Non-linear analysis of skin blood flow in patients suffering from chronic venous leg ulcers

Summary

The elevated ambulatory pressure in the peripheral venous system in patients suffering from chronic venous insufficiency manifests itself not only in the form of disturbed macrocirculation but also and particularly in microangiopathic changes. Laser Doppler fluxmetry is a well established method to measure cutaneous blood flow. Aim of the study was to investigate the cutaneous vasomotion at the inner ankle in patients suffering from chronic venous insufficiency in the clinical stadium C6 compared to healthy subjects. Patients, methods: In 38 patients suffering from venous ulcer and in 33 healthy subjects continous time series of Laser Doppler fluxmetry (LDF) data were recorded with a sampling frequency of 50 Hz over a period of 15 min. The patients were supine and LDF was measured at the inner ankle. Time series were analyzed using newly developed methods (wavelet analysis and biorthogenal decomposition). Results: There was a statistically significant difference in mean LDF between patients and healthy controls (94 SD 65 AU [C6] vs. 28 SD 13 AU (C0), p < 0.001). There also were statistically significant differences in the scaling levels using wavelet analysis corresponding to sympathetic activity, corresponding to myogenic activity in the vessel wall and corresponding to the heart beat. Conclusion: There are changes in vasomotion between patients with venous ulcers and healthy controls. We found a vasale neuropathy and a high degree in dysregulating skin perfusion. The new innovative strategies are suited for describing microcirculation and controlling therapies.

Zusammenfassung

Bei der chronischen venösen Insuffizienz zeigen sich in der kapillären Endstrombahn im Bereich der Extremitäten morphologische und funktionelle Veränderungen. Mittels Laser Doppler Fluxmetrie kann der Blutfluß in diesem Bereich quantifiziert werden. Ziel der Studie war festzustellen, ob sich im Vasomotionsmuster der Hautdurchblutung bei Patienten im klinischen Stadium C6 in Ulkusumgebung Veränderungen zu venengesunden Personen aufzeigen lassen. Patienten und Methoden: Bei 38 Patienten im klinischen Stadium C6 und bei 33 venengesunden Probanden wurden im Bereich des Malleolus medialis bzw. im Ulkusrand mittels Laser Doppler Fluxmetrie in liegender Körperposition kontinuierliche Messreihen über einen Zeitraum von 15 min und einer Sampling Frequenz von 50 Hz aufgezeichnet. Diese Zeitreihen wurden mit der Waveletanalyse und der Biorthogenalzerlegung ausgewertet. Ergebnisse: Zwischen den Venengesunden [C0] und den Patienten [C6] im Stadium C6 zeigt sich bei der Betrachtung der mittleren Hautdurchblutung hochsignifikante Unterschiede (94 SD 65 AU [C6] vs. 28 SD 13AU (C0), p<0.001). In der Waveletanalyse zeigen sich in Ulkusumgebung statistisch signifikante Veränderungen hinsichtlich der vasalen sympathischen Aktivität, der autonomen Gefäßwandmotilität als auch in der arteriellen Pulsation. Diese Veränderungen lassen sich nachweisen sowohl innerhalb eines Venenpatienten als auch im Vergleich mit einem Kollektiv Venengesunder. Schlussfolgerung: Die chronische venöse Insuffizienz verändert die Durchblutung und deren Charakteristika im Bereich der geschädigten Haut hochsignifikant. Es kommt zu einer vasalen Neuropathie und zur Perfusions Dysregulation. Mittels der neuen Analyseverfahren von Laser-Doppler-Flux-Zeitreihen lassen sich rhythmische Veränderungen der Hautdurchblutung physiologischen Einflüssen zuordnen und quantifizieren. Somit sind sie zur Quantifizierung von Mikrozirkulationsveränderung und zur Therapiekontrolle geeignet.

Résumé

L’élévation de la pression circulatoire dans le système veineux périphérique chez les patients souffrant d’une insuffisance veineuse chronique ne se manifeste pas seulement sous la forme d’une perturbation de la macro--circulation mais également dans des changements micro-angiopathiques. La mesure du flux par laser-doppler est une méthode bien établie pour étudier le flux veineux cutané. Le but de cette étude a été d’investiguer la vasomotricité cutanée à la face interne de la cheville chez des patients souffrant d’une insuffisance veineuse chronique au stade C6 par comparaison à des sujets sains. Patients et méthode : Chez 38 patients souffrant d’ulcères variqueux et chez 33 sujets sains une mesure du flux par laser-doppler (FLD) a été enregistrée avec une fréquence de 50 Hz sur une période de 15 min. Les patients étaient debout et la FDL a été mesurée à la face interne de la cheville. Des séries temporelles ont été analysées en utilisant des méthodes développées récemment (analyse…* et fragmentation biorthogénique). Résultat : On a constaté une différence significative dans la moyenne des FLD entre les patients et les contrôles sains (94 SD 65 AU (C6) contre 28 SD 13 AU (C0), p <0.001).On a constaté également des différences significatives entre les échelles utilisant l’analyse de wavelets correspondant à l’activité sympathicomimétique, reflet de l’activité myogénique de la paroi vasculaire et correspondant aux battements cardiaques. Conclusion : On observe des modifications de la vasomotricité entre les patients souffrant d’ulcères variqueux chroniques et des contrôles sains. Nous avons mis en évidence une neuropathie péri-vasculaire et un degré élevé de dérégulation de la perfusion cutanée. Les stratégies innovantes conviennent à la description de la microcirculation et pour des contrôles thérapeutiques.

Keywords

Chronic venous insufficieny - Laser Doppler fluxmetry - vasomotion - non-linear analysis - wavelets

Schlüsselwörter

Chronische venöse Insuffizienz - Laser-Doppler-Fluxmetrie - Vasomotion - nicht lineare Analyse - Wavelets

Mots clés

Insuffisance veineuse chronique - mesure du flux sanguin au laser-doppler - vasomotricité - analyse non linéaire - wavelets

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