Co łączy naczynia krwionośne i mitochondria? | AngioExpert

Prawidłowe funkcjonowanie organizmu zależy zarówno od sprawnego dostarczania tlenu przez układ krążenia, jak i od zdolności komórek do jego wykorzystania w procesach metabolicznych. Technika Flow Mediated Skin Fluorescence (FMSF) umożliwia podczas jednego nieinwazyjnego pomiaru ocenę funkcji naczyniowej i mitochondrialnej na podstawie dynamicznych zmian fluorescencji NADH rejestrowanych w skórze.

Pomiar FMSF obejmuje rejestrację sygnału w spoczynku, podczas kontrolowanego niedokrwienia oraz po przywróceniu przepływu — w fazie hiperemii i reperfuzji.

W jednym pomiarze możliwa jest analiza parametrów związanych z:

• mikrokrążeniem
• makrokrążeniem,
• reakcją mikrokrążenia na hipoksję,
• równowagą redoks NADH/NAD+,
• funkcją metaboliczną, w tym mitochondrialną.

Autorzy publikacji przedstawiają FMSF jako metodę pozwalającą monitorować funkcję naczyniową i mitochondrialną oddzielnie, ale również analizować ich wzajemne zależności na podstawie jednego przebiegu pomiarowego.

Wprowadzenie

Technika Flow Mediated Skin Fluorescence (FMSF) jest nieinwazyjną metodą opartą na pomiarze fluorescencji NADH emitowanej przez komórki skóry. Dynamiczne zmiany tego sygnału dostarczają informacji zarówno o dostarczaniu tlenu przez układ krążenia, jak i o stanie metabolicznym mitochondriów.

NADH i jego utleniona forma NAD+ są koenzymami uczestniczącymi w reakcjach redoks. W prawidłowych warunkach tlenowych NADH jest utleniany do NAD+ w mitochondriach. Podczas niedotlenienia proces ten zostaje ograniczony, co prowadzi do gromadzenia NADH. Po przywróceniu przepływu i wystąpieniu hiperemii jego utlenianie przyspiesza, a poziom fluorescencji przejściowo się obniża.

Dzięki temu równowaga NADH/NAD+ może być traktowana jako czuły wskaźnik zmian funkcji mitochondrialnej oraz zaburzeń krążenia odpowiedzialnego za transport tlenu do komórek. FMSF umożliwia więc analizę obu tych obszarów w jednym pomiarze, a także ocenę ich wzajemnego wpływu.

Publikacja ma charakter perspektywy naukowej

Artykuł opublikowany w czasopiśmie „Frontiers in Physiology” ma charakter publikacji typu Perspective. Nie opisuje nowego, prospektywnego badania klinicznego.

Autorzy zestawiają wyniki wcześniejszych badań i przedstawiają nową perspektywę interpretacji sygnału FMSF, koncentrując się szczególnie na możliwości oceny funkcji mitochondrialnej.

Analizowane dane pochodziły między innymi z dwóch opisanych wcześniej grup:

• 482 pacjentów z chorobami naczyniowymi (CVD),
• 70 pacjentów z cukrzycą typu 2 – DM2.

Autorzy przedstawiają przykłady zaburzeń naczyniowych i mitochondrialnych widocznych w kolejnych fazach pomiaru FMSF: podczas rejestracji bazowej, niedokrwienia oraz hiperemii z reperfuzją. Celem publikacji jest pokazanie, w jaki sposób poszczególne parametry mogą dostarczać informacji o funkcji naczyń i mitochondriów.

Na czym polega technika FMSF?

Flow Mediated Skin Fluorescence jest nieinwazyjną techniką opartą na pomiarze fluorescencji NADH pochodzącej z komórek skóry.

Pomiar wykonywany jest najczęściej na przedramieniu. Skóra stanowi łatwo dostępne miejsce pomiarowe, a jej mikrokrążenie może odzwierciedlać zmiany zachodzące w mikrokrążeniu ogólnoustrojowym.

Urządzenie AngioExpert rejestruje fluorescencję NADH o długości fali 460 nm, wzbudzaną światłem ultrafioletowym o długości fali 340 nm. Sygnał jest próbkowany z częstotliwością 25 Hz.

Głębokość penetracji światła wzbudzającego wynosi około 0,3–0,5 mm. Pomiar obejmuje zatem głównie naskórek i warstwę brodawkowatą skóry. Według autorów sygnał NADH nie jest zakłócany bezpośrednią obecnością naczyń krwionośnych.

Dlaczego pomiar wykonywany jest w skórze?

Komórki naskórka, w tym keratynocyty, zawierają mniej mitochondriów niż komórki wielu innych narządów. Mechanizmy akumulacji NADH podczas niedokrwienia i jego utleniania podczas hiperemii mogą jednak odzwierciedlać ogólne mechanizmy funkcjonowania mitochondriów.

Dodatkowym uzasadnieniem jest fakt, że mikrokrążenie skóry może odzwierciedlać zmiany występujące w mikrokrążeniu ogólnoustrojowym.

Stan redoks NADH komórek naskórka zależy od dostarczania tlenu przez układ krążenia i jest wrażliwy na jego zmiany. Dzięki temu komórki skóry mogą stanowić czuły wskaźnik zaburzeń krążenia naczyniowego oraz zmian związanych ze stanem redoks NADH.

Co pokazują parametry FMSF?

Interpretacja pomiaru FMSF opiera się na pięciu parametrach rejestrowanych podczas spoczynku, kontrolowanego niedokrwienia oraz reperfuzji. FM, HRmax i HS opisują przede wszystkim funkcję naczyń, natomiast FLbase, IRmax i HS dostarczają informacji o odpowiedzi metabolicznej i mitochondrialnej. Łączna analiza parametrów pozwala dodatkowo oceniać wzajemne zależności między funkcją naczyniową i mitochondrialną.

Pomiar bazowy: FLbase i FM

W pierwszym etapie badania sygnał FMSF rejestrowany jest przez około 3 minuty w warunkach spoczynkowych. Następnie zostaje znormalizowany względem średniej wartości fluorescencji, co ogranicza wpływ indywidualnych cech skóry i czynników technicznych.

Na tym etapie oceniany jest bazowy poziom fluorescencji NADH — FLbase — związany z równowagą redoks NADH/NAD+. Autorzy zaznaczają jednak, że jego bezwzględna wartość zależy między innymi od pigmentacji, opalenizny i zmian skórnych, dlatego nie powinna być interpretowana samodzielnie.

Drugim parametrem jest FM, czyli flowmotion, opisujący naturalne oscylacje mikrokrążenia widoczne w sygnale spoczynkowym. Znaczne obniżenie FM może wskazywać na dysfunkcję mikrokrążenia.

Odpowiedź niedokrwienna i parametr IRmax

W drugim etapie pomiaru przepływ krwi w tętnicy ramiennej zostaje czasowo zatrzymany przez napełnienie mankietu do ciśnienia około 60 mmHg powyżej ciśnienia skurczowego. W tej fazie zanikają oscylacje związane z przepływem krwi, a zmiany fluorescencji NADH wynikają z przejścia metabolizmu komórkowego z warunków tlenowych na beztlenowe.

IRmax określa maksymalną zmianę fluorescencji NADH podczas niedokrwienia, zwykle osiąganą po około 3 minutach okluzji. W typowym przebiegu wartość ta wynosi kilka procent względem poziomu bazowego, choć w niektórych przypadkach może przekraczać 20%. U pacjentów z różnymi chorobami wartości IRmax są zazwyczaj niższe.

Autorzy wskazują, że parametr IRmax może stanowić bezpośrednią miarę wydolności lub dysfunkcji mitochondrialnej.

Nietypowa odpowiedź niedokrwienna

Autorzy zwracają uwagę, że przebieg odpowiedzi niedokrwiennej nie zawsze ma typowy charakter. U części badanych wzrost fluorescencji NADH podczas okluzji jest niewielki, a w niektórych przypadkach sygnał wręcz spada poniżej poziomu bazowego. Taki przebieg określany jest jako ujemna, nieprawidłowa odpowiedź na okluzję (IRmax < 0).

Mechanizmy odpowiedzialne za nietypową odpowiedź nie są jeszcze w pełni wyjaśnione. Autorzy wskazują jednak, że mogą być one związane z zaburzeniami procesów metabolicznych oraz zmianami funkcji mitochondriów. Ponieważ podczas pełnej okluzji przepływ krwi jest zatrzymany, obserwowanych zmian nie można przypisać zmianom mikrokrążenia.

W analizowanych grupach pacjentów nietypowe przebiegi występowały często — autorzy podają około 50% przypadków. Jednocześnie pomiędzy osobami z typową i nietypową odpowiedzią niedokrwienną nie obserwowano istotnych różnic w parametrze FM.

Hiperemia i reperfuzja: HRmax i HS

Po zwolnieniu mankietu fluorescencja NADH szybko spada poniżej poziomu bazowego, osiąga minimum, a następnie stopniowo wraca do wartości wyjściowej. Faza szybkiego spadku, związana z hiperemią, trwa około 20–30 sekund, natomiast powrót sygnału podczas reperfuzji około 3 minut.

HRmax określa maksymalny spadek fluorescencji NADH po przywróceniu przepływu. Parametr ten odnosi się przede wszystkim do odpowiedzi makrokrążenia i zwiększonego napływu tlenu do komórek skóry.

HS opisuje nasilenie oscylacji miogennych widocznych podczas reperfuzji. Odzwierciedla reakcję mikrokrążenia na przejściową hipoksję. U pacjentów z upośledzoną odpowiedzią niedokrwienną obniżone HS może dodatkowo wskazywać na zaburzenia funkcji mitochondrialnej.

Co pokazała analiza pacjentów z CVD i DM2?

Autorzy zestawili wyniki dwóch wcześniej opisanych grup: 482 pacjentów z chorobami naczyniowymi (CVD) oraz 70 pacjentów z cukrzycą typu 2 (DM2). W każdej grupie porównano osoby z dodatnią odpowiedzią niedokrwienną — IRmax > 0 — oraz z odpowiedzią ujemną — IRmax < 0.

W grupie CVD u pacjentów z ujemnym IRmax stwierdzono wyższy BMI, wyższy HRmax oraz niższy parametr HS. W grupie DM2 ujemnej odpowiedzi niedokrwiennej towarzyszyły wyższy BMI, wyższy bazowy poziom fluorescencji FLbase oraz niższy HS.

Nie wykazano natomiast istotnych różnic w parametrze FM między osobami z dodatnią i ujemną odpowiedzią niedokrwienną. Zdaniem autorów wspiera to interpretację, że nieprawidłowy przebieg podczas pełnej okluzji wiąże się przede wszystkim z zaburzeniami procesów metabolicznych, a nie ze spoczynkową funkcją mikrokrążenia.

Podsumowanie

Technika FMSF umożliwia jednoczesną ocenę funkcji naczyniowej i mitochondrialnej na podstawie zmian fluorescencji NADH rejestrowanych podczas niedokrwienia oraz następującej po nim hiperemii i reperfuzji.

Autorzy podkreślają, że funkcji mitochondriów nie należy oceniać w oderwaniu od krążenia, ponieważ zaburzenia jednego z tych obszarów wpływają na drugi. Zestawienie parametrów FM, HRmax, HS, IRmax i FLbase pozwala analizować wzajemne zależności między regulacją naczyniową a metabolizmem mitochondrialnym w ramach jednego pomiaru FMSF.

Technologia wspierająca nieinwazyjną ocenę funkcji naczyniowej i metabolicznej

Urządzenie AngioExpert jest dostępne w ofercie Medim jako rozwiązanie wykorzystujące technikę FMSF do jednoczesnej oceny parametrów związanych z mikrokrążeniem, makrokrążeniem oraz funkcją mitochondrialną. Technologia pozwala na uzyskanie tych informacji w ramach jednego nieinwazyjnego pomiaru.

Śledź nasze aktualności

Zapraszamy do obserwowania profilu MEDIM na LinkedIn

Publikacja naukowa

Marcinek A., Katarzynska J., Gebicki J. (2025). Simultaneous assessment of mitochondrial and vascular function using the Flow Mediated Skin Fluorescence technique. Frontiers in Physiology, 16:1509159. DOI: 10.3389/fphys.2025.1509159.

Autorzy publikacji: Andrzej Marcinek, Joanna Katarzynska i Jerzy Gebicki. Autorzy są związani z Politechniką Łódzką oraz Angionica Ltd.

Publikacja została opublikowana 19 lutego 2025 r. w czasopiśmie Frontiers in Physiology i ma charakter Perspective.

Informacja o konflikcie interesów: Andrzej Marcinek i Jerzy Gebicki są wynalazcami patentów chroniących wykorzystanie technologii FMSF, a Andrzej Marcinek, Joanna Katarzynska i Jerzy Gebicki są zatrudnieni przez Angionica Ltd.