Possibilities of cold test to functional estimation of microcirculatory-tissue systems

Introduction. Methods of laser Doppler flowmetry (LDF), tissue reflectance oximetry (TRO) and pulse oximetry are used to diagnose the microcirculatory-tissue system (MTS) condition and evaluate the tissue respiration. Use of these techniques in conjunction with a variety of functional stress tests allow the assessment of MTS parameters, reveal disorders of hemodynamics and evaluate the response of MTS to the functional tests. However, the dynamics of microcirculatory changes, tissue respiration and possible disorders during the cold pressor test (CPT) have, till now, been little studied with the help of laser diagnostic techniques. The aim of this study was to evaluate the dynamics of changes in complex parameters of MTS during the CPT and to analyze the possible causes that affect these changes. Materials and methods. Using non-invasive optical methods of LDF, TRO and pulse oximetry, we investigated the dynamics of MTS parameter changes when using CPT in 32 healthy volunteers. Results. According to differences in the recovery rate of oxygen consumption during CPT, volunteers can be conditionally divided into 2 groups: 1 - displaying normal physiology and 2 - with a tendency to angiospasm and a lack of functional recovery of the MTS. To identify possible causes of angiospasm, we performed a detailed analysis of blood flow oscillations. This analysis revealed that the cause of angiospasm may be a disorder in the tone-shaping myogenic mechanisms regulating resistive microvessels, disturbances to the microcirculation of stagnant blood, or a combination of both of these factors. Conclusions. Use of the CPT for functional assessment of MTS allows us not only to estimate the reserve capabilities of the MTS, but also to identify - at a pre-clinical stage - propensity to angiospasm, which has practical value in the clinic.

неинвазивная диагностика, лазерная допплеровская флоуметрия, оптическая тканевая оксиметрия, пульсоксиметрия, микроциркуляторно-тканевые системы, холодовая прессорная проба, тканевое дыхание, non-invasive diagnostics, laser Doppler flowmetry, tissue reflectance oximetry, pulse oximetry, microcirculatory-tissue system, cold pressor test, tissue respiration

1. Азизов Г. А. Функциональные пробы в оценке степени нарушений микроциркуляции при заболеваниях сосудов нижних конечностей // Региональное кровообращение и микроциркуляция. 2006. № 1 (17). C. 37-43.

2. Звездин М. С., Ачкасова В. В. Ответная реакция сосудов кожи на дистантное холодовое воздействие // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2006. T. 5. № 3 (19). C. 63-67.

3. Крупаткин А. И. Неинвазивная оценка тканевого дыхания у человека с использованием вейвлет-анализа колебаний сатурации крови кислородом и кровотока в микрососудах кожи // Физиология человека. 2012. T. 38. № 4. C. 67-73.

4. Крупаткин А. И. Пульсовые и дыхательные осцилляции кровотока в микроциркуляторном русле кожи человека // Физиология человека. 2008. T. 34. № 3. C. 70-76.

5. Крупаткин А. И., Сидоров В. В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность: рук-во для врачей. М.: ЛИБРОКОМ, 2013. 496 с.

6. Микроциркуляция в клинической практике: Материалы IV Всеросс. науч. конф. с международ. участием // Ангиология и сосудистая хирургия. 2012. T. 18. Прил.

7. Пискунова Г. М., Чемерис Н. К., Красников Г. В. и др. Тепловая проба с линейно нарастающей температурой нагрева в исследованиях механизмов регуляции системы микроциркуляции кожи человека // Вестник новых мед. технол. 2002. № 4. C. 89-91.

8. Применение лазерной допплеровской флоуметрии в медицинской практике: Материалы III Всеросс. симп. / под ред. проф. В. И. Козлова. М., 2000. 169 с.

9. Прокофьева Т. В. Тепловая проба у больных стабильной стенокардией напряжения III функционального класса в процессе стационарного лечения при ЛДФ-тестировании / Т. В. Прокофьева, М. К. Яценко, Л. П. Воронина, Е. А. Полунина // Фундамент. исслед. 2007. № 12. C. 91-92.

10. Рогаткин Д. А. Физические основы оптической оксиметрии // Мед. физика. 2012. № 2. C. 97-114.

11. Станкевич А. В., Ахапкина А. А., Тихомирова И. А. Функциональные пробы в оценке резервных возможностей кровотока у спортсменов // Ярослав. пед. вестник. 2013. T. 3. № 4. C. 190-194.

12. Тучин В. В. Оптическая биомедицинская диагностика: учеб. изд.: в 2 т. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 559 с.

13. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Протопопов А. А. Оценка функционального состояния кровеносных сосудов по анализу температурной реакции на окклюзионную пробу // Саратов. науч.-мед. журн. 2009. T. 5. № 4. C. 554-558.

14. Шурыгин И. А. Мониторинг дыхания: пульсоксиметрия, капнография, оксиметрия. СПб.: Невский Диалект, 2000. 301 с.

15. Юнкеров В. И., Григорьев С. Г. Математико-статистическая обработка данных медицинских исследований. СПб.: ВМедА, 2002. 266 с.

16. Dunaev A. V, Sidorov V. V., Krupatkin A. I. et al. Investigating tissue respiration and skin microhaemocirculation under adaptive changes and the synchronization of bloodflow and oxygen saturation rhythms // Physiological Measurement. 2014. Vol. 35(4). Р. 607-621. doi: 10.1088/0967-3334/35/4/607

17. Hall J. E. Hall Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. 12th ed. Saunders, 2010. 1120 p.

18. Minkley N. The socially evaluated cold-pressor test (SECPT) for groups: Effects of repeated administration of a combined physiological and psychological stressor / N. Minkley, T. P. Schroder, O. T. Wolf, W. H. Kirchner // Psychoneuroendocrinology. 2014. Vol. 45. P. 119-127.

19. Stefanovska A., Bracic M., Kvernmo H. D. Wavelet analysis of oscillations in peripheral blood circulation measured by Doppler technique // Biomedical Engineering. 2010. Vol. 46. № 10. P. 1230-1239.

20. Tankanag A., Chemeris N. Application of adaptive wavelet transform for analysis of blood flow oscillations in the human skin // Phys. Med. Biol. 2013. Vol. 53. № 21. P. 5967-5976.

21. Velasco M., Gomez J., Blanco M., Rodriguez I. The cold pressor test: pharmacological and therapeutic aspects // American Journal of Therapeutics. 1997. Vol. 4. № 1. P. 34-38.