Исследование реакции кровеносных сосудов на локальный нагрев методом визуализирующей фотоплетизмографии

Предмет исследования. Исследована возможность применения нового бесконтактного метода визуализирующей фотоплетизмографии для исследования терморегуляторной вазодилатации сосудов.
Метод. Реакция перфузии в области внешнего предплечья в ответ на локальный нагрев до 41 ± 1 °С была оценена у шести добровольцев в возрасте 39–52 лет с помощью видеозаписи исследуемой области, синхронизованной с электрокардиограммой, и последующей корреляционной обработкой полученных данных.
Основные результаты. Показано, что изменение перфузии при локальном нагреве носит двухфазный характер и обусловлено откликом нервной системы, опосредованным аксон-рефлексом в первой фазе вазодилатации, и синтезом оксида азота в клетках эндотелия во второй фазе. Установлено, что многократный рост перфузии в первой фазе нагрева зависит как от начальной температуры кожи, так и от разницы температуры ее нагрева. Обнаружено, что для существенного развития сосудистой реакции на гипертермию, связанную с активацией эндотелиальной функции, необходим нагрев тканей длительностью более 15 мин.
Практическая значимость. Подтверждено, что метод визуализирующей фотоплетизмографии достоверно отражает работу механизмов регуляции периферического сосудистого сопротивления, что имеет большое прогностическое значение для выявления первичных признаков сердечно-сосудистых заболеваний.

1. Gimbrone M., Garcia-Cardena G. Endothelial cell dysfunction and the pathobiology of atherosclerosis // Circulation Research. 2016. V. 118. N 4. P. 620–636. https://doi.org/10.1161/circresaha.115.306301

2. Widlansky M.E., Gokce N., Keaney J.F., Vita J.A. The clinical implications of endothelial dysfunction // Journal of the American College of Cardiology. 2003. V. 42. N 7. P. 1149–1160. https://doi.org/10.1016/s0735-1097(03)00994-x

3. Dharmashankar K., Widlansky M.E. Vascular endothelial function and hypertension: insights and directions // Current Hypertension Reports. 2010. V. 12. N 6. P. 448–455. https://doi.org/10.1007/s11906-010-0150-2

4. Celermajer D.S., Sorensen K.E., Georgakopoulos D., Bull C., Thomas O., Robinson J., Deanfield J.E. Cigarette smoking is associated with dose-related and potentially reversible impairment of endothelium-dependent dilation in healthy young adults // Circulation. 1993. V. 88. N 5. P. 2149–2155. https://doi.org/10.1161/01.cir.88.5.2149

5. Mäkimattila S., Virkamäki A., Groop P.-H., Cockcroft J., Utriainen T., Fagerudd J., Yki-Järvinen H. Chronic hyperglycemia impairs endothelial function and insulin sensitivity via different mechanisms in insulin-dependent diabetes mellitus // Circulation. 1996. V. 94. N 6. P. 1276–1282. https://doi.org/10.1161/01.cir.94.6.1276

6. Williams S.B., Cusco J.A., Roddy M.A., Johnstone M.T., Creager M.A. Impaired nitric oxide-mediated vasodilation in patients with non-insulin-dependent diabetes mellitus // Journal of the American College of Cardiology. 1996. V. 27. N 3. P. 567–574. https://doi.org/10.1016/0735-1097(95)00522-6

7. Spieker L.E., Sudano I., Hürlimann D., Lerch P.G., Lang M.G., Binggeli C., Corti R., Ruschitzka F., Lüscher T.F., Noll G. Highd ensity lipoprotein restores endothelial functionin hypercholesterolemic men // Circulation. 2002. V. 105. N 12. P. 1399– 1402. https://doi.org/10.1161/01.cir.0000013424.28206.8f

8. Minson C.T. Thermal provocation to evaluate microvascular reactivity in human skin // Journal of Applied Physiology. 2010. V. 109. N 9. P. 1239–1246. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00414.2010

9. Minson C.T., Berry L.T., Joyner M.J. Nitric oxide and neurally mediated regulation of skin blood flow during local heating // Journal of Applied Physiology. 2001. V. 91. N 4. P. 1619–1626. https://doi.org/10.1152/jappl.2001.91.4.1619

10. Wong B.J., Fieger S.M. Transient receptor potential vanilloid type-1 (TRPV-1) channels contribute to cutaneous thermal hyperaemia in humans // The Journal of Physiology. 2010. V. 588. N 21. P. 4317–4326. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2010.195511

11. Brunt V.E., Minson C.T. Cutaneous thermal hyperemia: more than skin deep // Journal of Applied Physiology. 2011. V. 111. N 1. P. 5–7. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00544.2011

12. Kellogg D.L., Zhao J.L., Wu Y. Endothelial nitric oxide synthase control mechanisms in the cutaneous vasculature of humans in vivo // American Journal of Physiology — Heart and Circulatory Physiology. 2008. V. 295. N 1. P. H123–H129. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00082.2008

13. Debbabi H., Bonnin Ph., Ducluzeau P.H., Leftheriotis G., Levy B.I. Noninvasive assessment of endothelial function in the skin microcirculation // American Journal of Hypertension. 2010. V. 23. N 5. P. 541–546. https://doi.org/10.1038/ajh.2010.10

14. Cracowski J.-L., Minson C.T., Salvat-Melis M., Halliwill J. Methodological issues in the assessment of skin microvascular endothelial function in humans // Trends in Pharmacological Sciences. 2006. V. 27. N 9. P. 503–508. https://doi.org/10.1016/j.tips.2006.07.008

15. Mamontov O.V., Shcherbinin A.V., Romashko R.V., Kamshilin A.A. Intraoperative imaging of cortical blood flow by camera-based photoplethysmography at green light // Applied Sciences. 2020. V. 10. N 18. P. 6192. https://doi.org/10.3390/app10186192

16. Kukel I., Trumpp A., Plötze K., Rost A., Zaunseder S., Matschke K., Rasche S. Contact-free optical assessment of changes in the chest wall perfusion after coronary artery bypass grafting by imaging photoplethysmography // Applied Sciences. 2020. V. 10. N 18. P. 6537. https://doi.org/10.3390/app10186537

17. Volynsky M.A., Margaryants N.B., Mamontov O.V., Kamshilin A.A. Contactless monitoring of microcirculation reaction on local temperature changes // Applied Sciences. 2019. V. 9. N 22. Р. 4947. https://doi.org/10.3390/app9224947

18. Cui W.J., Ostrander L.E., Lee B.Y. In vivo reflectance of blood and tissue as a function of light wavelength // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1990. V. 37. N 6. P. 632–639. https://doi.org/10.1109/10.55667

19. Kamshilin A.A., Nippolainen E., Sidorov I.S., Vasilev P.V., Erofeev N.P., Podolian N.P., Romashko R.V. A new look at the essence of the imaging photoplethysmography // Scientific Reports. 2015. V. 5. N 1. Р. 10494. https://doi.org/10.1038/srep10494

20. Lyubashina O.A., Mamontov O., Volynsky M., Zaytsev V.V., Kamshilin A.A. Contactless assessment of cerebral autoregulation by photoplethysmographic imaging at green illumination // Frontiers in Neuroscience. 2019. V. 13. P. 1235. https://doi.org/10.3389/fnins.2019.01235

21. Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement // Physiological Measurement. 2007. V. 28. N 3. P. R1–R39. https://doi.org/10.1088/0967-3334/28/3/R01