation es generalmente un buen indicador del aumento del flujo sanguíneo en esos modelos. Tenga en cuenta que las diferencias entre los dos modelos son causados principalmente por el escaso oxígeno deuda tratada en el caso de ejercicio liviano, donde la entrada de O 2 de deuda a un 10% del total O 2 gastos durante el ejercicio se produjo la luz durante 20 segundos. En el ejercicio modelo, hay un retraso en la aparición de reoxygenation y el más lento reoxygenation medio tiempo en la recuperación que el de modelo de isquemia (Figura 6]. Este fenómeno se ha observado en muchos estudios anteriores [30], y una mayor deuda de oxígeno en relación con su flujo de sangre podría ser el caso para explicar el lento reoxygenation. Esta cuestión debe ser cuidadosamente investigado más en el futuro, pero está fuera del alcance de esta investigación de viabilidad.

Otra característica del nuevo método es que ambos arterial y el flujo de sangre venosa (Q y una Q v), se puede obtener por separado. El NIRS es muy sensible a las diferencias de uno y Q Q v por el volumen de sangre diferencial de información, por lo tanto, es necesario separar estos entrada y salida mediciones con el fin de obtener precisión las mediciones del flujo sanguíneo. A nuestro entender, este método es el primero en dar un tanto Q y Q v separado de los músculos regionales mediciones de flujo sanguíneo. Por lo tanto, no ha habido una publicación anterior para comparar ambos y una Q Q v con nuestros datos. Sin embargo, los resultados de nuestros datos en general de acuerdo con estudios anteriores [23, 25 - 28].

Una de dos compartimiento modelo de distribución de hemoglobina es necesaria para obtener las mediciones de flujo sanguíneo, y una Q Q v. Sin embargo, hemoglobina distribuye arterias, capilares y vasos venosos, y la concentración de oxígeno cambia constantemente de las pequeñas arteriolas hasta el final de NIRS venas visibles. Los dos compartimentos del modelo de hemoglobina determina la ubicación sólo dos valores medios de [HBO 2] y [Hb]. El compartimiento arterial es secuestrada en la ecuación, y cualquier participación de los cambios en la saturación o el volumen de sangre se interpreta como que ocurren en el compartimiento venoso. Si el sistema biológico no puede sostener los dos compartimentos modelo, entonces la medición del flujo sanguíneo puede dar lugar a algún error. Por ejemplo, el compartimento arterial puede aumentar su capacidad y se reflejan luego arterializations del compartimiento venoso. Sin embargo, uno puede considerar que la arteriola puede transportar oxígeno y, por consiguiente, pueden tratarse como venosa en nuestros dos compartimentos modelo. Sin embargo, nuestra definición del "compartimento venoso" es un compartimento, donde el actual volumen de sangre cambia su contenido por difusión o convección, por lo tanto, esto incluye arteriola que son capaces de intercambiar oxígeno. Además, tratamos este volumen venoso en el compartimiento venoso mixto como un volumen de sangre con un valor promedio de Hb, HBO y 2, aunque sabemos que debe haber disminución de la saturación a lo largo de la longitud capilar arterial de lado a lado venosa [34, 35 ]. A pesar de la simplificación excesiva del sistema biológico, los acuerdos de nuestros resultados a los demás puede venir del hecho de que el NIRS es mucho más sensible a las embarcaciones más pequeñas que a mayor tamaño [11]. La diferencia entre arterial y venoso del compartimiento de aquí no es anatómica, pero la funcionalidad de los buques, donde la arteria es sólo el desempeño saturado de sangre venosa para el compartimiento, mientras que el sistema venoso de transporte de oxígeno por difusión y convección.

La naturaleza específica del continuo flujo de sangre utilizando NIRS

NIRS medidas de la microvasculatura en lugar de la distribución anatómica de los buques [11] que hace que esta medición del flujo sanguíneo más útil en los músculos regionales. Por lo tanto, esperamos que los resultados de los cálculos del flujo de sangre pueden diferir de las técnicas convencionales. La hemoglobina es utilizado como una sonda para medir el flujo sanguíneo, por lo tanto, cualquier discrepancia en relación con el flujo de glóbulos rojos frente al flujo de plasma y glóbulos rojos en el flujo capilar versus gran flujo de buques dará lugar a una diferencia en los valores del flujo sanguíneo. Van Beekvelt señaló que el NIRS dio un menor flujo sanguíneo que la medición pletismógrafo. El uso de NIRS información para medir el flujo sanguíneo más bajos resultados en contraposición a la medición de buques de mayor tamaño crea unos problemas. En primer lugar, los flujos de glóbulos rojos cinco veces más lento en los capilares [36] que en los buques más grandes. En segundo lugar, el hematocrito es del 20% menos de que en la sangre de los buques más grandes [37]. En tercer lugar, la cruz roja células capilares intermitente, mientras que el plasma es continuo flujo [38]. Por último, desde NIRS visibles son los buques más pequeños, su hematocrito baja y menor caudal como resultado un flujo de sangre más pequeña que el cálculo total del flujo sanguíneo [39].

A los efectos de la medición del flujo sanguíneo, este documento no establece ninguna diferencia entre mioglobina (Mb) y Hb. Sin embargo, mioglobina está presente en los músculos. El molar de la contribución Mb en el NIRS se estima en no más del 50% y la óptica de la equivalencia es de 20% [40] que comprende una gran contribución en el NIRS. Nuestra total concentración de hemoglobina en los músculos del brazo es 98,1 μ M / kg. Suponiendo 12,8 g/100 ml de sangre total (12,8 * 10/64 mM) y comparar a toda la concentración de hemoglobina en la sangre, podemos calcular la concentración sanguínea en los músculos del brazo para ser aproximadamente el 5%. Esto es razonablemente cerca de la concentración sanguínea del tejido, por lo que no esperamos una alta contribución Mb. Con el hecho de que el total de brazo de hemoglobina es subestimado por el volumen parcial problema, el tejido debajo de la sonda NIRS, a saber, la grasa y la piel contribuirá a la menor concentración estimada de sangre, hay tanto como el 20% de Mo en los músculos. Mb es ignorado en las ecuaciones de arriba teniendo en cuenta la capacidad de oxígeno en la sangre y los miocitos como un compartimento. Además, la saturación de oxígeno en la Mb es tratada como Hb en los capilares. Por lo tanto, el flujo sanguíneo puede haberse sobrestimado como la contribución Mb se tuvo en cuenta cuando el músculo se vuelve muy hipóxico y se convierte en desaturated Mb. A la luz ejercicio incluidos menos de 3 minutos del manguito de isquemia, no tiene peso significativo de desaturación Mb [39]. Desde Hb y Mb puede paralelas entre sí [41, 42] y el gradiente de oxígeno, el momento de los cambios en el flujo de sangre puede causar la sobreestimación de flujo sanguíneo en respuesta a la baja saturación de los tejidos cuando la desaturación se produce Mb.

Teniendo en cuenta estas diferencias, este método de medición puede ser utilizado para describir el flujo sanguíneo en una situación de bajo flujo. Figura 7 describe un caso en que una parte muy pequeña del flujo sanguíneo puede ser detectado que puede ser difícil de medir con exactitud por otras modalidades. En la Figura 7, incompleta del manguito de isquemia se impuso en un brazo a 160 mmHg, y el aumento gradual en un Q Q v y se observan bajo el brazalete, y la saturación de hemoglobina se convierte en el estado de equilibrio a 5 min del manguito de isquemia. A pesar de que el flujo de sangre es muy lento, podemos observar el aumento del flujo sanguíneo, mostrando la adaptación fisiológica de la circulación del brazo y la sensibilidad y la fuerza de esta técnica de medir el flujo sanguíneo.

Figura 7 demuestra también que la Q y una Q v no siempre son simultáneas - real drenaje de sangre venosa se produjo al comienzo del manguito y, al final, la tensión arterial en el músculo y venosa salida se retrasa hasta el músculo está suficientemente lleno con la sangre. Esto indica la posibilidad de que detecte entrada y salida se puede utilizar para entender mejor las funciones fisiológicas durante el ejercicio ensayos.

El más común local del flujo sanguíneo muscular método de medición es el ultrasonido Doppler del flujo sanguíneo [13]. Se utiliza en grupos de músculos más grandes, ya que obtiene información de los buques de mayor diámetro, como la arteria braquial [25] y la arteria femoral y produce por segundo volumen cantidad de la velocidad. El método proporciona información sobre el transporte de oxígeno todo el músculo o grupos efectos ejercicio completo [43 - 45]. Por otra parte, el NIRS técnicas regionales más el flujo sanguíneo muscular utilizando una técnica de oclusión venosa [7], y Hb, HBO 2 NIRS de datos. Sin embargo, la venosa o arterial de oclusión técnicas no son una medición continua y pueden perturbar el ejercicio de rendimiento. Este nuevo método se presenta en este documento se centra en el flujo sanguíneo regional y proporciona una medición continua, así como en tiempo real. Por otra parte, supera las situaciones difíciles cuando el equipo adicional y la manipulación no son posibles. Esta técnica se añade a la importancia de NIRS, ya que los datos pueden interpretarse mediante el examen de la relación entre la oxigenación de tejidos y los cambios del flujo sanguíneo. Esto es importante para el diagnóstico y la interpretación de rendimiento muscular y la fisiología.

Las ecuaciones se ha señalado anteriormente han demostrado ser útiles en el cálculo de la sangre entrada y salida. Desde que O 2 debe ser conocido con el fin de analizar el flujo sanguíneo de datos, la precisión de la medición del flujo sanguíneo depende de O 2. Si O 2 no se mide, entonces las hipótesis se pueden hacer de la literatura anterior, como lo hicimos en el 25% empuñadura ejercer caso (Figura 2]. Si la hipótesis de O 2 es lo suficientemente cerca, entonces el flujo de sangre valores son correctos. Dado que no sabemos cómo estas diferentes O 2 se encuentran entre los sujetos, la exactitud no puede ser examinada en el presente documento. Cuando buscamos mayor precisión, debemos diseñar experimentos que podemos medir O 2, ya sea simultánea o en otro momento en el mismo tema. Simultánea O 2 de medición utilizando un protocolo de isquemia se muestra en la Figura 1 y 3. Otro supuesto es necesario, es de S v O 2. Esto es importante para proporcionar [HBO 2] y un [HBO 2] v. Se utilizó sangre venosa arterial ratio de 28,3% / 71,7%, calculada a partir de S t O 2 (nuestra medición) y S v O 2 [46] para calcular [HBO 2] y v [HBO 2] uno en el presente documento. Sin embargo, esta hipótesis sólo es fiable en sujetos sanos ya que no sabemos si las personas enfermas o los atletas de élite tienen diferentes valores. S v O 2 de medición de la toma de muestras de sangre venosa puede ser una buena solución, sin embargo la toma de muestras de sangre venosa estar contaminados de otros tejidos, tales como la anastomosis y la piel y el hueso. La mayoría de sangre venosa de los músculos consiste en una mezcla de sangre de los capilares y de maniobras de buques, por lo tanto, su "saturación es más alta que la de salida capilar. En este caso, puede ser más fiable para utilizar S v O 2 de no-invasiva técnica de oclusión venosa [46, 47], a fin de medida más precisos orientados mirovascular el flujo sanguíneo.

Otra cuestión se refiere a descansar [Hb], [HBO 2], que son necesarios para el cálculo. La cantidad absoluta de [Hb], [HBO 2] se puede medir de TRS, espectroscopía de dominio de la frecuencia, así como CWS con la detección de múltiples longitudes de onda múltiples o métodos. Sin embargo descanso [Hb] y [HBO 2] en los músculos humanos se han medido sólo por unos pocos investigadores ([48], el presente documento). Es posible usar asumido valores (Tabla 1] en los individuos sanos. Sin embargo tendremos que validar el flujo de sangre valores.

Resumen y conclusión

Se introduce un nuevo flujo de sangre por método de medición no invasiva y continua el flujo sanguíneo regional de vigilancia a través de la señal NIRS. Este método usa la información diferencial de músculo y HBO Hb 2, y pueden ser controlados en tiempo real. Estamos demostrar la viabilidad del método de medir que muestra el flujo de sangre a tiempo durante la isquemia y la luz ejercicio en los músculos del brazo, y por la simulación de estos dos modelos usando las ecuaciones en los que el método se basa. Estos flujo sanguíneo perfiles de tiempo de acuerdo con los datos anteriores, así como los demás. Así llegamos a la conclusión de que este método está disponible para el uso para la actividad muscular estudios en el futuro.

Agradecimientos

Damos las gracias a Guoqiang Yu, Gwen Lech para la asistencia técnica. Grant recibo; apoyados por NIH subvención, HL44125