条文本
PDF
文摘
背景本研究的目的是确定的关系的力量和恢复中风呼吸道纤毛使用数字高速视频成像。拍频测量采用数字高速视频也比使用光电二极管光电倍增管和修改技术获得的。
方法纤毛上皮被刷下了20名健康受试者的鼻鼻甲骨。纤毛的边被显微镜观察,纤毛恢复期间中风的偏差相对路径旅行期间动力冲程测量。拍频测量由数字高速视频分析比较与那些获得使用光电二极管光电倍增管和修改。
结果纤毛被发现击败前进动力冲程和反向恢复中风在同一平面上。纤毛的平均角偏差在复苏期间中风从飞机上的前进动力冲程只有3.6°(95% CI 3.1 - 4.1)。有一个显著的差异之间的拍频测量数字高速视频(13.2赫兹(95% CI 11.8 - 14.6)),光电倍增管(12.0赫兹(95% CI 10.8 - 13.1), p = 0.01)和光电二极管(11.2赫兹(95% CI 9.9 - 12.5), p < 0.001)技术。Bland-Altman限制协议的数字高速视频是-2.75到5.15 Hz光电倍增管和光电二极管-2.30到6.06赫兹。
结论呼吸道纤毛击败向前和向后同一平面内没有古典侧向恢复扫描。数字高速视频成像允许纤毛拍频和评估模式。
- 纤毛
- 纤毛拍频
- 方法
来自Altmetric.com的统计
呼吸道纤毛击败以协调的方式与一个特定的频率和模式,清除粘液从航空公司和碎片。令人惊讶的是,从最初的电影研究灰色的纤毛运动1仍然没有一致的意见的精确模式纤毛跳动。1 - 4人们普遍认为呼吸道纤毛有前进动力冲程和经济复苏有关中风纤毛和一边向后扫。4纤毛清洁工侧向和向后沿顺时针方向被认为刺激邻近的纤毛,纤毛metachronal波传播。4由于metachronal协调纤毛加入他们推进努力创建一个连续运动的粘液。
在初级纤毛运动障碍纤毛在缓慢或静止或打败的是运动障碍的时尚。受损的黏膜纤毛的清除这些病人与反复胸腔感染有关,这可能会导致支气管扩张和鼻窦炎。原发性纤毛运动障碍的诊断是基于一个支持性的病史和异常纤毛拍频陪同在大多数情况下,特定的纤毛异常基因丝在电子显微镜。5,6Buchdahl和他的同事们的建议,然而,大量的儿童原发性纤毛运动障碍慢慢移动纤毛超微结构分析上没有明显的异常。7
虽然设计了许多方法来估算纤毛拍频,8高速成像摄影被许多人认为是最佳的方法来分析纤毛功能。9 - 11图像记录在500每秒,回放速度较慢的让个人纤毛的频率和精确的节奏模式有待确定。由于图像处理的困难,费用,和缺乏实时分析,各种其他方法已经开发出来。两个受欢迎的方法光电倍增管12 - 15和光电二极管技术16,17估计拍频间接通过检测光强的变化通过击败纤毛。
最近数字高速视频成像质量的提高到了这样一种程度,它已经取代了摄影。18 - 20随着数字高速成像,纤毛的精确运动在整个击败周期得以成像和拍频快速测量。
分析前纤毛的节奏模式从原发性纤毛运动障碍患者有必要评估正常的人类呼吸道纤毛运动。本研究的目的是双重的。首先,确定关系的力量和恢复中风的使用数字高速视频成像和呼吸道纤毛,其次,比较纤毛拍频测量采用数字高速视频成像,获得使用光电二极管光电倍增管和修改技术。
方法
鼻纤毛样本通过刷下鼻甲的20名健康受试者3-38岁男性(13)2毫米细胞学刷。14研究了莱斯特的伦理审查委员会的批准和口头同意了之前刷牙。
鼻刷被安置在媒介199 (pH值7.3)含有抗生素溶液(链霉素50μg / ml,青霉素50μg / ml, Gibco,英国)。纤毛上皮的条悬浮在分离室由两个相邻的盖玻片和载玻片覆盖滑落。幻灯片是放置在加热阶段(37°C)的Leitz则Diaplan显微镜安装在一个减振表(英国温特沃斯实验室有限公司)。
实验系统允许击败纤毛被三个平面:横向剖面(无花果1),直接打向观察者(图1B),从正上方(无花果1C)。标本检查使用×100干涉对比镜头。只有undisrupted纤毛的50多个μm长度,没有粘液,进行了研究。
飞机使用的观点观察和记录纤毛击败周期和拍频。打角是由纤毛的最大偏差的复苏期间中风从路径在动力冲程纤毛的旅行。(一)侧纤毛击败模式的概要文件。(B)击败角α:纤毛向观察者认为击败。(C)击败角β:纤毛是直接从上面。
击败纤毛边缘使用数字高速摄像机记录(1012年柯达Ektapro运动分析器、模型)的速度每秒400帧,使用快门速度的2000。相机可以记录和回放视频序列在降低帧率或逐帧。个人的精确运动纤毛可能观察到在他们打循环。
路径由纤毛在力量和恢复中风醋酸是绘制在纸上覆高分辨率监视器如下。对《观察家》(图查看纤毛跳动1B),纤毛的精确位置在前进动力冲程是逐帧绘制。随着纤毛恢复中风的地位在这期间出现了倒退运动再次逐帧绘制。一个角度可以通过飞机来自一条线画的中风和加入的一条线的最大偏差纤毛在恢复中风(图1B)。这是定义为击败角α。为每个纤毛研究角五完成节拍周期是衡量图像分析(Scion形象,接穗公司,弗雷德里克,马里兰州,美国)。这是重复从上面观察纤毛击败模式时(无花果1C)和击败角β被图像分析计算。
测量由纤毛上皮纤毛拍频的条至少50μm长度从横向剖面(图1使用数字高速视频,光电倍增管,光电二极管的方法。测量值的顺序是由三个不同的技术变化同样有助于排除任何混杂效应的测量。
高速视频的方法
纤毛拍频(CBF)可能是直接由时间决定一个给定的个人纤毛击败的循环次数。组击败纤毛被确定和帧的数量必须完成10周期记录。这是通过一个简单的计算转化为纤毛拍频(CBF = 400 /(10次)帧数量×10)。十个测量的拍频是每个纤毛地带。
光电倍增管的方法
纤毛拍频记录使用显微镜光度计(Leitz则ss548 - 105)。根据Dalhamn建议,12我们调整了孔径允许光到达光电倍增管面积2.2μm2(见参考14)和定位在跳动的纤毛。产生的电压信号,作为光动纤毛打断了通道,是一个示波器上显示和传递功率谱分析项目(ANADAT,蒙特利尔,加拿大)来确定纤毛拍频。十个测量的拍频是每个纤毛地带。
光电二极管的方法
视频图像跳动呼吸道纤毛的传递从Super-VHS摄像机(松下F15共产党videocamera)高分辨率监视器。光电二极管,安装在笔像系统,在击败纤毛举行显示在监视器上。17信号生成纤毛搬过去的光电二极管传感器是美联储通过示波器,功率谱分析程序(ANADAT,蒙特利尔,加拿大)来确定纤毛拍频。十个测量的拍频是每个纤毛地带。
统计数据
均值、标准差和95%置信区间计算α和β角(图1B和C)。
单向方差分析进行对用于测量纤毛拍频的方法。每个方法的均值和95%置信区间计算。配对t测试每个方法进行比较与数字高速视频的方法。Bland-Altman限制协议计算的平均差±标准差的两倍的差异数字高速视频作为最优方法。协议的限制为每个方法分别计算。
结果
古典侧向复苏时没有看到扫描纤毛被认为从上面打向观察者或(无花果1B和C)。力量和恢复中风是同一平面内以最小的横向偏移。总共有144纤毛测量由击败角α和262纤毛角β。相应的意思(SD)角度α= 5.3 (3.5)°(95% CI 4.6 - 6.0)和β= 3.6 (3.0)°(95% CI 3.1 - 4.1)。
共有600个测量纤毛拍频,200为每个方法。方差分析的方法显示出高度显著的影响(p < 0.001)。光电倍增管和光电二极管读数under-recorded纤毛拍频与高速数字视频。均值(SD)拍频决定使用数字高速视频为13.2(2.9)赫兹(95% CI 11.8 - 14.6)与(2.4)12.0赫兹(95% CI 10.8 - 13.1)的光电倍增管和11.2(2.8)赫兹(95% CI 9.9 - 12.5)的光电二极管。一个配对t光电倍增管测试显示显著差异(平均差1.2赫兹,95%可信区间0.3到2.1;p = 0.01)和光电二极管的方法(平均差1.9赫兹,95%可信区间0.9到2.9赫兹;p < 0.001)与数字高速视频。
Bland-Altman限制协议关于数字高速视频(图2光电二极管的方法显示广泛的变异(-2.30到6.06 Hz)和最近的协议为光电倍增管(-2.75到5.15赫兹)方法。
Bland-Altman情节的数字高速视频(HSV)与(A)相比,光电倍增管(PM)方法和(B)的光电二极管(PD)方法在37°C。
讨论
数字高速视频成像允许我们获得图像400每秒的速度降低帧率一个永久的记录。击败模式可以确定和拍频评估在研究或在稍后的阶段。在介绍中提到的,人们普遍认为纤毛偏离在横向方向恢复扫描。然而,我们展示了人类呼吸道纤毛没有古典侧向恢复扫描。呼吸道纤毛分析击败向前和向后在复苏的最大偏差小于5°。这证实了分析的纤毛运动中观察到两架飞机。
原发性纤毛运动障碍可能是由于许多不同的基因丝的超微结构的缺陷。根据缺陷,纤毛运动障碍的方式可能是不能移动的或可能移动。如果在纤毛上执行电子显微镜样品拍频低于11赫兹,大多数患者原发性纤毛运动障碍将被识别。6然而,-罗兹曼和他的同事的研究表明,评价的节奏模式,除了拍频,可能有助于患者的诊断原发性纤毛运动障碍。20.,21例如,原发性纤毛运动障碍患者由于微管换位可能击败频率较低的正常范围内,但异常纤毛击败模式出现在慢镜头分析。20.,22
这项研究是第一个直接比较两种最常用的方法估计纤毛拍频的呼吸道纤毛高速成像。光电倍增管和光电二极管技术记录纤毛跳动频率明显低于那些测量使用数字高速视频的方法。协议的限制方法都是宽,这证实了结果使用不同的技术不能互换使用。这些结果强调需要建立纤毛拍频的正常参考范围为每个技术如果要作为原发性纤毛运动障碍的诊断测试。
总之,我们展示了使用数字高速成像与权力和复苏,呼吸道纤毛打败中风在同一平面上。数字高速视频的能力来衡量纤毛击败模式和拍频应该使它成为一个强大的工具在原发性纤毛运动障碍患者的调查。的下一个阶段我们的调查将会比较击败我们与纤毛的正常的纤毛模式击败模式我们已经从初级纤毛运动障碍患者记录。
确认
作者要感谢囊性纤维化信任和石匠医学基金会的支持。我们感谢卡罗琳·多尔博士,伦敦哈默史密斯医院统计的建议。