معلومة

الهيموجلوبين المؤكسج في التصوير بالرنين المغناطيسي

الهيموجلوبين المؤكسج في التصوير بالرنين المغناطيسي


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

قرأت الجملة التالية:

نظرًا لأن هذا الهيموغلوبين المؤكسج لا يتأثر بالمجالات المغناطيسية ، فإن استجابة إشارة التردد الراديوي (RF) التي يتم إرجاعها إلى ماسح الرنين المغناطيسي الوظيفي تكون أقوى عندما يكون هناك المزيد من نشاط الدماغ وبالتالي المزيد من الهيموغلوبين المؤكسج في أنسجة المخ.

لا يتفاعل الهيموجلوبين المؤكسج مع المجالات المغناطيسية ، بينما يتفاعل الهيموجلوبين غير المؤكسج. لذا من وجهة نظري ، إذا كان هناك المزيد من نشاط الدماغ وبالتالي المزيد من الهيموجلوبين المؤكسج ، فيجب أن تكون الإشارة أضعف لأن الهيموجلوبين المؤكسج لا يتفاعل مع المجال المغناطيسي؟ لماذا هو العكس؟


أعتقد أن نوع الرنين المغناطيسي الوظيفي الذي تشير إليه هو الرنين المغناطيسي الوظيفي المعتمد على مستوى أكسجة الدم أو الرنين المغناطيسي الوظيفي BOLD.

المبدأ الكامن وراء التصوير بالرنين المغناطيسي بشكل عام هو اكتشاف إشارات البروتون من جزيئات الماء. يتم إنشاء إشارة البروتون عن طريق جذب البروتونات في الأنسجة ، مما يؤدي إلى تغير دورانها. تعطل الموجة الراديوية القوية اللاحقة هذا الدوران ويمكن الكشف عن مرحلة الاسترخاء التالية للبروتونات إلى الحالة الأصلية بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي. الماء ، ومن ثم البروتونات ، موجودان في كل مكان في الجسم ، بما في ذلك الدماغ والدم.

يغير الهيموغلوبين غير المؤكسج (الهيموغلوبين بدون أكسجين) في الدم إشارة البروتون في محيطه المباشر بسبب الخصائص المغناطيسية لنقص الأكسجين الهيموغلوبين. يحدث هذا بسبب حقيقة أن الهيموغلوبين غير المؤكسج هو مغناطيسي و يقلل من إشارة البروتون. في الواقع، فإن تم اعتبار التأثير البارامغناطيسي لـ deoxyhemoglobin بمثابة ضوضاء في فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي، قبل أن يتضح استخدامه في BOLD-fMRI. لا يمتلك الهيموغلوبين المؤكسج هذه الخاصية.

لدى Radiopaedia شرح جيد لكيفية استخدام إشارة BOLD بالضبط في BOLD fMRI ، وأقتبس:

عندما تزيد منطقة معينة من القشرة من نشاطها استجابة لمهمة ما ، فإن الجزء المستخرج من الأكسجين من الشعيرات الدموية المحلية يؤدي إلى انخفاض أولي في الهيموجلوبين المؤكسج [...]. بعد تأخير من 2-6 ثوانٍ ، يزداد تدفق الدم في المخ (CBF) ، مما يؤدي إلى زيادة الهيموجلوبين المؤكسج ، غسل ديوكسي هيموغلوبين ومعه التأثير المخفف على إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي. يتم تصوير هذا الارتداد الكبير في أكسجة الأنسجة المحلية ، حيث يترافق مع زيادة في إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي. يتم استخدام الاختلاف لتوليد استجابة BOLD fMRI.

لذا فإن نشاط الدماغ يزيد من إشارة BOLD عن طريق التقاط تغيرات الأكسجين بعد زيادة تدفق الدم إلى هذا الجزء المحدد من الدماغ.

حتى بيانك[...] إذا كان هناك نشاط أكبر للدماغ وبالتالي زيادة الهيموغلوبين المؤكسج ، يجب أن تكون الإشارة أقل قوة لأن الهيموغلوبين المؤكسج لا يتفاعل مع المجال المغناطيسيغير صحيح ، لأن أوكسي هيموغلوبين يخفف من إشارة البروتون.


كيف يتم استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي للتعرف على الدماغ؟

أنا عالم أبحاث في جامعة برينستون. أنا أدرس كيف يتطور الدماغ عند الأطفال. مع تقدم الأطفال في السن ، يتعرضون لتحديات جديدة ، مثل القراءة وتعلم السباحة. أنا مهتم بدراسة كيفية تغير الدماغ عندما يواجه الأطفال تحديات معرفية جديدة عندما يكبرون. خارج المختبر ، أستمتع بالرقص والرسم واللعب مع كلبي. *[email protected]

نا يون كيم

أنا عالم أعصاب معرفي في جامعة برينستون. أنا أدرس كيف نولي اهتمامًا لأشياء محددة - كيف تساعدنا أدمغتنا في العثور على صديق في وسط حشد من الناس ، ولعب ألغاز الصور المقطوعة ، وملاحظة الأشياء المثيرة للاهتمام من العالم؟ أنا مهتم بشكل خاص بكيفية تغير هذه القدرات مع نمو الأطفال. خارج المعمل ، أستمتع بلعب التنس والجري والسفر إلى أماكن جديدة.

سابين كاستنر

أنا عالم وأستاذ في جامعة برينستون ، وأقوم بدراسة كيفية استخدام الناس لأدمغتهم للانتباه إلى أنشطة معينة (على سبيل المثال ، كيف يمكن أن لا تسمع والديك يناديان لتناول العشاء عندما تلعب لعبة فيديو أو تقرأ كتابًا ؟). كما أنني أستمتع بقضاء الوقت مع طفليّ وأحب فرقة البيتلز.

المراجعين الشباب

أكاديمية ديلورث ستيم

تمت مراجعة هذا المقال من قبل طلاب الصف الثامن بميجان تيلمان جنبًا إلى جنب مع معلميهم ، هيكتور أرشينيغا وكاريسا روميرو. وجد الفصل قيمة حقيقية في فهم كيفية استخدام العلماء للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لدراسة الدماغ. استمتع الطلاب بكونهم علماء أثناء عملية مراجعة الأقران ولا يمكنهم الانتظار لرؤية المقالة المنشورة.

الملخص

لدراسة الدماغ ، يمكن للعلماء استخدام آلة تسمى ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. يقوم ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي بالتقاط صور للدماغ بطريقة آمنة ، مما يسمح للعلماء بالتعرف على بنية الدماغ ووظائفه. يساعد التصوير بالرنين المغناطيسي العلماء على معرفة مناطق الدماغ النشطة عند الانخراط في أنشطة مختلفة ، مثل قراءة جملة مثل هذه! أولاً ، تشرح هذه المقالة كيف يلتقط ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي بأمان صورًا عالية الجودة للدماغ. بعد ذلك ، سنشرح كيف يمكن لماسح التصوير بالرنين المغناطيسي أن يساعد العلماء على تعلم كيفية عمل الدماغ عن طريق قياس النشاط في أجزاء مختلفة من الدماغ. أخيرًا ، نصف ما يشبه المشاركة في دراسة تتضمن ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي وأنواع الأسئلة التي يمكن للعلماء الإجابة عليها باستخدام ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي كأداة.


الهيموجلوبين المؤكسج في التصوير بالرنين المغناطيسي - علم الأحياء

أفني آر 1 ، جاربو جونيور 2 ، نيمان إم 1

1 قسم التنظيم البيولوجي ، معهد وايزمان للعلوم ، رحوفوت ، إسرائيل ، 2 معهد مالينكروت للأشعة ، جامعة واشنطن ، سانت لويس ، ميسوري ، الولايات المتحدة الأمريكية

يعتمد نقل الأكسجين ، وهو أحد الوظائف الرئيسية العديدة التي تؤديها المشيمة ، بشكل أساسي على تدرج ضغط الأكسجين في المشيمة وتقارب الأكسجين في دم الأم والجنين. للتعويض عن بيئة توتر الأكسجين المنخفض ، يمتلك الهيموجلوبين الجنيني تقاربًا أكبر للأكسجين من الهيموجلوبين البالغ. قد يوفر الحصول على منحنيات تفكك الأكسجين والهيموجلوبين واستخراج قيم P50 ، المميزة لتقارب الأكسجين ، معلومات مفيدة ، سواء في النماذج الحيوانية أو في الإعدادات السريرية. وصفنا طريقة جديدة غير جراحية للتصوير بالرنين المغناطيسي لاشتقاق منحنيات تفكك الأكسجين والهيموغلوبين القائمة على التصوير بالرنين المغناطيسي.

تم تحليل الفئران الحوامل ICR باستخدام تحدي التنفس التدريجي من فرط الأكسجة إلى نقص الأكسجة على E14.5 (ن = 8 فئران 58 جنينًا) ، و E17.5 (ن = 10 فئران 89 جنينًا). أظهرت قيم R1 و [1-∆R2 * / R2 *] المشتقة في المشيمة وكبد الجنين وكبد الأم في كل مرحلة أكسجين منحنى الشكل السيني المتوقع ، مع وجود فرق واضح بين أنسجة البالغين والجنين ، ويتجلى ذلك من خلال التحول إلى اليسار في المنحنيات (الشكل أ). تظهر قيم P50 (AP50) الظاهرة ، المشتقة من المنحنيات ، قيم AP50 أقل بكثير في كبد الجنين مقارنة بكبد الأم (الشكل B). تظهر خرائط AP50 داخل المشيمة وكبد الجنين عدم التجانس داخل هذه الأنسجة (الشكل C).

في الختام ، نقدم هنا نهجًا غير جراحي لفحص وقياس نقل الأكسجين عبر المشيمة. قد تكون هذه الطريقة مفيدة لتقييم صحة الجنين.

الشكل (أ) أمثلة تمثيلية لمنحنيات تفكك الهيموجلوبين الأكسجين المستندة إلى التصوير بالرنين المغناطيسي في المشيمة وكبد الجنين وكبد الأم (ب) متوسط ​​قيم P50 الظاهرة على خرائط E14.5 (C) الممثل AP50 داخل المشيمة وكبد الجنين على E14.5.


الهيموجلوبين المؤكسج في التصوير بالرنين المغناطيسي - علم الأحياء

RSR13 ، معدل خيفي للهيموجلوبين ، يقلل من تقارب ارتباط الهيموجلوبين بالأكسجين مما يسهل إطلاق الأكسجين من الهيموجلوبين ، مما يؤدي إلى زيادة في الأنسجة p O2. كان الغرض من هذه الدراسة هو مراقبة الدورة الزمنية وتأثير RSR13 على أكسجة الورم ، مباشرة باستخدام في الجسم الحي الرنين المغناطيسي الإلكتروني (قياس التأكسج EPR) ، واستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD MRI).

الطرق والمواد

تم إجراء الدراسة في أورام الساركوما الليفية التي يسببها الإشعاع المزروعة (RIF-1) في 18 أنثى من الفئران C3H / HEJ ، والتي تم زرع رواسب ليثيوم فثالوسيانين (LiPc) في الورم عندما وصلت الأورام إلى حوالي 200-600 مم 3. تم إجراء قياسات EPR الأساسية يوميًا لمدة 3 أيام. بعد ذلك ، لمدة 6 أيام متتالية وبعد قياس خط الأساس الأولي لـ EPR ، تم حقن RSR13 (150 مجم / كجم) أو السيارة (نفس الحجم) داخل الصفاق ، وتم إجراء قياسات الأكسجين داخل الرحم على فترات 10 دقائق لمدة 60 دقيقة القادمة. في كل فأر ، كل يوم ثالث ، بدلاً من قياس التأكسج EPR ، تم إجراء قياسات BOLD MRI لمدة 60 دقيقة بعد إعطاء RSR13.

نتائج

بناءً على قياسات EPR ، أنتج RSR13 زيادات زمنية ذات دلالة إحصائية في الورم p O2 خلال الدورة الزمنية التي تبلغ 60 دقيقة ، والتي وصلت بحد أقصى 35-43 دقيقة بعد الجرعة. متوسط ​​الوقت المطلوب للعودة إلى خط الأساس ص2 كان 70-85 دقيقة. الزيادة القصوى في أنسجة الورم p O2 كانت القيم بعد علاج RSR13 من اليوم الأول إلى اليوم الخامس (8.3-12.4 ملم زئبق) أكبر من الحد الأقصى لأنسجة الورم p O2 قيمة اليوم 6 (4.7 ملم زئبق ، ص & لتر 0.01). أقصى زيادة في pO2 حدث في اليوم الثاني (12.4 ملم زئبق) بعد علاج RSR13. كان هناك تغيير طفيف في R2* ، مما يشير إلى أن RSR13 كان له تأثير ضئيل يمكن اكتشافه على إجمالي ديوكسي هيموغلوبين وتشبع الهيموغلوبين بالأكسجين.

استنتاج

مدى زيادة الورم p O2 التي حققتها RSR13 من المتوقع أن تؤدي إلى زيادة كبيرة في فعالية العلاج الإشعاعي للورم. يشير عدم وجود تغيير في إشارة BOLD MRI إلى أن فسيولوجيا الورم لم تتغير إلى حد كبير بواسطة RSR13. توضح هذه النتائج قدرة فريدة ومفيدة لـ في الجسم الحي قياس التأكسج EPR و BOLD MRI للحصول على قياسات متكررة للأكسجين وعلم وظائف الأعضاء. ديناميات الورم p O2 بعد إدارة RSR13 قد يكون مفيدًا لتصميم البروتوكولات السريرية باستخدام مؤثرات الهيموجلوبين الخيفي.


نتائج

المؤشرات الحيوية R1 ولكن ليس R2 * المؤشرات الحيوية تتعلق بنقص الأكسجة في 786 & # x020130-R Xenographs

تم تحديد علاقات المؤشرات الحيوية للتصوير بالرنين المغناطيسي لنقص الأكسجة والتقييم المرضي للأنسجة في 786 & # x020130-R xenografts. لم ترتبط القيم المتوسطة لـ R2 * الأصلي والمستحث بالأكسجين & # x02206R2 * المأخوذة عبر الصورة بأكملها مع جزء ناقص التأكسج الذي تم قياسه عند تكوين معادلة pimonidazole (الأشكال 3 أ ، & # x200 ب ، 3 ب). 3 ب). كان جزء ناقص الأكسجين مرتبطًا بالقيم المتوسطة للأكسجين المستحث & # x02206R1 (& # x003c1 ، & # x022120.783 ص = .013 Fig 3c) وكسر Oxy-R المروي (& # x003c1 ، 0.902 ص = .002 الشكل ثلاثي الأبعاد).

تظهر الرسوم البيانية الارتباطات بين جزء ناقص التأكسج (معبرًا عنه كنسبة مئوية ومحسوبة من صور كيمياء المناعة المناعية لتكوين pimonidazole) والمؤشرات الحيوية للتصوير بالرنين المغناطيسي في أورام 786 & # x020130-R التي انتشرت في فئران C.B17-scid البالغة من العمر 8 أسابيع. لم يرتبط نقص الأكسجين مع (أ) أصلي R2 * (ر2*) أو (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) ، لكنها ارتبطت مع (ج) التغيير الناجم عن الأكسجين في R1 (& # x02206R1) و (د) النسبة المئوية للورم Oxy-R (تسعة فئران ل أ& # x02013ج وثمانية فئران لل د).

تُظهر الرسوم البيانية الارتباطات بين جزء ناقص التأكسج (معبرًا عنه كنسبة مئوية ومحسوبة من صور الكيمياء المناعية لتكوين pimonidazole) والمؤشرات الحيوية للتصوير بالرنين المغناطيسي في أورام 786 & # x020130-R التي انتشرت في فئران C.B17-scid البالغة من العمر 8 أسابيع. لم يرتبط نقص الأكسجين مع (أ) أصلي R2 * (ر2*) أو (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) ، لكنها ارتبطت مع (ج) التغيير الناجم عن الأكسجين في R1 (& # x02206R1) و (د) النسبة المئوية للورم Oxy-R (تسعة فئران ل أ& # x02013ج وثمانية فئران د).

تظهر الرسوم البيانية الارتباطات بين جزء ناقص التأكسج (معبرًا عنه كنسبة مئوية ومحسوبة من صور كيمياء المناعة المناعية لتكوين pimonidazole) والمؤشرات الحيوية للتصوير بالرنين المغناطيسي في أورام 786 & # x020130-R التي انتشرت في فئران C.B17-scid البالغة من العمر 8 أسابيع. لم يرتبط نقص الأكسجين مع (أ) أصلي R2 * (ر2*) أو (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) ، لكنها ارتبطت مع (ج) التغيير الناجم عن الأكسجين في R1 (& # x02206R1) و (د) النسبة المئوية للورم Oxy-R (تسعة فئران ل أ& # x02013ج وثمانية فئران لل د).

تُظهر الرسوم البيانية الارتباطات بين جزء ناقص التأكسج (معبرًا عنه كنسبة مئوية ومحسوبة من صور الكيمياء المناعية لتكوين pimonidazole) والمؤشرات الحيوية للتصوير بالرنين المغناطيسي في أورام 786 & # x020130-R التي انتشرت في فئران C.B17-scid البالغة من العمر 8 أسابيع. لم يرتبط نقص الأكسجين مع (أ) أصلي R2 * (ر2*) أو (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) ، لكنها ارتبطت مع (ج) التغيير الناجم عن الأكسجين في R1 (& # x02206R1) و (د) النسبة المئوية للورم Oxy-R (تسعة فئران ل أ& # x02013ج وثمانية فئران د).

يكشف التحليل دون الإقليمي عن علاقة العلامات الحيوية R2 * و R1 في أجهزة Xenographs 786 & # x020130-R

تمت مقارنة العلاقة بين المرقمات الحيوية R2 * و R1. في البداية ، تم التحقيق في تحليلات الورم والحكمة من خلال اتباع الأدبيات الموجودة. بعد ذلك ، استخدمنا تحليل OE و DCE MRI المدمج لتحديد المناطق الفرعية الثلاث المروية بورم Oxy-E ، ورم Oxy-R المملوء ، والورم غير المعزز.

تحليل الورم. & # x02014تمت مقارنة القيم المتوسطة لـ R2 * الأصلي والمستحث بالأكسجين & # x02206R2 * مع القيم المتوسطة لـ & # x02206R1 لكل ورم. لم يلاحظ أي ارتباط كبير.

تحليل فوكسل الحكيم & # x02014لم يكن للأصل R2 * و & # x02206R1 علاقة ذات دلالة. على سبيل التمييز ، كان هناك ارتباط ذو دلالة عالية ولكنه ضعيف بين & # x02206R2 * و & # x02206R1 (& # x003c1 ، 0.230 ص & # x0003c .001 الشكل E1 [عبر الإنترنت]). أظهرت Voxels ذات الغازات السالبة الأكبر & # x02206R2 * قيمة موجبة أصغر & # x02206R1 ، بما يتوافق مع كلاهما من المؤشرات الحيوية لنقص الأكسجة. ومع ذلك ، فإن العلاقة بين & # x02206R2 * و & # x02206R1 تبدو معقدة ولم يتم تفسيرها ببساطة من خلال العلاقة ثنائية النسق التي تنبأ بها المنحنى المفتوح على شكل حرف L (24،27) (الشكل 1).

تحليل الشطب & # x02014قمنا بتعريف التحليل دون الإقليمي على أساس العلامات الحيوية لنقص الأكسجة التي تحتوي على Oxy-R. تم اختيار هذا النهج لأننا قد تحققنا سابقًا من صحة Oxy-R كمؤشر حيوي لنقص الأكسجة في نموذج xenograft هذا (21). تم تحديد ثلاث مناطق فرعية على أساس إشارات التصوير بالرنين المغناطيسي المدمجة OE و DCE (الشكل 1). تمت مقارنة R2 * الأصلي والمستحث بالأكسجين & # x02206R2 * لكل من هذه المناطق الفرعية. إجمالاً ، تم تضمين 5815 فوكسل وتحليلها ، منها 488 (8.4٪) كانت غير معطرة ، وتم تعريف 4547 (78.2٪) على أنها Oxy-E المتروية ، مما يوحي بملف جانبي عادي و 780 (13.4٪) تم تعريفها على أنها Oxy-R مملوءة. ، مما يوحي بملف تعريف نقص الأكسجين. كانت وحدات Oxy-R voxels المتروكة تحتوي على R2 أصلي أسرع * (ص & # x0003c .001 الشكل 4 أ) والمزيد من فرط التأكسج السلبي الناجم عن & # x02206R2 * (ص & # x0003c .001 Fig 4b) من Oxy-E المروي و voxels nonperfused. يتم عرض الخرائط البارامترية النموذجية للورم مع التحقق المرضي المقابل عبر نطاق نقص الأكسجة المقاس (الشكل 5).

تظهر مخططات Box-and-whisker علاقة بين قيم voxel لـ (أ) أصلي R2 * (R2*) و (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) إلى المناطق الفرعية للأورام المصنفة بواسطة Oxy-E المتروية ، و nonperfused (NP) ، و Oxy-R المذاق في أورام 786 & # x020130-R التي انتشرت في فئران C.B17-scid البالغة من العمر 8 أسابيع (ن = 8). البيانات عبارة عن متوسطات ونطاق بين الشرائح الربعية.

تظهر مخططات Box-and-whisker علاقة بين قيم voxel لـ (أ) أصلي R2 * (R2*) و (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) إلى المناطق الفرعية للأورام المصنفة بواسطة Oxy-E المتروية ، و nonperfused (NP) ، و Oxy-R المذاق في أورام 786 & # x020130-R التي انتشرت في فئران C.B17-scid البالغة من العمر 8 أسابيع (ن = 8). البيانات عبارة عن متوسطات ونطاق بين الشرائح الربعية.

الخرائط البارامترية التمثيلية للتغيير في R2 * (& # x02206R2*) ، التغيير في R1 (& # x02206R1) ، والتصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالأكسجين والتصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين الديناميكي (القياس الكمي Oxy-E ، و Oxy-R المروي ، والورم غير المعزز) لثلاثة أورام 786 & # x020130-R منتشرة في أنثى تبلغ من العمر 8 أسابيع. الفئران B17-scid ، تظهر الكسور الأقل والأوسط والأكبر من نقص التأكسج (HF) المقاسة بتكوين pimonidazole adduct.

ترجمة تقنية للبيانات السريرية

لاختبار الترجمة السريرية ، قمنا بتجنيد سبعة مرضى مصابين بسرطان الخلايا الكلوية الصافية في التقييم الإشعاعي الذي تم تأكيده في التحليل النسيجي اللاحق (الجدول 2). يتطلب التحليل المشترك لـ OE MRI و DCE MRI تعريفًا موثوقًا به لل voxels المقاوم لتحدي الأكسجين. أظهرت البيانات المأخوذة من محلل الغاز ML206 في جميع المرضى السبعة زيادة ذات دلالة إحصائية في تركيز الأكسجين إلى أكثر من 90٪ أثناء تحدي الغاز (تتبع العينة في الشكل E2 [عبر الإنترنت]).

الجدول 2:

التركيبة السكانية للمريض ، والمرحلة ، وقيم العلامات الحيوية

ملاحظة. & # x02014 & # x02206R1 = تغيير في R1 ، & # x02206R2 * = تغيير في R2 * ، F = أنثى ، M = ذكر ، NA = غير متوفر.

* فشل مراقبة الجودة للتصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالأكسجين & # x02206R1 و & # x02206R2 *.

كخطوة إضافية لمراقبة الجودة ، قمنا بتقييم & # x02206R1 في القشرة الكلوية لتكون بمثابة عنصر تحكم إيجابي لتوصيل الأكسجين لأنه تم الإبلاغ عن إيجابية & # x02206R1 باستمرار في العديد من دراسات OE MRI (15 & # x0201317) للكلية. قمنا بتقييم مناطق القشرة الكلوية ذات الأهمية بحثًا عن أدلة على تعزيز الأكسجين (الشكل E3a [عبر الإنترنت]) وقمنا بإنشاء خرائط مجمعة لـ OE MRI و DCE MRI لهذه المناطق (الشكل E3b [عبر الإنترنت]). أظهرت هذه التحليلات أنه في حين تلقى جميع المرضى تركيزًا عاليًا من الأكسجين ، فشل مريض واحد في استنشاق الغاز بشكل كافٍ لتوليد تغيير إشارة في القشرة الكلوية (فقط 3.0 ٪ من وحدات البكسل كانت معززة للأكسجين). كان لدى جميع المرضى الآخرين الذين يعانون من القشرة الكلوية في مجال الرؤية إيجابية كبيرة & # x02206R1 في القشرة الكلوية مع ما بين 83.7 ٪ و 100 ٪ (متوسط ​​، 95.4 ٪) من OE voxels (الجدول 2). لم يكن لدى المريض 7 كلية طبيعية مدرجة في مجال الرؤية ، لكن التحليل المكافئ للطحال أكد تعزيز الأكسجين الناجح.

علاقة متسقة بين العلامات الحيوية R2 * و R1 الموجودة في أورام RCC البشرية

تم تطبيق التحليلات التي تم تطويرها في 786 & # x020130-R xenografts على بيانات المريض. تم استبعاد بيانات الورم للمريض 6 لأن هذا المريض فشل في فحوصات مراقبة الجودة على أساس تحليل القشرة الكلوية. لم يُظهر هذا الورم زيادة كبيرة في الأكسجين في 84.3٪ من وحدات البكسل الخاصة به (الشكل E4 [عبر الإنترنت]) ، وهو ما يتوافق مع فشل في توصيل الغاز.

تحليل الورم. & # x02014تمت مقارنة القيم المتوسطة لـ R2 * الأصلي والناجم عن الغاز & # x02206R2 * مع القيم المتوسطة لـ & # x02206R1 لكل ورم (ن = 6). لم يلاحظ أي ارتباط كبير.

تحليل فوكسل الحكيم & # x02014لم يكن للأصل R2 * و & # x02206R1 علاقة ذات دلالة. ومع ذلك ، كانت هناك علاقة ارتباط ذات دلالة كبيرة ولكن ضعيفة بين & # x02206R2 * و & # x02206R1 (& # x003c1، 0.035 ص & # x0003c .001). أظهرت Voxels ذات الغازات السالبة الأكبر & # x02206R2 * تغييرًا أقل في R1 (الشكل E5 [عبر الإنترنت]).

تحليل الشطب & # x02014تمت مقارنة R2 * الأصلي والمستحث بالغاز & # x02206R2 * لكل من المناطق الفرعية الثلاث ، المحددة من خلال إشاراتها المجمعة في OE MRI و DCE MRI. إجمالاً ، تم قياس 4112 فوكسل ، منها 436 (10.6٪) كانت غير مشبعة ، و 2887 (70.2٪) تم تعريفها على أنها Oxy-E مملوءة بملف تعريف طبيعي ، و 789 (19.2٪) تم تعريفها على أنها موحية Oxy-R مملوءة من ملف تعريف نقص الأكسجين. لوحظت فروق ذات دلالة إحصائية بين Oxy-R voxels المملوءة (من المتوقع أن تكون ناقصة التأكسج) وكلا من Oxy-E و voxels nonperfused ، مع R2 * أصلي أسرع وأكبر ناتج عن الغازات السالبة & # x02206R2 * في Oxy المروي -R voxels (كلاهما ص & # x0003c .001) (الأشكال 6 أ ، & # x200 ب ، 6 ب 6 ب).

تظهر مخططات Box-and-whisker علاقة بين قيم voxel لـ (أ) أصلي R2 * (ر2*) و (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) إلى المناطق الفرعية للورم المصنفة بواسطة Oxy-E المروي ، و Oxy-R غير المعطر ، و Oxy-R المترو في المرضى الذين يعانون من سرطان الخلايا الكلوية (ن = 6). البيانات عبارة عن متوسطات ونطاق بين الشرائح الربعية.

تظهر مخططات Box-and-whisker علاقة بين قيم voxel لـ (أ) أصلي R2 * (ر2*) و (ب) التغيير الناجم عن الأكسجين في R2 * (& # x02206R2*) إلى المناطق الفرعية للورم المصنفة بواسطة Oxy-E المروي ، و Oxy-R غير المعطر ، و Oxy-R المترو في المرضى الذين يعانون من سرطان الخلايا الكلوية (ن = 6). البيانات عبارة عن متوسطات ونطاق بين الشرائح الربعية.

في تحليل استكشافي ، سجلنا نقص الأكسجة في الورم GLUT1 تلطيخ. على الرغم من أن الدراسة لم تكن مدعومة بشكل رسمي ، إلا أن الأورام الأربعة التي تحتوي على نسبة منخفضة من نقص الأكسجة في التصوير بالرنين المغناطيسي (9.1 ٪ ، 6.6 ٪ ، 1.8 ٪ ، و 0.6 ٪) كانت GLUT1 درجات نقص الأكسجة 4.2 و 2 و 10.3 و 1.7 على التوالي ، بينما كان الورمان اللذان يحتويان على نسبة عالية من نقص الأكسجين في التصوير بالرنين المغناطيسي (31.7٪ و 28.8٪) GLUT1 درجات نقص الأكسجة 19.5 و 41.7 ، على التوالي (الشكل 7). لذلك ، ساعد التصوير بالرنين المغناطيسي OE في تصنيف أورام المرضى الستة إلى مجموعتين وساعد في اكتشاف انفصال كبير في GLUT1 نقاط نقص الأكسجة (ص = .003).

علاقة Oxy-R المروي بنقص الأكسجة في مرضى سرطان الخلايا الكلوية. يتم عرض الخرائط البارامترية لـ Oxy-E ، و Oxy-R المذاق ، والمناطق الفرعية غير المشبعة لأربعة مرضى لديهم نسبة منخفضة نسبيًا من Oxy-R ، مع صور الكيمياء الهيستولوجية المناعية لناقل الجلوكوز الجيني المنظم بنقص الأكسجة 1 المستخدم للحصول على تقييم غير مباشر للورم نقص الأكسجة. للمقارنة ، يتم عرض خرائط المعلمات المكافئة وصور الكيمياء المناعية (التكبير ، 40 & # x000d7) لمريضين مع نسبة Oxy-R عالية نسبيًا.


خلفية يولد الترتيب المعاكس لتدفق الدم الشعري في لب الكلى في الثدييات تدرجًا لتوتر الأكسجين بين القشرة الكلوية والطرف الحليمي مما يؤدي إلى حالة من نقص الأكسجة النسبي داخل النخاع الكلوي. تم إعاقة استكشاف الآثار الفيزيولوجية المرضية لنقص الأكسجة النخاعي بسبب عدم وجود تقنية غير باضعة لتقدير الأوكسجين داخل الكلى في مناطق مختلفة من الكلى. في هذه الدراسة ، نوضح جدوى مثل هذه الطريقة على أساس التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى أكسجة الدم (BOLD) ، والذي يسمح بالقياسات المتسلسلة في البشر استجابة لمجموعة متنوعة من المحفزات الفسيولوجية / الدوائية في الصحة والمرض.

الطرق والنتائج تم الحصول على قياسات التصوير بالرنين المغناطيسي (BOLD MRI) في الأشخاص الشباب الأصحاء (ن = 7) ، وتمت دراسة تأثيرات ثلاث مناورات دوائية / فسيولوجية مختلفة تحفز إدرار البول. معدل استرخاء الدوران ، R2* تم قياسه ، والذي يرتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية ديوكسي هيموغلوبين في الدم وبالتالي إلى الأنسجة P o 2. فوروسيميد ولكن ليس الأسيتازولاميد (ن = 6 لكل منهما) زاد من أكسجة النخاع (ΔR2* = 7.62 هرتز ص& lt.01) ، بما يتفق مع المواقع المنفصلة لعمل مدرات البول هذه في النيفرون ومع القياسات المباشرة السابقة لتأثيراتها في الفئران المخدرة باستخدام الأقطاب الكهربائية الدقيقة للأكسجين. الاكتشاف الجديد هو أن إدرار البول يحسن الأوكسجين النخاعي (ΔR2* = 6.43 هرتز ص& lt.01) في المواد البشرية الشابة (ن = 5).

الاستنتاجات يمكن استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD لمراقبة التغيرات في الأوكسجين داخل الكلى لدى البشر بطريقة غير باضعة.

بسبب الترتيب المعاكس للأوعية والأنابيب اللازمة للحفاظ على الماء وإنتاج البول المركّز ، يجب أن تعيد أنابيب النخاع الكلوي للثدييات البرية امتصاص الصوديوم بفاعلية في بيئة فقيرة بالأكسجين. 1 نتيجة لذلك ، عادة ما يكون هناك تدرج ملحوظ في P o 2 بين الدم المنتشر في أوعية القشرة الكلوية والنخاع ، بحيث تم وصف النخاع بأنه يعمل بشكل اعتيادي على شفا نقص الأكسجين. 2 لنقص الأكسجة النخاعي آثار مهمة على آليات المرض في الكلى ، لا سيما في الفشل الكلوي الحاد الناتج عن إهانات الدورة الدموية أو السامة التي يُفترض أنها مسببة. 1

باستخدام أقطاب كهربائية دقيقة حساسة ولكنها هشة وباهظة الثمن ، والقياسات المباشرة للأنسجة P o 2 في قشرة ولب الفئران المخدرة أظهرت أن مدرات البول الحلقية (على سبيل المثال ، فوروسيميد) تزيد من الفسفور النخاعي. 2 عن طريق التقليل من عمل النقل في الأطراف السميكة النخاعية. 3 على النقيض من ذلك ، يزيد الأسيتازولاميد ، وهو مدر بول أنبوبي قريب ، من الفوسفور القشري 2 قليلا ولكن لا ترفع النخاع P o 2. 3 هذه التغييرات في P o 2 إلى حد كبير بسبب التغيرات في استهلاك الأكسجين ، لأنه لوحظ تغير طفيف في تدفق الدم الإقليمي مع تحقيقات دوبلر الليزر. 3 كان العائق الرئيسي أمام توسيع نطاق هذه الملاحظات ليشمل البشر هو عدم وجود طريقة غير باضعة لتقييم الأوكسجين الإقليمي داخل الكلى.

من المعروف أن أوكسي هيموغلوبين ثنائي المغنطيسية وأن الديوكسي هيموغلوبين هو شبه مغناطيسي. 4 يتم تعديل التدرجات الميدانية المجهرية بالقرب من خلايا الدم الحمراء والأوعية من خلال التغيرات في تركيز deoxyhemoglobin. تسبب اضطرابات المجال المغناطيسي هذه داخل فوكسل (عنصر حجم) فقدان تماسك الطور وبالتالي تؤدي إلى توهين الإشارة في صدى التدرج أو T2* (وقت استرخاء الدوران الظاهر) - التسلسلات المرجحة. سميت هذه الظاهرة بمستوى أكسجة الدم المعتمد على التباين (BOLD). 5

في هذه الدراسة ، قمنا بتطبيق التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD غير الباضع لتقييم مستوى الأوكسجين في الكلى. كانت الأهداف المحددة للدراسة هي (1) تحديد ما إذا كان التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD في الكلى للإنسان مجديًا (2) لدراسة آثار اثنين من مدرات البول التي سبق أن ثبت أن لها تأثيرات محددة مختلفة على أكسجة النخاع الكلوي والقشرة في الفئران و تأثير حمل الماء على الأكسجين الكلوي ، والذي لم يتم التحقيق فيه مسبقًا و (3) للتمييز بين التغييرات الملحوظة الناتجة عن تأثيرات BOLD من التغيرات المحتملة في محتوى الماء.

أساليب

تأثير تغييرات الأوكسجين على شدة إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي الجريء

تم إجراء قياسات شدة إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام تسلسل التدرج الصدى في عدة أوقات صدى مختلفة ، ومنحدر السجله (الشدة) مقابل وقت الصدى. يحدد هذا المنحدر معدل استرخاء الدوران الظاهر ، R2* (= 1 / ت2*) ، والتي تتناسب طرديا مع محتوى الأنسجة من ديوكسي هيموغلوبين (الشكل 1). انخفاض في المنحدر (R2*) يعني زيادة أكسجة الهيموجلوبين. لأن أكسجة الهيموجلوبين تتناسب مع P o 2 من الدم وبالتالي في حالة توازن مع الأنسجة P o 2، ر2* هو مؤشر حساس لأكسجة الأنسجة. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام التغييرات في شدة إشارة التدرج والصدى التي يتم إجراؤها في وقت صدى واحد ولكن طويل بما فيه الكفاية مباشرة للإشارة إلى التغييرات النوعية في أكسجة الأنسجة.

لأن التغييرات في المحتوى المائي للأنسجة بالإضافة إلى التغيرات في محتوى ديوكسي هيموغلوبين قد تتغير بشكل محتمل R2* من المهم التحكم في هذا المتغير. معدل استرخاء الدوران (R2) يُظهر تأثيرًا أقل بكثير من التغيرات في محتوى ديوكسي هيموغلوبين 6 ولكن ثبت أنه شديد الحساسية للتغيرات في محتوى الأنسجة المائي. 7 لتمييز التغييرات الناتجة عن تأثير BOLD من التغييرات في محتوى الماء ، حصلنا على بيانات صدى الدوران الإضافية لتقدير ΔR2.

الدراسات البشرية

لقد درسنا سبعة متطوعين بشريين أصحاء (6 رجال وامرأة واحدة تتراوح أعمارهم بين 20 و 40 عامًا) الذين أعطوا الموافقة المستنيرة في بروتوكول معتمد من قبل لجنة مستشفى Beth Israel الخاصة بالتحقيقات السريرية والذي يتوافق مع إعلان هلسنكي. تم إجراء دراستين أو أكثر في كل موضوع. تم إجراء جميع الدراسات على ماسح ضوئي لكامل الجسم بقدرة 1.5 طن (Vision Magnetom ، Siemens Medical Systems) باستخدام عمليات الاستحواذ على التصوير المستوي بالصدى (EPI). تم الحصول على صور EPI المتدرجة الصدى بثلاث مرات أو أكثر من الصدى في حدود 29 إلى 140 مللي ثانية. تم الحصول على جميع الصور أثناء الزفير في الزفير. تقنيات التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدية ، خاصة تلك التي تستخدم أوقات صدى طويلة ، حساسة للغاية للحركة (القلب ، الجهاز التنفسي ، التمعجي ، إلخ). EPI هي تقنية فائقة السرعة ، مع وقت نموذجي للحصول على الصورة يبلغ 100 مللي ثانية ، 8 ، وبالتالي فهي مثالية لتصوير البطن ، خاصة مع أوقات صدى طويلة. معلمات التسلسل الأخرى ذات الصلة هي كما يلي: مجال الرؤية = 300 مم × 300 مم ، حجم المصفوفة = 128 × 128 ، وسمك الشريحة = 4 مم. تم تكرار كل عملية استحواذ ثلاث مرات لأغراض حساب المتوسط.

بعد الحصول على صور الاستطلاع واختيار المواضع المثلى ، تم الحصول على بيانات EPI المتدرجة الصدى في أوقات صدى مختلفة. تم الحصول على جميع بيانات EPI في غضون فاصل زمني مدته 15 دقيقة. تم بعد ذلك استخدام أحد المحفزات الثلاثة التالية في كل تجربة: فوروسيميد ، 20 مجم حقنة وريدية تدار على مدى دقيقتين من الأسيتازولاميد ، 500 مجم عن طريق الحقن الوريدي تدار على مدى دقيقتين أو إدرار البول المائي ، تناول الماء ، 20 مل / كجم من وزن الجسم في حوالي 15 دقيقة. في هذه الدراسات ، جاء الموضوع إلى المختبر في الصباح بعد أن امتنع عن الطعام والماء طوال الليل. بعد الحصول على بيانات خط الأساس BOLD ، تم إخراج الموضوع من المغناطيس لشرب الماء.

ثم تم تكرار قياسات التصوير بالرنين المغناطيسي الجريء. عندما تم إعطاء فوروسيميد أو أسيتازولاميد ، بدأ الحصول على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي بعد 5 دقائق من الحقن. مع إدرار البول المائي ، تم استئناف الحصول على بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي عندما تجاوز تدفق البول 5 مل / دقيقة كما هو مقدر بقياس كمية البول المفرغة على فترات 15 دقيقة بعد حمل الماء. في أربعة من المتطوعين الذين تمت دراستهم باستخدام فوروسيميد وثلاثة مع حمل الماء ، حصلنا أيضًا على صور EPI تدور صدى الدوران ، تم الحصول عليها بثلاث مرات أو أكثر من الصدى (59 إلى 160 مللي ثانية) ، لحساب معدل استرخاء الدوران ، R2.

تم استخدام تحليل منطقة الاهتمام (ROI) لحساب معدلات الاسترخاء الإقليمية. في1تم الحصول على الصورة التشريحية المرجحة في نفس موضع الشريحة لتسهيل وضع عائد الاستثمار. ر2* و R.2 تم حسابها عن طريق قياس ميل الخط المستقيم الملائم للسجله (الشدة) مقابل بيانات وقت الصدى. تم استخدام متوسط ​​عمليات الاستحواذ الثلاثة لكل نقطة بيانات في تحليل المنحدر. يوضح الشكل 2 ب مثالاً لنشر ROIs. للتحليل الإحصائي للتغيير في R.2* و R.2 قبل المنبهات مقابل بعد المنبهات ثنائية الذيل ر تم استخدام الاختبار.

نتائج

تطبيق BOLD MRI على الكلى البشرية السليمة: آثار مدرات البول

أنتج فوروسيميد انخفاضًا في R2* في لب جميع المواد الست التي تمت دراستها. تم توضيح التغييرات النموذجية في صور الكلى قبل وبعد إعطاء الفوروسيميد في موضوع واحد في الشكل 2 أ والرسم البياني لمنحدرات السجله (الشدة) مقابل وقت الصدى في الشكل 2 ج. في القشرة ، R.2* لم يتغير بواسطة فوروسيميد. يتم تلخيص نتائج جميع الموضوعات في الجدول وتظهر في شكل رسوم بيانية في الشكل 3.

من ناحية أخرى ، لم ينتج عن الأسيتازولاميد أي تغيير كبير في R.2* في النخاع أو القشرة ، كما تم تلخيصها لجميع التجارب في الشكل 3.

آثار إدرار الماء

في خمسة مواضيع (أربعة رجال وامرأة واحدة تتراوح أعمارهم بين 20 إلى 40 عامًا) ، تسبب إدرار البول في الماء في انخفاض ثابت وكبير في R2* في النخاع الكلوي ، مما يدل على زيادة في النخاع P o 2. تم تلخيص البيانات من جميع تجارب إدرار البول المائي في الجدول ومُعطاة بيانياً في الشكل 4. لم يؤثر إدرار البول المائي على إشارات التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD في قشرة الكلى. كما يوضح الشكل 4 ، فإن إدرار البول المائي لم يغير R.2 في أي من النخاع أو القشرة ، مما يعني تغييرًا طفيفًا في محتوى الماء في الأنسجة.

مناقشة

استغل عدد من دراسات التصوير بالرنين المغناطيسي تأثير الأكسجين على الحالة المغناطيسية للهيموجلوبين. 5 9 10 11 12 في الآونة الأخيرة ، تم استخدام هذا المبدأ لاكتشاف التغيرات في توتر الأكسجين الدماغي و / أو تدفق الدم. اكتشف Hoppel et al 13 انخفاضًا في T.2* من ماء الأنسجة في أدمغة الأرانب أثناء نقص الأكسجة. أظهر Kwong et al 14 و Bandettini et al 15 تغييرات في T.2* صور التصوير بالرنين المغناطيسي المستوية ذات الوزن الصدى للدماغ البشري بعد التحفيز البصري وحبس النفس التي تُعزى إلى التغيرات في توتر الأكسجين. حفزت هذه الدراسات وما شابهها البحث النشط في مجال التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي للدماغ.

أظهر Thulborn et al 10 أن T.2 معدل استرخاء الدم الكامل هو دالة خطية لمربع جزء الهيموجلوبين الذي تم إزالة الأكسجين منه. كان التأثير غير حساس نسبيًا لدرجة الحرارة والهيماتوكريت على المدى الفسيولوجي ولكنه اختفى عندما تم تحلل الدم. بسبب العلاقة السينية لـ P o 2 إلى أكسجة الهيموجلوبين ، 16 تغيرًا في إشارة BOLD MR الناتجة عن التغيرات في الدم P o 2 يمكن توقع أن تكون أكثر وضوحًا عند المستويات المنخفضة من P o 2 وأقل حساسية نسبيًا عند P o 2 & gt40 ملم زئبق ، وعند هذه النقطة يكون معظم الهيموغلوبين في شكل مؤكسج. هذا يجعل التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD مناسبًا بشكل مثالي لقياسات الأوكسجين في النخاع الكلوي ، حيث P o 2 عادة ما يكون في النطاق من 15 إلى 20 مم زئبق ، 1 2 بدلاً من القشرة ، حيث توجد تغييرات طفيفة في O2 قد يستمر التوتر دون اكتشافه. نظرًا لأن توتر الأكسجين في الدم يجب أن يعكس توتر الأنسجة التي يتم ترويتها ، فإن التغييرات في شدة إشارة BOLD تقاس في وقت صدى طويل بما فيه الكفاية ، أو في R2* ، يجب أن تعكس التغييرات في P o 2 من الأنسجة (الشكل 1). حساب R2* أكثر قوة ودقة ، ويقلل من الأخطاء المصطنعة ، ويتجنب التأثيرات المربكة مثل تلك التي تسببها التغيرات في محتوى الماء في الأنسجة.

يتم تعزيز صحة هذه القياسات ، على الأقل بالمعنى النوعي ، من خلال مراسلة التغييرات التي لاحظناها في البشر بعد إعطاء الفوروسيميد والأسيتازولاميد مع تلك التي تم قياسها مسبقًا مباشرة باستخدام الأقطاب الكهربائية الدقيقة للأكسجين في الفئران المخدرة. فوروسيميد ، الذي يثبط النقل النشط في الأطراف الصاعدة السميكة النخاعية ، يزيد بشكل كبير من الفوسفور النخاعي. 2، في حين أنه بعد إعطاء الأسيتازولاميد ، والذي يثبط بشكل أساسي إعادة الامتصاص الأنبوبي القريب في القشرة الكلوية ، فإن النخاع P o 2 لم يتغير. تغييرات كبيرة في النخاع R2* مقارنة بـ R2 التحقق من صحة الافتراض بأن التغييرات الملحوظة يهيمن عليها تأثير BOLD بدلاً من التغييرات في المحتوى المائي الإقليمي.

تم توفير معلومات جديدة أيضًا من خلال الدراسة الحالية فيما يتعلق بآثار إدرار البول في الماء على البشر. يزيد إدرار البول المائي باستمرار من الفوسفور النخاعي 2 في خمسة من الشباب الأصحاء إلى درجة قريبة من تلك الملاحظة بعد إعطاء الفوروسيميد دون تغيير إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD من القشرة. على الرغم من أن إدرار البول المائي لا يغير تدفق الدم الكلوي بشكل كبير ، 17 فمن الممكن زيادة تدفق الشعيرات الدموية إلى النخاع الكلوي بشكل انتقائي. ومن المحتمل أيضًا أن يرتبط إدرار البول بانخفاض في استهلاك الأكسجين في النخاع بسبب انخفاض النقل النشط بواسطة الخلايا المبطنة للأطراف الصاعدة السميكة النخاعية. على الأقل لدى الشباب ، يرتبط إدرار البول المائي بزيادة ملحوظة في إفراز البول من البروستاغلاندين E2 (PGE2) والدوبامين. 18 كلا العاملين لهما تأثيرات موضعية موسعة للأوعية ويمنعان النقل التفاعلي النشط في الأنابيب النخاعية ، وهي إجراءات من شأنها زيادة P o 2. 19 20 21 قد يعدل الفازوبريسين أيضًا النقل النشط 22 وتدفق الدم المحلي إلى النخاع الكلوي 23 24 بطريقة تزيد من الفوسفور النخاعي. 2 عند زوال تأثيره ، كما هو الحال في إدرار البول المائي. لأن الشيخوخة الطبيعية مرتبطة بفقدان القدرة على زيادة البروستاجلاندين البولي2 والدوبامين أثناء إدرار البول المائي ، 18 سيكون من المهم معرفة ما إذا كانت الشيخوخة تقلل أيضًا من تأثير إدرار البول المائي لزيادة الفوسفور النخاعي. 2، حسب تقدير BOLD MRI.

القياس الدقيق للأنسجة P o 2 بالأرقام المطلقة سوف يتطلب معايرة مناسبة. علاوة على ذلك ، لا يمكن لـ BOLD MRI ، بالطبع ، التمييز بين التغيرات في الأوكسجين الناتجة عن التغيرات في إمداد الأكسجين (تدفق الدم) وفي استهلاكه (النقل النشط). التغييرات في الهيموجلوبين- O2 منحنى التفكك مثل تلك الناتجة عن التغيرات الكبيرة في الأس الهيدروجيني قد يؤثر أيضًا على التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD ، على الرغم من أن درجة الحموضة في النخاع الخارجي للكلية (على عكس الجزء البعيد من النخاع الداخلي) ربما لا تختلف بشكل كبير عن الدم المحيطي. 25 26

توضح التجارب الحالية أنه يمكن استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD لدراسة آثار الاضطرابات الفسيولوجية والدوائية وعمليات المرض على الأوكسجين الإقليمي داخل الكلى ، بشكل متسلسل وغير باضع ، في البشر.

شكل 1. يتغير مستوى الأوكسجين في الدم المعتمد (BOLD) MRI مع P o O2. يؤدي نزع الأكسجين عن الهيموجلوبين إلى تغيير خصائصه المغناطيسية ، مما يؤدي إلى تغييرات في معلمة من الرنين المغناطيسي تسمى R2* (معدل استرخاء الدوران الظاهر). ر2* يمكن تقديرها من قياسات شدة الإشارة التي تم إجراؤها في عدة أوقات صدى مختلفة (من أ إلى هـ). منحدر السجله (الشدة) مقابل وقت الصدى يحدد R2* وترتبط مباشرة بكمية الدم غير المؤكسج. يشير الانخفاض في المنحدر إلى زيادة في P o O2 من الدم. يمكننا إما قياس المنحدر أو الحصول على قياسات الشدة في وقت صدى واحد (على سبيل المثال ، د) لاكتشاف الفرق في P o O2. لأن الدم P o O2 يُعتقد أنه في حالة توازن سريع مع الأنسجة P o O2، تغييرات في شدة إشارة BOLD أو R.2* يجب أن تعكس التغييرات في P o O2 من الأنسجة.

الشكل 2. في2* صور صدى مستوية مرجحة (زمن الصدى [TE] = 29 و 50 و 80 و 100 مللي ثانية) لكلية متطوع بشري قبل (يسار) وبعد (يمين) إعطاء فوروسيميد (20 مجم IV). في الصور التي تم إجراؤها قبل إعطاء الفوروسيميد ، يمكن للمرء أن يقدر التباين القشري النخاعي الذي يزيد مع وقت الصدى. يبدو اللب داكنًا (أسهم) بسبب وجود المزيد من الدم غير المؤكسج. بعد إعطاء الفوروسيميد ، يبدو اللب أفتح ، مما يعني تحسين أكسجة الدم ويفترض أن الأنسجة خارج الأوعية الدموية في النخاع حيث يختفي التباين القشري النخاعي. لاحظ أن نظام التجميع يبدو متوسعًا بعد إعطاء الفوروسيميد ، وهو ما يتوافق مع إدرار البول. ب ، مثال على مجموعة بيانات نموذجية تم تحليلها مع مناطق الاهتمام. تظهر هي صور مستوية صدى بريفوروسيميد لنفس الكلية. وشملت أيضا تي1-الصورة التشريحية المرجحة.يتم تحديد المناطق ذات الأهمية عبر الصورة التشريحية ثم يتم نشرها من خلال صور مستوية الصدى ، ويتم قياس شدة الإشارة المتوسطة (SI) داخل كل منطقة من مناطق الاهتمام واستخدامها لإنشاء سجله (الشدة) مقابل منحنى TE ، والذي يتناسب بعد ذلك مع خط مستقيم لتحديد المنحدر (R2*). سجل تجاري2* محسوب في النخاع الكلوي (أعلى) والقشرة (أسفل) قبل وبعد إعطاء الفوروسيميد (20 مجم في الوريد). ر2* ينقص مع نقص ديوكسي هيموجلوبين (أو تحسن أكسجة الدم). الفرق في R2* يُلاحظ بعد إعطاء الفوروسيميد زيادة في أكسجة الدم في النخاع.

الشكل 3. تغيير (قبل مقابل بعد مدر للبول) في R.2* في النخاع والقشرة بعد إعطاء إما فوروسيميد أو أسيتازولاميد في متطوعين بشريين (ن = 6 لكل منهما). البيانات تعني ± SD. NS =ص≥.05. كما تم تضمين R2 البيانات (ن = 4) مع فوروسيميد. تغيير أكبر بشكل ملحوظ في R2* مقابل R.2 يشير إلى أن تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي هذه مسؤولة بشكل أساسي عن التغييرات الملحوظة بعد إعطاء الفوروسيميد.

الشكل 4. التغييرات (قبل مقابل بعد مدر للبول) في R.2* (ن = 5) و R.2 (ن = 3) في النخاع والقشرة بعد تحريض إدرار البول في الماء لدى المتطوعين من البشر. تظهر الأعمدة يعني ± SD. NS =ص≥.05. تغيير أكبر بشكل ملحوظ في R2* مقابل R.2 يشير إلى أن تأثير BOLD مسؤول بشكل أساسي عن التغييرات الملحوظة بعد حمل المياه.

الجدول 1. آثار فوروسيميد ، أسيتازولاميد ، وإدرار البول المائي على R.2* و R.2 في النخاع الكلوي ولحاء البشر

* تختلف بشكل كبير عن قيمة ما قبل التحفيز (ص& lt.01).

† لا تختلف كثيرًا عن قيمة ما قبل التحفيز (ص≥.05).

تم دعم هذا العمل جزئيًا بمنحة بحثية في الهندسة الطبية الحيوية من مؤسسة ويتاكر (دكتور براساد) ومنحة المعاهد الوطنية للصحة (NIDDK) RO-18078 (الدكتور إبستين). نشكر كاثرين سبوكس وجون كانيلو والدكتور وي لي على مساعدتهم الفنية.


الملخص

أهداف- إن مساهمة وظيفة البطانة في أكسجة الأنسجة ليست مفهومة جيدًا. يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD MRI) بيانات تعتمد إلى حد كبير على أكسجة الهيموجلوبين (Hb). استخدمنا BOLD MRI لتقييم تغييرات شدة الإشارة المعتمدة على البطانة (SI).

الطرق والنتائج - لقد قمنا بالتحقيق في التغيرات المتوسطة BOLD SI في عضلات الساعد باستخدام تقنية التدرج الصدى عند 1.5 تسلا في 9 أشخاص أصحاء خضعوا لبروتوكول دفعات متكررة من الأسيتيل كولين بجرعتين مختلفتين (16 و 64 ميكروغرام / دقيقة) و ن G -monomethyl- l -arginine (l -NMMA 5 mg / min) في الشريان العضدي. تم استخدام نتروبروسيد الصوديوم كمادة تحكم. للارتباط الإضافي مع الطرق القياسية ، تم تكرار نفس البروتوكول ، وتم قياس تدفق الدم في الساعد بواسطة مقياس التحجم. حصلنا على زيادة كبيرة في BOLD SI أثناء ضخ الأسيتيل كولين (64 ميكروغرام / دقيقة) وانخفاض كبير في ضخ L -NMMA (ص& lt0.005 لكليهما). أظهر BOLD SI إشارة حركية مختلفة عن تدفق الدم ، خاصة بعد نقص التروية المتقطع وبمعدلات تدفق عالية.

الاستنتاجات - في اختبارات وظائف البطانة القياسية ، يكتشف التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD تفكك أكسجة الهيموجلوبين في الأنسجة من تدفق الدم. قد يكون التصوير بالرنين المغناطيسي الجريء مساعدًا مفيدًا في تقييم وظيفة البطانة.

استخدمنا التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD MRI) لدراسة أكسجة الهيموجلوبين في الأنسجة فيما يتعلق بفرط الدم التالي للإقفار وتحفيز البطانة. وجدنا فصل أكسجة الهيموغلوبين في الأنسجة عن تغيرات تدفق الدم واستنتجنا أن التصوير بالرنين المغناطيسي القوي قد يوفر معلومات إضافية في تقييم وظيفة البطانة.

تنظم بطانة الأوعية الدموية النغمة ونضح الأنسجة من خلال إطلاق المواد الفعالة في الأوعية مثل NO. قيمت العديد من الدراسات تأثير وظيفة البطانة ، وخاصة الخلل البطاني ، في البشر. ومع ذلك ، فإن مساهمة الوظيفة البطانية في تنظيم أكسجة الأنسجة لدى البشر غير مفهومة جيدًا. 1 الإرواء ليس الآلية الوحيدة التي تحدد أكسجة الأنسجة والتمثيل الغذائي. لذلك ، قد يكون لقياسات تدفق الدم فائدة محدودة في هذا الصدد. يعكس التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD MRI) التغيرات في نسبة أوكسي هيموغلوبين إلى ديوكسي هيموغلوبين التي تُعزى إلى خصائصها المختلفة في المجال المغناطيسي. 2،3 تقنية BOLD راسخة في التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ 4 وقد تم استخدامها أيضًا لتقييم عضلة القلب 5-9 ونقص تروية العضلات والهيكل العظمي. 10،11 في الآونة الأخيرة ، تم تطبيق هذه التقنية لتقييم احتقان الدم الناجم عن ممارسة الرياضة في العضلات الهيكلية. 12،13 أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي المتاحة قادرة على إنشاء مجموعات بيانات صغيرة الحجم حساسة للجرأة في & lt1 s. وبالتالي ، يمكن للتصوير بالرنين المغناطيسي BOLD الكشف عن التغيرات في أكسجة الأنسجة داخل الأوعية الدموية بدقة مكانية وزمنية عالية. علاوة على ذلك ، من المحتمل أن يكون الوصول إلى الأنسجة غير مقيد. لقد درسنا التغيرات في أكسجة الأنسجة على النحو المحدد بواسطة شدة إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي (SI) مقارنة بتغيرات تدفق الدم بعد المؤثرات المعيارية التي تم التحقق من صحتها على نغمة الأوعية الدموية وتطبيق توسع الأوعية المباشر وتوسع الأوعية المنسوب إلى تحفيز البطانة.

أساليب

بروتوكول

درسنا 9 رجال أصحاء عاديين (25 ± 4 سنوات بعمر 75 ± 9 كجم ووزن 180 ± 9 سم ارتفاع). لم يتلقوا أي أدوية. وافق مجلس المراجعة الداخلية لدينا على جميع الدراسات ، وتم الحصول على موافقة خطية مستنيرة. أجريت جميع الدراسات بين الساعة 9 صباحًا والظهيرة بعد صيام ليلة كاملة. تم إدخال قسطرة (18G Braun AG) في الشريان العضدي للذراع غير المهيمن ، تليها فترة راحة قدرها 30 دقيقة. قارنا تغييرات BOLD SI مع التغيرات في تدفق الدم التي يحددها مقياس التحجم عن طريق مقياس الإجهاد (SGP). لذلك ، خضع الأشخاص للبروتوكولات التالية مرتين خلال ساعتين: مرة واحدة في الماسح الضوئي للتصوير بالرنين المغناطيسي ومرة ​​واحدة أثناء تقييم تغييرات تدفق الدم في الساعد (FBF) باستخدام SGP. تم تنفيذ البروتوكولات بترتيب عشوائي مع فاصل 60 دقيقة بين التقنيات.

استخدمنا المنشطات المعروفة التالية لتوسيع الأوعية.

احتقان الدم التفاعلي بعد نقص التروية المتقطع ، مما يؤدي إلى توسع الأوعية من خلال التغيرات الأيضية الإقليمية وكذلك استرخاء خلايا العضلات الملساء بواسطة البطانة.

إعطاء نيتروبروسيد الصوديوم (SNP) ، الذي يعرض خلايا العضلات الملساء مباشرة لأكسيد النيتروجين ويؤدي إلى استرخاءها دون تحفيز البطانة الأولية (توسع الأوعية المعتمد على البطانة).

إدارة الأسيتيل كولين (ACh) ، وهو محفز فسيولوجي للخلايا البطانية لإنتاج أكسيد النيتروجين ، والذي يريح العضلات الملساء الوعائية مرة أخرى.

في سلسلة أولية من التجارب ، أجرينا احتقانًا تفاعليًا مع 3 دقائق من نقص التروية تليها فترة نقاهة مدتها 22 دقيقة وتسريب إضافي داخل الشرايين لـ SNP (SNP2 = 2 ميكروغرام / دقيقة SNP4 = 4 ميكروغرام / دقيقة SNP6 = 6 ميكروغرام / دقيقة لمدة 5 دقائق لكل منهما) بعد استراحة قصيرة. كان سبب نقص التروية هو التضخم السريع لكفة جهاز قياس ضغط الدم الأوتوماتيكي القياسي (Omega Saegeling Medizintechnik) ، مع توقف كامل لتدفق الدم في غضون 2.5 ثانية. في يوم آخر ، تم إحداث تغييرات نضح تعتمد على البطانة عن طريق التسريب الإضافي لـ ACh (ACh16 = 16 ميكروغرام / دقيقة ACh64 = 64 ميكروغرام / دقيقة). استغرقت كل خطوة تسريب 4 دقائق. بعد الشفاء ، قمنا بغرس مثبط NO سينثيز غير المحدد ن G -monomethyl- l -arginine (l -NMMA) بمعدل 5 مجم / دقيقة خلال 5 دقائق. استخدمنا جرعات الأدوية المعروف أنها لا تسبب أي آثار جهازية. 14 تم تعديل تركيزات عقار الدراسة لتحقيق معدل تسريب ثابت داخل الشرايين يبلغ 1.2 مل / دقيقة. في سياق دراساتنا ، كانت جميع مجموعات البيانات الثمانية التي تم الحصول عليها خلال تجارب احتقان الدم التفاعلي / تجارب SNP مناسبة للتقييم. أثناء دراسات ACh / l -NMMA ، حدثت آثار حركية كبيرة في موضوع واحد ، مما يجعل التقييم الموثوق به مستحيلًا.

تخطيط التحجم

استخدمنا مقياس التحجم Hokanson EC5R مع مقاييس الإجهاد الزئبقية في السيليكون التي تم لفها حول الساعد بأكبر قطر لها. تم نفخ سوار المعصم إلى 50 مم زئبق فوق الضغط الانقباضي قبل دقيقة واحدة من بدء البروتوكول في استبعاد دوران اليد. عن طريق التطبيق المتقطع لضغط انسداد وريدي قدره 50 مم زئبق ، تم قياس تدفق الدم إلى الساعد كل 15 ثانية. باستثناء احتقان الدم التفاعلي ، تم حساب قيم التدفق من 8 قياسات فردية بعد وصول التدفق إلى حالة مستقرة في كل قسم من البروتوكول.

التصوير بالرنين المغناطيسي

استخدمنا نظام التصوير بالرنين المغناطيسي 1.5-T (Sigma CV / I GE Medical Systems) ، مزودًا بنظام التدرج المحسن للقلب والأوعية الدموية (أقصى قوة تدرج 40 mT / m معدل انتشار 150 T / m في الثانية). تم استخدام ملف رأس تربيعي للإثارة والاستقبال لتحقيق ملف تعريف شدة تردد لاسلكي متجانس. طُلب من الأشخاص أن يتخذوا وضعية "شبيهة بأبو الهول" مع وجود ساعديهم في لفائف الرأس. تم وضع شريحة مستعرضة واحدة في أكبر قطر للساعد. لقد أجرينا لقطة واحدة ذات وزن T2 * ، تسلسل صدى متدرج ، مع قراءات تصوير مستوية صدى باستخدام المعلمات التالية: مجال الرؤية 24 × 24 سم حجم 2 بكسل 1.87 × 1.87 مم 2 سماكة الشريحة 10 مم وقت الصدى (TE) 18.5 مللي ثانية وزاوية انعكاس 20 درجة. في السلسلة الأولى من التجارب ، استخدمنا وقت تكرار ثابتًا قدره 250 مللي ثانية ، وفي المجموعة الثانية ، طبقنا تشغيل ECG مع وقت تأخير قدره 200 مللي ثانية لتقليل تأثير التشبع المعتمد على التدفق وتأثيرات T1 على SI. قمنا بقياس SI في منطقة محددة ذات أهمية على كامل عضلات الساعد باستثناء الأوعية الكبيرة والعظام (الشكل 1) باستخدام برنامج مصمم لتتبع الدورة الزمنية SI في التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (Functool GE Medical Systems). بالإضافة إلى ذلك ، تمت معالجة صور الساعد المقابل (غير التسريب) لتحديد الاختلافات في الدوران الجهازي.

شكل 1. التصوير بالرنين المغناطيسي T2 * للساعدين البشريين أثناء نقص التروية (يسار) وأثناء احتقان الدم (يمين). تظهر الذراع التي تخضع لانسداد متقطع للدورة الدموية على الجانب الأيسر. في هذا الذراع ، يمكن ملاحظة زيادة الكثافة الناتجة عن التدفق بعد تحرير الكفة بوضوح في الأوعية الكبيرة ، في حين أن تباين BOLD SI في العضلات صغير جدًا بحيث لا يمكن تحديده بصريًا. لاحظ المنطقة ذات الشكل غير المنتظم التي يتم رسمها يدويًا.

مقارنة مع النماذج النظرية

لتقييم مساهمات الأجزاء المختلفة في BOLD SI في العضلات الهيكلية البشرية ، قمنا بمقارنة بياناتنا بتنبؤات النماذج النظرية لتأثير BOLD. لتقدير تأثيرات BOLD خارج الأوعية الدموية ، قمنا بتكييف نموذج Bauer et al 3 مع العضلات الهيكلية باستخدام مجموعة نموذجية من معلمات الأنسجة (الجدول 1). من معدل استرخاء الدم على النحو الذي اقترحه Silvennoinen et al. 15 على غرار عمليات المحاكاة السابقة بواسطة Meyer et al ، استخدمنا حجم دم نسبي ثابتًا بنسبة 3 ٪ ومعدل استرخاء للعضلات يبلغ 34 / ثانية.

الجدول 1. معلمات أنسجة عضلات الهيكل العظمي البشري المستخدمة لحساب التأثيرات الجريئة خارج الأوعية

تحليل احصائي

يتم التعبير عن الإحصاء الوصفي على أنه يعني ± SEM. تم تقييم الأهمية الإحصائية للتغييرات BOLD SI بين أقسام البروتوكول بواسطة ANOVA للقياسات المتكررة. استخدمنا اختبار Bonferroni لمقارنة تغييرات BOLD SI أثناء التسريب بقيم التحكم المتوسطة. أ ص القيمة & lt0.05 اعتبرت كبيرة.

نتائج

توسع الأوعية بعد الإقفار

أسفر SI في الصور المستوية ذات الصدى الموزون T2 * عن نسبة إشارة إلى ضوضاء تتراوح من 200 إلى 400. ظهر ضجيج منخفض التردد بشكل متزامن على كلا الساعدين ، وهو ناتج بشكل أساسي عن نبض القلب وحركة التنفس. يوضح الشكل 1 صور BOLD المحورية التمثيلية التي تم الحصول عليها أثناء نقص تروية الساعد وفور إطلاق الكفة. تم تصوير ذراع التحكم على الجانب الأيمن من كل صورة. تسبب ضخه في زيادة SI قوية في المنطقة اللمعية من الأوعية المرئية ، وبدرجة أقل ، في الأنسجة العضلية.

يوضح الشكل 2 المسار الزمني لمتوسط ​​BOLD SI وتغيرات تدفق الدم أثناء بروتوكول احتقان الدم التفاعلي. مباشرة بعد تضخم الكفة ، أظهر BOLD SI تدهورًا أسيًا مع انخفاض أقصى قدره 2.2 ± 0.4٪ مقارنة بخط الأساس. بعد تحرير الكفة ، وصل SI إلى 3.6 ± 0.4٪ كحد أقصى فوق خط الأساس في غضون -30 ثانية وعاد ببطء إلى قيم خط الأساس بعد ذلك. كان المسار الزمني لاستجابة تدفق الدم مختلفًا بشكل ملحوظ عن مسار BOLD SI. وصل تدفق الدم بحد أقصى 48.4 ± 5.6 مل / دقيقة × 100 مل من الأنسجة في وقت مبكر يصل إلى 5 ثوانٍ بعد إطلاق الكفة ، مع عودة سريعة إلى خط الأساس (5.1 ± 1.7 مل / دقيقة × 100 مل من الأنسجة). أظهر تحليل منحنيات BOLD SI أن متوسط ​​الوقت الأسي الثابت لانخفاض إشارة BOLD أثناء نقص التروية كان 71 ± 11 ثانية ، وكان متوسط ​​وقت زيادة إشارة BOLD الخطي (من 10٪ إلى 90٪ من إجمالي الزيادة بعد تحرير الكفة) 9.5 ± 1 ثانية. كان ثابت الوقت المحدد بشكل فردي للانحلال في BOLD SI بعد الحد الأقصى 136 ± 22 ثانية ، في حين أن ثابت الوقت لتدفق الدم بعد تجاوز تدفق الدم كان فقط 19.3 ± 3.7 ثانية.

الشكل 2. يتغير BOLD SI (الخط) و FBF في تجربة احتقان تفاعلي. يعود FBF وأكسجة الأنسجة إلى قيم الراحة على نطاق زمني مختلف. المربعات تشير إلى الراحة.

الحقن داخل الشرايين

أدى كل من SNP و ACh إلى زيادة BOLD SI المعتمدة على الجرعة ، مما يعكس زيادة الأوكسجين التي تعزى إلى زيادة تدفق الدم. مع كلتا المادتين ، ظل تدفق الدم كما تم قياسه بواسطة SGP مرتفعًا طوال فترة التسريب ، بينما انخفض BOLD SI قبل نهاية التسريب. يوضح الشكل 3 أ تسجيلًا تمثيليًا لـ BOLD SI والتدفق من أحد الموضوعات أثناء عمليات ضخ SNP الإضافية داخل الشرايين. بالمقارنة مع خط الأساس ، كانت زيادات BOLD SI 2.0 ± 0.3٪ ، 2.4 ± 0.3٪ ، و 2.6 ± 0.3٪ أثناء ضخ SNP عند 2 و 4 و 6 ميكروغرام / دقيقة ، على التوالي (ص& lt0.001). كانت قيم FBF المقابلة 17 ± 2 و 24 ± 2 و 29 ± 3 مل / دقيقة × 100 مل من الأنسجة. في حين استقر FBF في غضون دقيقتين في كل خطوة ضخ ، لم يصل BOLD SI إلى حالة مستقرة. لقد تسببنا في توسع الأوعية المعتمد على البطانة مع تسريب ACh داخل الشرايين. يوضح الشكل 3 ب تغييرات BOLD SI و FBF في موضوع تمثيلي. في حين اقترب FBF بسرعة من الحالة المستقرة في كل خطوة من خطوات التسريب ، انخفض BOLD SI في كل خطوة ضخ ACh مبكرًا بعد الوصول إلى الحد الأقصى ، على الرغم من استمرار تدفق الدم المرتفع. أثناء ضخ ACh بجرعة عالية (ACh64) ، كانت الزيادة القصوى في BOLD SI 3.6 ± 0.5٪ (ص& lt0.005) ، وهو ما يقابل زيادة FBF بمقدار 8.4 ضعفًا ، بينما لم يكن مهمًا خلال جرعة منخفضة من ACh16 (1.9 ± 0.6 ، ص& gt0.05 FBF زيادة بمقدار 4.2 ضعفًا ، ص= 0.38). يلخص الجدول 2 النتائج.

الشكل 3. يتغير BOLD SI (الخط المتذبذب) والتدفق (الخط الصلب) أثناء التسريب داخل الشرايين لـ SNP (a) والتسريب الإضافي لـ ACh ، والانتعاش ، و L -NMMA (ب).

الجدول 2. التغييرات المرصودة في الساعد SI الجريء وتدفق الدم في ظروف فرط الدم التفاعلي وإدارة النيتروبروسيد والتحفيز البطاني

تم توضيح FBF والحد الأقصى لقيم BOLD SI التي تمت مواجهتها في كل قسم من البروتوكول في مخطط مبعثر في الشكل 4 أ. على الرغم من وجود زيادة خطية تقريبًا في FBF مع جرعات إضافية من SNP ، إلا أن زيادة BOLD SI وصلت إلى التشبع مع زيادة جرعة SNP. خلال L -NMMA داخل الشرايين ، انخفض BOLD SI و FBF بشكل ملحوظ (التغيير −1.6 ± 0.2٪ [ص& lt0.005] و 35٪ على التوالي). يوضح الشكل 4 ب قيم تدفق الدم التي تم الحصول عليها أثناء دفعات L -NMMA و ACh المرسومة مقابل قيم BOLD SI. يُظهر منحنى BOLD SI زيادة حادة عند انخفاض قيم تدفق الدم والتشبع عند قيم تدفق دم أعلى. أدى انخفاض تدفق الدم بنسبة 35 ٪ أثناء ضخ L -NMMA تقريبًا إلى حدوث نفس المقدار من BOLD SI مع زيادة تدفق الدم بمقدار 4 أضعاف أثناء ضخ ACh16. لم يختلف BOLD SI عند تغيرات التروية المماثلة بين الدراسات المعتمدة على البطانية والدراسات المستقلة البطانية (ص=0.3).

الشكل 4. اليسار ، مخطط مبعثر من FBF و BOLD SI يتغير أثناء تغير تدفق الدم المستقل عن البطانة بعد SNP (χ 2 من الملاءمة = 0.00007). صحيح ، بيانات مماثلة تقارن تغيرات تدفق الدم المعتمد على البطانة الناتجة عن ACh الإضافي و L -NMMA (χ 2 من الملاءمة = 0.00016). يشبع BOLD SI لزيادة FBF بسبب تشبع أكسجة الأنسجة.

مقارنة مع النماذج النظرية

لتقدير تأثيرات BOLD خارج الشعيرات الدموية ، أدخلنا بيانات FBF المقاسة في حالة الراحة وبعد ضخ L -NMMA و ACh64 و SNP6 ، على التوالي ، في المعادلات 1 و 3 و 48 ، كما هو موضح في Bauer et al. 3 كتقريب لحجم دم صغير داخل الشعيرات الدموية ، طبقنا المعادلة 40 من نفس المنشور. مقارنة بقيم الراحة ، أدت الحسابات إلى تغيرات نسبية في معدل استرخاء العضلات (ΔR2*) من .0.013 و 0.009 و 0.009 في الثانية لـ L -NMMA و ACh64 و SNP6 ، على التوالي. تم حساب التغيير النسبي BOLD SI بالعلاقة TE × ΔR2* ، مما أدى إلى مساهمة مطلقة خارج الأوعية بنسبة 0.024٪ و 0.016٪ و 0.016٪ لـ L -NMMA و ACh64 و SNP6 على التوالي. هذه القيم في نطاق 1٪ فقط من تغييرات BOLD SI المقاسة.

باستخدام المعادلة 48 من Bauer et al لتحديد تشبع الهيموجلوبين المعتمد على التدفق والمعادلة 1 من Meyer et al لتحديد معدل استرخاء الدم في دوران الأوعية الدقيقة ، يمكننا تقدير تأثيرات BOLD داخل الأوعية. أسفرت تغييرات SI BOLD النسبية 3،15 عن −0.22 و 0.21 و 0.20 ٪ لـ L -NMMA و ACh64 و SNP6 ، على التوالي ، 10 ٪ من إجمالي تغيير BOLD SI المرصود. ومع ذلك ، عندما أخذنا في الاعتبار التوسع النسبي لحجم الدم أثناء فرط التدفق ، أدت الزيادة في حجم الدم النسبي من 3٪ إلى 4٪ إلى تغيير BOLD SI نسبيًا بنسبة 1.8٪ لـ SNP6. 16 ، 17

مناقشة

على حد علمنا ، فإن دراستنا هي الأولى التي تربط بشكل منهجي تغييرات BOLD SI بتغيرات تدفق الدم بوساطة البطانة في الساعد البشري. مع زيادة تدفق الدم ، لاحظنا زيادة في BOLD SI ، مع التشبع عند مستويات تدفق الدم المرتفعة. ومع ذلك ، بعد نقص التروية المتقطع ، ظل SI BOLD مرتفعًا حتى بعد تطبيع تدفق الدم. بسبب2 الاستهلاك ثابت لـ P o 2 مستويات ≥1 مم زئبق وبالتالي لا تأخذ في الحسبان التفكك الملحوظ ، قد يشير ثابت وقت الاضمحلال لإشارة BOLD MRI إلى وجود احتياطي الأكسجين في الأوعية الدموية الدقيقة.

تتوافق نتائج احتقان الدم التفاعلي مع حجم وديناميكيات التغييرات المرتبطة بـ BOLD SI التي تم الإبلاغ عنها سابقًا. قدمت 10،11 بيانات حديثة جدًا بواسطة Towse et al أيضًا دليلًا على تفكك التدفق و BOLD SI. 18 يتم تلبية القيم العالية المستمرة لـ BOLD SI بعد تطبيع تدفق الدم من خلال الارتفاعات اللاحقة للإقفار وحتى ما بعد فرط الدم لتشبع الأكسجين في الدم الوريدي وتوتر الأكسجين في الأنسجة. 19-21 التجنيد المتقطع للشعيرات الدموية بعد نقص التروية يزيد من محتوى الدم المؤكسج ويؤدي إلى زيادة اتساق وفعالية O2 التبادل بين الدم الشعري والأنسجة المحيطة. 16،22 بعد فترة وجيزة من احتقان الدم ، وارتفاع الأنسجة O2 قد يتسبب التوتر في انخفاض متقطع في O2 الاستخراج حتى يتم إعادة تثبيت توازن ما قبل الإقفار.يتم تضخيم الآلية عن طريق تحرير NO بوساطة التدفق.

NO البطانية تتوسط الاستجابات المتعلقة بالتمرين 23،24 واحتقان الدم التفاعلي. أظهر 14،25 جوردان وآخرون مؤخرًا أن أكسجة الأنسجة المطولة بعد التمرين وزيادة BOLD SI التي لوحظت في الفئران من النوع البري كانت غائبة في الفئران البطانية NO synthase التي تم تعطيل الجين فيها. 13 عاد تدفق الدم بعد التمرين بسرعة إلى خط الأساس في كلا المجموعتين. يمكن تفسير هذه الحالة من خلال حقيقة أن البطانية NO لا تنظم فقط نغمة الأوعية الدموية ، وبالتالي ، O2 العرض ، ولكن أيضا O2 استهلاك. خارجي وكذلك داخلي المنشأ يقلل من الميتوكوندريا O2 الاستهلاك ، في حين أن تثبيط NO سينسيز البطاني يزيد O2 إستغلال. 26-29 وهكذا ، قد تساهم القيود في إنتاج NO البطانية في نقص التروية من خلال توليفة محدودة من O2 العرض والفشل في إيقاف تشغيل O2 استهلاك.

لم يؤد تسريب موسعات الأوعية التي تعتمد على البطانة أو التي تعتمد على البطانة إلى استقرار هضبة BOLD SI ، في حين اقترب تدفق الدم بسرعة من حالة مستقرة. إلى جانب التأثير المذكور لـ NO ، يمكن تفسير هذه الظاهرة جزئيًا من خلال توتر الأكسجين في الأنسجة - إعادة توزيع حجم الدم إلى مناطق أقل من O2 توتر. في دراسة سابقة ، كان تدفق الدم الإقليمي وكثافة الشعيرات الدموية الوظيفية مرتبطين عكسياً بالأنسجة O2 توتر. 17

اقترب BOLD SI في دراستنا من التشبع مع زيادة FBF. كانت الاستجابة لتوسيع الأوعية المعتمد على البطانية والمستقلة البطانية مماثلة. يشير تشبع BOLD SI إلى أن أكسجة Hb الأوعية الدموية الدقيقة اقتربت تدريجياً من أكسجة Hb الشرياني مع زيادة تدفق الدم. من الناحية النظرية ، قد تؤدي التغييرات في أكسجة الميوغلوبين أيضًا إلى تأثير جريء. ومع ذلك ، حتى مع انخفاض تدفق الدم الناجم عن L -NMMA ، ظل تشبع الأكسجين بالميوجلوبين أقل من 100٪ في دراستنا. 11 علاوة على ذلك ، يتم إعادة أكسجة الميوجلوبين بالكامل في غضون 15 ثانية بعد ضخه. وبالتالي ، لا نعتقد أن تشبع أكسجة الميوجلوبين قد أثر على نتائجنا.

يتأثر BOLD SI بحجم الدم ، وتدفق الدم ، والأكسجين في الأنسجة ، وبالتالي فإن التغيرات في BOLD SI الملحوظة يمكن أن تكون نتيجة عوامل أخرى غير الأوكسجين. ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات التي أجريت على Li et al أن التغييرات في BOLD SI في الجسم الحي تُعزى بشكل أساسي إلى التغيرات في أكسجة الأنسجة. 5 مساهمات في إشارة BOLD تنشأ من داخل الأوعية الدموية وخارج الأوعية الدموية. ومع ذلك ، أظهر ماير وزملاؤه 12 أن التأثيرات داخل الأوعية الدموية وليس خارجها تفسر بشكل أساسي تغيرات BOLD SI في العضلات الهيكلية. الاختلافات في حجم الدم في الأوعية الدموية الدقيقة أو في الزاوية المتوسطة بين ألياف العضلات ومحور المجال الرئيسي قد يغير حجم BOLD SI المحسوب. تم الإبلاغ عن مجموعة واسعة من القيم خاصة بالنسبة لكثافة الشعيرات الدموية ، والتي من المعروف أنها تختلف باختلاف مستوى التدريب البدني. 30 علاوة على ذلك ، تعتمد كثافة الشعيرات الدموية الوظيفية على الأنسجة O2 التوتر والضغط قبل الشعيرات الدموية. قد تكون هذه المتغيرات قد تغيرت بشكل كبير خلال تجاربنا.

لم نتمكن من قياس FBF و BOLD SI في وقت واحد لأنه لا يمكن إجراء SGP داخل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. ومع ذلك ، قمنا بتوحيد شروط الاختبار خلال كلا القياسين. لقد حافظنا على ظروف SGP و BOLD MRI بالمثل قدر الإمكان. لم نقم بإجراء دراسات أيضية متزامنة ، على سبيل المثال باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي للميوغلوبين. وبالتالي ، لا يمكننا التعليق على الجوانب الأيضية للتغيرات المرصودة ، ومع ذلك ، فإن اقتران التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي بتقنيات التحليل الدقيق قد يوفر منظورات مستقبلية مثيرة للاهتمام.

إن التأثير المحتمل لنتائجنا متعدد الجوانب.

تسمح التقنية الجديدة بالتقييم المباشر لتوافر الأكسجين باعتباره المتغير الأيضي المنظم للأوعية الدموية نفسه بدلاً من استخدام علامات بديلة مثل تدفق الدم أو أقطار الأوعية.

يمكن التحقيق في آليات تنظيم الأوكسجين الإقليمي في الأنسجة بخلاف تنظيم تدفق الدم المعتمد على البطانة. يمكن أن يكون المرشحون عبارة عن تحويلات ما قبل الشعيرات ، أو منظمات أنسجة جديدة لاستهلاك الأكسجين ، أو معدِّلات لنزع الأكسجين من الهيموغلوبين.

قد تكون هذه الآليات أهدافًا مستقبلية للنُهج العلاجية التي تتناول أكسجة الأنسجة.

قد يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD أداة دقيقة ومستقرة وقابلة للتكرار لتقييم وظيفة البطانة باعتبارها السمة المميزة المبكرة لارتفاع ضغط الدم وتصلب الشرايين وسلائفها مثل مرض السكري أو السمنة أو الخمول البدني أو اضطرابات الدهون أو الالتهاب الجهازي. عند تطبيقه في التجارب البحثية ، فقد يتغلب على القيود المعروفة للطرائق المعمول بها.

نظرًا لأن التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD لا يحتاج إلى معالجة موضعية مثل مقاييس الإجهاد وهو مستقل إلى حد كبير عن موقع الأنسجة المراد دراستها ، فإن مناطق أخرى مثل الأعضاء داخل البطن والقلب في متناول اليد.

قد تكون الطريقة مفيدة في مراقبة التغييرات أثناء التدخلات العلاجية ، لا سيما في المناطق التي يتعذر الوصول إليها من خلال التقنيات الأخرى.

نحن ممتنون لتود أندرسون لمراجعته الممتازة للمخطوطة والمناقشات المفيدة. علاوة على ذلك ، نحن مدينون للمساعدة الفنية من كيرستين كريتشل وإيفلين بولزين وأورسولا فاجنر.


ما هو ديوكسي هيموغلوبين

Deoxyhemoglobin هو الهيموجلوبين الذي يطلق الأكسجين. يحدث إطلاق الأكسجين في الأنسجة الأيضية بسبب انخفاض درجة الحموضة ، وارتفاع تركيز ثاني أكسيد الكربون ، وانخفاض درجة الحرارة. Deoxyhemoglobin هو حالة الهيموجلوبين المتوترة (T) بسبب إطلاق جزيئات الأكسجين.

الشكل 2: منحنى تفكك أوكسي هيموجلوبين

ينتقل الديوكسي هيموغلوبين ، وهو أرجواني اللون ، نحو القلب عبر الأوردة. يُعرف الدم مع deoxyhemoglobin باسم الدم غير المؤكسج. يمكن أن يرتبط بالأكسجين داخل الرئتين ، مكونًا أوكسي هيموغلوبين ، والذي بدوره يزيد من درجة الحموضة في الدم.


الملخص

أهداف- إن مساهمة وظيفة البطانة في أكسجة الأنسجة ليست مفهومة جيدًا. يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD MRI) بيانات تعتمد إلى حد كبير على أكسجة الهيموجلوبين (Hb). استخدمنا BOLD MRI لتقييم تغييرات شدة الإشارة المعتمدة على البطانة (SI).

الطرق والنتائج - لقد قمنا بالتحقيق في التغيرات المتوسطة BOLD SI في عضلات الساعد باستخدام تقنية التدرج الصدى عند 1.5 تسلا في 9 أشخاص أصحاء خضعوا لبروتوكول دفعات متكررة من الأسيتيل كولين بجرعتين مختلفتين (16 و 64 ميكروغرام / دقيقة) و ن G -monomethyl- l -arginine (l -NMMA 5 mg / min) في الشريان العضدي. تم استخدام نتروبروسيد الصوديوم كمادة تحكم. للارتباط الإضافي مع الطرق القياسية ، تم تكرار نفس البروتوكول ، وتم قياس تدفق الدم في الساعد بواسطة مقياس التحجم. حصلنا على زيادة كبيرة في BOLD SI أثناء ضخ الأسيتيل كولين (64 ميكروغرام / دقيقة) وانخفاض كبير في ضخ L -NMMA (ص& lt0.005 لكليهما). أظهر BOLD SI إشارة حركية مختلفة عن تدفق الدم ، خاصة بعد نقص التروية المتقطع وبمعدلات تدفق عالية.

الاستنتاجات - في اختبارات وظائف البطانة القياسية ، يكتشف التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD تفكك أكسجة الهيموجلوبين في الأنسجة من تدفق الدم. قد يكون التصوير بالرنين المغناطيسي الجريء مساعدًا مفيدًا في تقييم وظيفة البطانة.

استخدمنا التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD MRI) لدراسة أكسجة الهيموجلوبين في الأنسجة فيما يتعلق بفرط الدم التالي للإقفار وتحفيز البطانة. وجدنا فصل أكسجة الهيموغلوبين في الأنسجة عن تغيرات تدفق الدم واستنتجنا أن التصوير بالرنين المغناطيسي القوي قد يوفر معلومات إضافية في تقييم وظيفة البطانة.

تنظم بطانة الأوعية الدموية النغمة ونضح الأنسجة من خلال إطلاق المواد الفعالة في الأوعية مثل NO. قيمت العديد من الدراسات تأثير وظيفة البطانة ، وخاصة الخلل البطاني ، في البشر. ومع ذلك ، فإن مساهمة الوظيفة البطانية في تنظيم أكسجة الأنسجة لدى البشر غير مفهومة جيدًا. 1 الإرواء ليس الآلية الوحيدة التي تحدد أكسجة الأنسجة والتمثيل الغذائي. لذلك ، قد يكون لقياسات تدفق الدم فائدة محدودة في هذا الصدد. يعكس التصوير بالرنين المغناطيسي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD MRI) التغيرات في نسبة أوكسي هيموغلوبين إلى ديوكسي هيموغلوبين التي تُعزى إلى خصائصها المختلفة في المجال المغناطيسي. 2،3 تقنية BOLD راسخة في التصوير بالرنين المغناطيسي للدماغ 4 وقد تم استخدامها أيضًا لتقييم عضلة القلب 5-9 ونقص تروية العضلات والهيكل العظمي. 10،11 في الآونة الأخيرة ، تم تطبيق هذه التقنية لتقييم احتقان الدم الناجم عن ممارسة الرياضة في العضلات الهيكلية. 12،13 أنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي المتاحة قادرة على إنشاء مجموعات بيانات صغيرة الحجم حساسة للجرأة في & lt1 s. وبالتالي ، يمكن للتصوير بالرنين المغناطيسي BOLD الكشف عن التغيرات في أكسجة الأنسجة داخل الأوعية الدموية بدقة مكانية وزمنية عالية. علاوة على ذلك ، من المحتمل أن يكون الوصول إلى الأنسجة غير مقيد. لقد درسنا التغيرات في أكسجة الأنسجة على النحو المحدد بواسطة شدة إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي (SI) مقارنة بتغيرات تدفق الدم بعد المؤثرات المعيارية التي تم التحقق من صحتها على نغمة الأوعية الدموية وتطبيق توسع الأوعية المباشر وتوسع الأوعية المنسوب إلى تحفيز البطانة.

أساليب

بروتوكول

درسنا 9 رجال أصحاء عاديين (25 ± 4 سنوات بعمر 75 ± 9 كجم ووزن 180 ± 9 سم ارتفاع). لم يتلقوا أي أدوية. وافق مجلس المراجعة الداخلية لدينا على جميع الدراسات ، وتم الحصول على موافقة خطية مستنيرة. أجريت جميع الدراسات بين الساعة 9 صباحًا والظهيرة بعد صيام ليلة كاملة. تم إدخال قسطرة (18G Braun AG) في الشريان العضدي للذراع غير المهيمن ، تليها فترة راحة قدرها 30 دقيقة. قارنا تغييرات BOLD SI مع التغيرات في تدفق الدم التي يحددها مقياس التحجم عن طريق مقياس الإجهاد (SGP). لذلك ، خضع الأشخاص للبروتوكولات التالية مرتين خلال ساعتين: مرة واحدة في الماسح الضوئي للتصوير بالرنين المغناطيسي ومرة ​​واحدة أثناء تقييم تغييرات تدفق الدم في الساعد (FBF) باستخدام SGP. تم تنفيذ البروتوكولات بترتيب عشوائي مع فاصل 60 دقيقة بين التقنيات.

استخدمنا المنشطات المعروفة التالية لتوسيع الأوعية.

احتقان الدم التفاعلي بعد نقص التروية المتقطع ، مما يؤدي إلى توسع الأوعية من خلال التغيرات الأيضية الإقليمية وكذلك استرخاء خلايا العضلات الملساء بواسطة البطانة.

إعطاء نيتروبروسيد الصوديوم (SNP) ، الذي يعرض خلايا العضلات الملساء مباشرة لأكسيد النيتروجين ويؤدي إلى استرخاءها دون تحفيز البطانة الأولية (توسع الأوعية المعتمد على البطانة).

إدارة الأسيتيل كولين (ACh) ، وهو محفز فسيولوجي للخلايا البطانية لإنتاج أكسيد النيتروجين ، والذي يريح العضلات الملساء الوعائية مرة أخرى.

في سلسلة أولية من التجارب ، أجرينا احتقانًا تفاعليًا مع 3 دقائق من نقص التروية تليها فترة نقاهة مدتها 22 دقيقة وتسريب إضافي داخل الشرايين لـ SNP (SNP2 = 2 ميكروغرام / دقيقة SNP4 = 4 ميكروغرام / دقيقة SNP6 = 6 ميكروغرام / دقيقة لمدة 5 دقائق لكل منهما) بعد استراحة قصيرة. كان سبب نقص التروية هو التضخم السريع لكفة جهاز قياس ضغط الدم الأوتوماتيكي القياسي (Omega Saegeling Medizintechnik) ، مع توقف كامل لتدفق الدم في غضون 2.5 ثانية. في يوم آخر ، تم إحداث تغييرات نضح تعتمد على البطانة عن طريق التسريب الإضافي لـ ACh (ACh16 = 16 ميكروغرام / دقيقة ACh64 = 64 ميكروغرام / دقيقة). استغرقت كل خطوة تسريب 4 دقائق. بعد الشفاء ، قمنا بغرس مثبط NO سينثيز غير المحدد ن G -monomethyl- l -arginine (l -NMMA) بمعدل 5 مجم / دقيقة خلال 5 دقائق. استخدمنا جرعات الأدوية المعروف أنها لا تسبب أي آثار جهازية. 14 تم تعديل تركيزات عقار الدراسة لتحقيق معدل تسريب ثابت داخل الشرايين يبلغ 1.2 مل / دقيقة. في سياق دراساتنا ، كانت جميع مجموعات البيانات الثمانية التي تم الحصول عليها خلال تجارب احتقان الدم التفاعلي / تجارب SNP مناسبة للتقييم. أثناء دراسات ACh / l -NMMA ، حدثت آثار حركية كبيرة في موضوع واحد ، مما يجعل التقييم الموثوق به مستحيلًا.

تخطيط التحجم

استخدمنا مقياس التحجم Hokanson EC5R مع مقاييس الإجهاد الزئبقية في السيليكون التي تم لفها حول الساعد بأكبر قطر لها. تم نفخ سوار المعصم إلى 50 مم زئبق فوق الضغط الانقباضي قبل دقيقة واحدة من بدء البروتوكول في استبعاد دوران اليد. عن طريق التطبيق المتقطع لضغط انسداد وريدي قدره 50 مم زئبق ، تم قياس تدفق الدم إلى الساعد كل 15 ثانية. باستثناء احتقان الدم التفاعلي ، تم حساب قيم التدفق من 8 قياسات فردية بعد وصول التدفق إلى حالة مستقرة في كل قسم من البروتوكول.

التصوير بالرنين المغناطيسي

استخدمنا نظام التصوير بالرنين المغناطيسي 1.5-T (Sigma CV / I GE Medical Systems) ، مزودًا بنظام التدرج المحسن للقلب والأوعية الدموية (أقصى قوة تدرج 40 mT / m معدل انتشار 150 T / m في الثانية). تم استخدام ملف رأس تربيعي للإثارة والاستقبال لتحقيق ملف تعريف شدة تردد لاسلكي متجانس. طُلب من الأشخاص أن يتخذوا وضعية "شبيهة بأبو الهول" مع وجود ساعديهم في لفائف الرأس. تم وضع شريحة مستعرضة واحدة في أكبر قطر للساعد. لقد أجرينا لقطة واحدة ذات وزن T2 * ، تسلسل صدى متدرج ، مع قراءات تصوير مستوية صدى باستخدام المعلمات التالية: مجال الرؤية 24 × 24 سم حجم 2 بكسل 1.87 × 1.87 مم 2 سماكة الشريحة 10 مم وقت الصدى (TE) 18.5 مللي ثانية وزاوية انعكاس 20 درجة. في السلسلة الأولى من التجارب ، استخدمنا وقت تكرار ثابتًا قدره 250 مللي ثانية ، وفي المجموعة الثانية ، طبقنا تشغيل ECG مع وقت تأخير قدره 200 مللي ثانية لتقليل تأثير التشبع المعتمد على التدفق وتأثيرات T1 على SI. قمنا بقياس SI في منطقة محددة ذات أهمية على كامل عضلات الساعد باستثناء الأوعية الكبيرة والعظام (الشكل 1) باستخدام برنامج مصمم لتتبع الدورة الزمنية SI في التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (Functool GE Medical Systems). بالإضافة إلى ذلك ، تمت معالجة صور الساعد المقابل (غير التسريب) لتحديد الاختلافات في الدوران الجهازي.

شكل 1. التصوير بالرنين المغناطيسي T2 * للساعدين البشريين أثناء نقص التروية (يسار) وأثناء احتقان الدم (يمين). تظهر الذراع التي تخضع لانسداد متقطع للدورة الدموية على الجانب الأيسر. في هذا الذراع ، يمكن ملاحظة زيادة الكثافة الناتجة عن التدفق بعد تحرير الكفة بوضوح في الأوعية الكبيرة ، في حين أن تباين BOLD SI في العضلات صغير جدًا بحيث لا يمكن تحديده بصريًا. لاحظ المنطقة ذات الشكل غير المنتظم التي يتم رسمها يدويًا.

مقارنة مع النماذج النظرية

لتقييم مساهمات الأجزاء المختلفة في BOLD SI في العضلات الهيكلية البشرية ، قمنا بمقارنة بياناتنا بتنبؤات النماذج النظرية لتأثير BOLD. لتقدير تأثيرات BOLD خارج الأوعية الدموية ، قمنا بتكييف نموذج Bauer et al 3 مع العضلات الهيكلية باستخدام مجموعة نموذجية من معلمات الأنسجة (الجدول 1). من معدل استرخاء الدم على النحو الذي اقترحه Silvennoinen et al. 15 على غرار عمليات المحاكاة السابقة بواسطة Meyer et al ، استخدمنا حجم دم نسبي ثابتًا بنسبة 3 ٪ ومعدل استرخاء للعضلات يبلغ 34 / ثانية.

الجدول 1. معلمات أنسجة عضلات الهيكل العظمي البشري المستخدمة لحساب التأثيرات الجريئة خارج الأوعية

تحليل احصائي

يتم التعبير عن الإحصاء الوصفي على أنه يعني ± SEM. تم تقييم الأهمية الإحصائية للتغييرات BOLD SI بين أقسام البروتوكول بواسطة ANOVA للقياسات المتكررة. استخدمنا اختبار Bonferroni لمقارنة تغييرات BOLD SI أثناء التسريب بقيم التحكم المتوسطة. أ ص القيمة & lt0.05 اعتبرت كبيرة.

نتائج

توسع الأوعية بعد الإقفار

أسفر SI في الصور المستوية ذات الصدى الموزون T2 * عن نسبة إشارة إلى ضوضاء تتراوح من 200 إلى 400. ظهر ضجيج منخفض التردد بشكل متزامن على كلا الساعدين ، وهو ناتج بشكل أساسي عن نبض القلب وحركة التنفس. يوضح الشكل 1 صور BOLD المحورية التمثيلية التي تم الحصول عليها أثناء نقص تروية الساعد وفور إطلاق الكفة. تم تصوير ذراع التحكم على الجانب الأيمن من كل صورة. تسبب ضخه في زيادة SI قوية في المنطقة اللمعية من الأوعية المرئية ، وبدرجة أقل ، في الأنسجة العضلية.

يوضح الشكل 2 المسار الزمني لمتوسط ​​BOLD SI وتغيرات تدفق الدم أثناء بروتوكول احتقان الدم التفاعلي. مباشرة بعد تضخم الكفة ، أظهر BOLD SI تدهورًا أسيًا مع انخفاض أقصى قدره 2.2 ± 0.4٪ مقارنة بخط الأساس. بعد تحرير الكفة ، وصل SI إلى 3.6 ± 0.4٪ كحد أقصى فوق خط الأساس في غضون -30 ثانية وعاد ببطء إلى قيم خط الأساس بعد ذلك. كان المسار الزمني لاستجابة تدفق الدم مختلفًا بشكل ملحوظ عن مسار BOLD SI. وصل تدفق الدم بحد أقصى 48.4 ± 5.6 مل / دقيقة × 100 مل من الأنسجة في وقت مبكر يصل إلى 5 ثوانٍ بعد إطلاق الكفة ، مع عودة سريعة إلى خط الأساس (5.1 ± 1.7 مل / دقيقة × 100 مل من الأنسجة). أظهر تحليل منحنيات BOLD SI أن متوسط ​​الوقت الأسي الثابت لانخفاض إشارة BOLD أثناء نقص التروية كان 71 ± 11 ثانية ، وكان متوسط ​​وقت زيادة إشارة BOLD الخطي (من 10٪ إلى 90٪ من إجمالي الزيادة بعد تحرير الكفة) 9.5 ± 1 ثانية. كان ثابت الوقت المحدد بشكل فردي للانحلال في BOLD SI بعد الحد الأقصى 136 ± 22 ثانية ، في حين أن ثابت الوقت لتدفق الدم بعد تجاوز تدفق الدم كان فقط 19.3 ± 3.7 ثانية.

الشكل 2. يتغير BOLD SI (الخط) و FBF في تجربة احتقان تفاعلي. يعود FBF وأكسجة الأنسجة إلى قيم الراحة على نطاق زمني مختلف. المربعات تشير إلى الراحة.

الحقن داخل الشرايين

أدى كل من SNP و ACh إلى زيادة BOLD SI المعتمدة على الجرعة ، مما يعكس زيادة الأوكسجين التي تعزى إلى زيادة تدفق الدم. مع كلتا المادتين ، ظل تدفق الدم كما تم قياسه بواسطة SGP مرتفعًا طوال فترة التسريب ، بينما انخفض BOLD SI قبل نهاية التسريب. يوضح الشكل 3 أ تسجيلًا تمثيليًا لـ BOLD SI والتدفق من أحد الموضوعات أثناء عمليات ضخ SNP الإضافية داخل الشرايين. بالمقارنة مع خط الأساس ، كانت زيادات BOLD SI 2.0 ± 0.3٪ ، 2.4 ± 0.3٪ ، و 2.6 ± 0.3٪ أثناء ضخ SNP عند 2 و 4 و 6 ميكروغرام / دقيقة ، على التوالي (ص& lt0.001). كانت قيم FBF المقابلة 17 ± 2 و 24 ± 2 و 29 ± 3 مل / دقيقة × 100 مل من الأنسجة. في حين استقر FBF في غضون دقيقتين في كل خطوة ضخ ، لم يصل BOLD SI إلى حالة مستقرة. لقد تسببنا في توسع الأوعية المعتمد على البطانة مع تسريب ACh داخل الشرايين. يوضح الشكل 3 ب تغييرات BOLD SI و FBF في موضوع تمثيلي. في حين اقترب FBF بسرعة من الحالة المستقرة في كل خطوة من خطوات التسريب ، انخفض BOLD SI في كل خطوة ضخ ACh مبكرًا بعد الوصول إلى الحد الأقصى ، على الرغم من استمرار تدفق الدم المرتفع. أثناء ضخ ACh بجرعة عالية (ACh64) ، كانت الزيادة القصوى في BOLD SI 3.6 ± 0.5٪ (ص& lt0.005) ، وهو ما يقابل زيادة FBF بمقدار 8.4 ضعفًا ، بينما لم يكن مهمًا خلال جرعة منخفضة من ACh16 (1.9 ± 0.6 ، ص& gt0.05 FBF زيادة بمقدار 4.2 ضعفًا ، ص= 0.38). يلخص الجدول 2 النتائج.

الشكل 3. يتغير BOLD SI (الخط المتذبذب) والتدفق (الخط الصلب) أثناء التسريب داخل الشرايين لـ SNP (a) والتسريب الإضافي لـ ACh ، والانتعاش ، و L -NMMA (ب).

الجدول 2. التغييرات المرصودة في الساعد SI الجريء وتدفق الدم في ظروف فرط الدم التفاعلي وإدارة النيتروبروسيد والتحفيز البطاني

تم توضيح FBF والحد الأقصى لقيم BOLD SI التي تمت مواجهتها في كل قسم من البروتوكول في مخطط مبعثر في الشكل 4 أ. على الرغم من وجود زيادة خطية تقريبًا في FBF مع جرعات إضافية من SNP ، إلا أن زيادة BOLD SI وصلت إلى التشبع مع زيادة جرعة SNP.خلال L -NMMA داخل الشرايين ، انخفض BOLD SI و FBF بشكل ملحوظ (التغيير −1.6 ± 0.2٪ [ص& lt0.005] و 35٪ على التوالي). يوضح الشكل 4 ب قيم تدفق الدم التي تم الحصول عليها أثناء دفعات L -NMMA و ACh المرسومة مقابل قيم BOLD SI. يُظهر منحنى BOLD SI زيادة حادة عند انخفاض قيم تدفق الدم والتشبع عند قيم تدفق دم أعلى. أدى انخفاض تدفق الدم بنسبة 35 ٪ أثناء ضخ L -NMMA تقريبًا إلى حدوث نفس المقدار من BOLD SI مع زيادة تدفق الدم بمقدار 4 أضعاف أثناء ضخ ACh16. لم يختلف BOLD SI عند تغيرات التروية المماثلة بين الدراسات المعتمدة على البطانية والدراسات المستقلة البطانية (ص=0.3).

الشكل 4. اليسار ، مخطط مبعثر من FBF و BOLD SI يتغير أثناء تغير تدفق الدم المستقل عن البطانة بعد SNP (χ 2 من الملاءمة = 0.00007). صحيح ، بيانات مماثلة تقارن تغيرات تدفق الدم المعتمد على البطانة الناتجة عن ACh الإضافي و L -NMMA (χ 2 من الملاءمة = 0.00016). يشبع BOLD SI لزيادة FBF بسبب تشبع أكسجة الأنسجة.

مقارنة مع النماذج النظرية

لتقدير تأثيرات BOLD خارج الشعيرات الدموية ، أدخلنا بيانات FBF المقاسة في حالة الراحة وبعد ضخ L -NMMA و ACh64 و SNP6 ، على التوالي ، في المعادلات 1 و 3 و 48 ، كما هو موضح في Bauer et al. 3 كتقريب لحجم دم صغير داخل الشعيرات الدموية ، طبقنا المعادلة 40 من نفس المنشور. مقارنة بقيم الراحة ، أدت الحسابات إلى تغيرات نسبية في معدل استرخاء العضلات (ΔR2*) من .0.013 و 0.009 و 0.009 في الثانية لـ L -NMMA و ACh64 و SNP6 ، على التوالي. تم حساب التغيير النسبي BOLD SI بالعلاقة TE × ΔR2* ، مما أدى إلى مساهمة مطلقة خارج الأوعية بنسبة 0.024٪ و 0.016٪ و 0.016٪ لـ L -NMMA و ACh64 و SNP6 على التوالي. هذه القيم في نطاق 1٪ فقط من تغييرات BOLD SI المقاسة.

باستخدام المعادلة 48 من Bauer et al لتحديد تشبع الهيموجلوبين المعتمد على التدفق والمعادلة 1 من Meyer et al لتحديد معدل استرخاء الدم في دوران الأوعية الدقيقة ، يمكننا تقدير تأثيرات BOLD داخل الأوعية. أسفرت تغييرات SI BOLD النسبية 3،15 عن −0.22 و 0.21 و 0.20 ٪ لـ L -NMMA و ACh64 و SNP6 ، على التوالي ، 10 ٪ من إجمالي تغيير BOLD SI المرصود. ومع ذلك ، عندما أخذنا في الاعتبار التوسع النسبي لحجم الدم أثناء فرط التدفق ، أدت الزيادة في حجم الدم النسبي من 3٪ إلى 4٪ إلى تغيير BOLD SI نسبيًا بنسبة 1.8٪ لـ SNP6. 16 ، 17

مناقشة

على حد علمنا ، فإن دراستنا هي الأولى التي تربط بشكل منهجي تغييرات BOLD SI بتغيرات تدفق الدم بوساطة البطانة في الساعد البشري. مع زيادة تدفق الدم ، لاحظنا زيادة في BOLD SI ، مع التشبع عند مستويات تدفق الدم المرتفعة. ومع ذلك ، بعد نقص التروية المتقطع ، ظل SI BOLD مرتفعًا حتى بعد تطبيع تدفق الدم. بسبب2 الاستهلاك ثابت لـ P o 2 مستويات ≥1 مم زئبق وبالتالي لا تأخذ في الحسبان التفكك الملحوظ ، قد يشير ثابت وقت الاضمحلال لإشارة BOLD MRI إلى وجود احتياطي الأكسجين في الأوعية الدموية الدقيقة.

تتوافق نتائج احتقان الدم التفاعلي مع حجم وديناميكيات التغييرات المرتبطة بـ BOLD SI التي تم الإبلاغ عنها سابقًا. قدمت 10،11 بيانات حديثة جدًا بواسطة Towse et al أيضًا دليلًا على تفكك التدفق و BOLD SI. 18 يتم تلبية القيم العالية المستمرة لـ BOLD SI بعد تطبيع تدفق الدم من خلال الارتفاعات اللاحقة للإقفار وحتى ما بعد فرط الدم لتشبع الأكسجين في الدم الوريدي وتوتر الأكسجين في الأنسجة. 19-21 التجنيد المتقطع للشعيرات الدموية بعد نقص التروية يزيد من محتوى الدم المؤكسج ويؤدي إلى زيادة اتساق وفعالية O2 التبادل بين الدم الشعري والأنسجة المحيطة. 16،22 بعد فترة وجيزة من احتقان الدم ، وارتفاع الأنسجة O2 قد يتسبب التوتر في انخفاض متقطع في O2 الاستخراج حتى يتم إعادة تثبيت توازن ما قبل الإقفار. يتم تضخيم الآلية عن طريق تحرير NO بوساطة التدفق.

NO البطانية تتوسط الاستجابات المتعلقة بالتمرين 23،24 واحتقان الدم التفاعلي. أظهر 14،25 جوردان وآخرون مؤخرًا أن أكسجة الأنسجة المطولة بعد التمرين وزيادة BOLD SI التي لوحظت في الفئران من النوع البري كانت غائبة في الفئران البطانية NO synthase التي تم تعطيل الجين فيها. 13 عاد تدفق الدم بعد التمرين بسرعة إلى خط الأساس في كلا المجموعتين. يمكن تفسير هذه الحالة من خلال حقيقة أن البطانية NO لا تنظم فقط نغمة الأوعية الدموية ، وبالتالي ، O2 العرض ، ولكن أيضا O2 استهلاك. خارجي وكذلك داخلي المنشأ يقلل من الميتوكوندريا O2 الاستهلاك ، في حين أن تثبيط NO سينسيز البطاني يزيد O2 إستغلال. 26-29 وهكذا ، قد تساهم القيود في إنتاج NO البطانية في نقص التروية من خلال توليفة محدودة من O2 العرض والفشل في إيقاف تشغيل O2 استهلاك.

لم يؤد تسريب موسعات الأوعية التي تعتمد على البطانة أو التي تعتمد على البطانة إلى استقرار هضبة BOLD SI ، في حين اقترب تدفق الدم بسرعة من حالة مستقرة. إلى جانب التأثير المذكور لـ NO ، يمكن تفسير هذه الظاهرة جزئيًا من خلال توتر الأكسجين في الأنسجة - إعادة توزيع حجم الدم إلى مناطق أقل من O2 توتر. في دراسة سابقة ، كان تدفق الدم الإقليمي وكثافة الشعيرات الدموية الوظيفية مرتبطين عكسياً بالأنسجة O2 توتر. 17

اقترب BOLD SI في دراستنا من التشبع مع زيادة FBF. كانت الاستجابة لتوسيع الأوعية المعتمد على البطانية والمستقلة البطانية مماثلة. يشير تشبع BOLD SI إلى أن أكسجة Hb الأوعية الدموية الدقيقة اقتربت تدريجياً من أكسجة Hb الشرياني مع زيادة تدفق الدم. من الناحية النظرية ، قد تؤدي التغييرات في أكسجة الميوغلوبين أيضًا إلى تأثير جريء. ومع ذلك ، حتى مع انخفاض تدفق الدم الناجم عن L -NMMA ، ظل تشبع الأكسجين بالميوجلوبين أقل من 100٪ في دراستنا. 11 علاوة على ذلك ، يتم إعادة أكسجة الميوجلوبين بالكامل في غضون 15 ثانية بعد ضخه. وبالتالي ، لا نعتقد أن تشبع أكسجة الميوجلوبين قد أثر على نتائجنا.

يتأثر BOLD SI بحجم الدم ، وتدفق الدم ، والأكسجين في الأنسجة ، وبالتالي فإن التغيرات في BOLD SI الملحوظة يمكن أن تكون نتيجة عوامل أخرى غير الأوكسجين. ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات التي أجريت على Li et al أن التغييرات في BOLD SI في الجسم الحي تُعزى بشكل أساسي إلى التغيرات في أكسجة الأنسجة. 5 مساهمات في إشارة BOLD تنشأ من داخل الأوعية الدموية وخارج الأوعية الدموية. ومع ذلك ، أظهر ماير وزملاؤه 12 أن التأثيرات داخل الأوعية الدموية وليس خارجها تفسر بشكل أساسي تغيرات BOLD SI في العضلات الهيكلية. الاختلافات في حجم الدم في الأوعية الدموية الدقيقة أو في الزاوية المتوسطة بين ألياف العضلات ومحور المجال الرئيسي قد يغير حجم BOLD SI المحسوب. تم الإبلاغ عن مجموعة واسعة من القيم خاصة بالنسبة لكثافة الشعيرات الدموية ، والتي من المعروف أنها تختلف باختلاف مستوى التدريب البدني. 30 علاوة على ذلك ، تعتمد كثافة الشعيرات الدموية الوظيفية على الأنسجة O2 التوتر والضغط قبل الشعيرات الدموية. قد تكون هذه المتغيرات قد تغيرت بشكل كبير خلال تجاربنا.

لم نتمكن من قياس FBF و BOLD SI في وقت واحد لأنه لا يمكن إجراء SGP داخل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. ومع ذلك ، قمنا بتوحيد شروط الاختبار خلال كلا القياسين. لقد حافظنا على ظروف SGP و BOLD MRI بالمثل قدر الإمكان. لم نقم بإجراء دراسات أيضية متزامنة ، على سبيل المثال باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي للميوغلوبين. وبالتالي ، لا يمكننا التعليق على الجوانب الأيضية للتغيرات المرصودة ، ومع ذلك ، فإن اقتران التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي بتقنيات التحليل الدقيق قد يوفر منظورات مستقبلية مثيرة للاهتمام.

إن التأثير المحتمل لنتائجنا متعدد الجوانب.

تسمح التقنية الجديدة بالتقييم المباشر لتوافر الأكسجين باعتباره المتغير الأيضي المنظم للأوعية الدموية نفسه بدلاً من استخدام علامات بديلة مثل تدفق الدم أو أقطار الأوعية.

يمكن التحقيق في آليات تنظيم الأوكسجين الإقليمي في الأنسجة بخلاف تنظيم تدفق الدم المعتمد على البطانة. يمكن أن يكون المرشحون عبارة عن تحويلات ما قبل الشعيرات ، أو منظمات أنسجة جديدة لاستهلاك الأكسجين ، أو معدِّلات لنزع الأكسجين من الهيموغلوبين.

قد تكون هذه الآليات أهدافًا مستقبلية للنُهج العلاجية التي تتناول أكسجة الأنسجة.

قد يوفر التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD أداة دقيقة ومستقرة وقابلة للتكرار لتقييم وظيفة البطانة باعتبارها السمة المميزة المبكرة لارتفاع ضغط الدم وتصلب الشرايين وسلائفها مثل مرض السكري أو السمنة أو الخمول البدني أو اضطرابات الدهون أو الالتهاب الجهازي. عند تطبيقه في التجارب البحثية ، فقد يتغلب على القيود المعروفة للطرائق المعمول بها.

نظرًا لأن التصوير بالرنين المغناطيسي BOLD لا يحتاج إلى معالجة موضعية مثل مقاييس الإجهاد وهو مستقل إلى حد كبير عن موقع الأنسجة المراد دراستها ، فإن مناطق أخرى مثل الأعضاء داخل البطن والقلب في متناول اليد.

قد تكون الطريقة مفيدة في مراقبة التغييرات أثناء التدخلات العلاجية ، لا سيما في المناطق التي يتعذر الوصول إليها من خلال التقنيات الأخرى.

نحن ممتنون لتود أندرسون لمراجعته الممتازة للمخطوطة والمناقشات المفيدة. علاوة على ذلك ، نحن مدينون للمساعدة الفنية من كيرستين كريتشل وإيفلين بولزين وأورسولا فاجنر.


شاهد الفيديو: تصوير شرايين المخ علي جهاز الرنين المغناطيسي (قد 2022).


تعليقات:

  1. Reod

    في رأيي لم تكن على حق. أقدم لمناقشته. اكتب لي في رئيس الوزراء ، سنتحدث.

  2. Brigham

    إزالة كل شيء ، أن الموضوع لا يهم.

  3. Ambrosio

    يبدو بطريقة مغرية

  4. Pandareos

    أمر مفروغ منه.

  5. Gukasa

    الوهم الاستثنائي ، في رأيي



اكتب رسالة