About the in vivo discriminatory capacity of photoplethysmography versus laser Doppler flowmetry

Biomedical Sciences 2017; (14) 1: , 37-44 DOI: 10.19277/bbr.14.1.148 About the in vivo discriminatory capacity of photoplethysmography o Clemente Rocha1*, Henrique Silva1,2, Hugo Ferreira3 and L. Monteiro Rodrigues1,2 1 CBIOS - Universidade Lusófona's Research Center for Biosciences and Health Technologies (UDE), Campo Grande, 376, 1749-024, Lisboa, Portugal 2 Universidade de Lisboa, Faculty of Pharmacy, Pharmacol. Sc Depart - Lisboa, Portugal 3 Universidade de Lisboa, Faculty of Sciences - Institute of Biophysics and Biomedical Engineering e-mail: Abstract Peripheral vascular disease (PVD) comprises many pathological entities, and a variety of clinical expressions, being the 3rd most reported cause of cardiovascular disease. PVD continues to motivate more and better research to Photoplethysmography (PPG) is a classic non-invasive technique used to explore in vivo circulation, progressively invasive measurement techniques after a massage manoeuvre in the human leg . This exploratory study involved during (II) and after the massage manoeuvre (III). Other variables, including pulse and respiratory rates and blood Microcirculation; LDF; PPG; massage; vascular regulation Resumo A doença vascular periférica (DVP) compreende muitas entidades patológicas e uma variedade de expressões clínicas, sendo a terceira causa principal da doença cardiovascular. A DVP ainda continua a motivar mais e melhor investigação para compreender as muitas complexidades envolvidas, e desenvolver medidas preventivas e Avanços recentes permitiram o desenvolvimento de um novo sistema FPG que parece melhorar claramente a aplicabilidade desta técnica. Neste estudo, aplicamos e comparamos estas duas técnicas de medição não-invasiva das técnicas. Além disso, também mostram que, nestas condições, a massagem melhora a perfusão do membro inferior em ambos os membros (teste e controlo). Palavras-chave: Microcirculação; FLD; FPG; massagem; regulação vascular Received / Accepted / : 15/01/2017 : 26/02/2017 37 Clemente Rocha et al Introduction Introdução Peripheral vascular disease (PVD) comprises many pathological entities and involves a variety of clinical expressions, from heavy legs syndrome to muscular [1,2] cers [2] . In Portugal, the PVD prevalence is estimated to reach [3] . rd most reported cause of cardiovascular disease continues to motivate more and better research on the subject in order to understand A doença vascular periférica (DVP) compreende muitas entidades patológicas e uma enorme variedade de expressões clínicas, desde a síndrome da “pernas pesa[1,2] teoarticular , e à úlcera . É considerado um problema de saúde pública, com grave impacto sobre a qualidade de vida [2]. Em Portugal, estima-se que a prevalência da DVP chegue a 5,9% da população, afetando principalmente os idosos [3]. Constituindo a 3a causa mais importante de doença cardiovascular, continua a motivar complexidades envolvidas e desenvolver medidas pre- preventive measures and therapeutics. culation[4,5] try (LDF) and photoplethysmography (PPG) became variables in conditions as closely as possible from the normal physiological state [4,6-9]. LDF has gained great popularity in the last decades as a non-invasive assessment tool in vascular research and medicine. It has been explored as a useful tool in basic research to study microcirculatory regulation mechanisms in both physiological and pathophysiological states including diabetes mellitus [10], PVD [11] disease [12], and coronary artery disease [13], among others, although its usefulness as a diagnostic tool is older technology commonly included in many current medical devices such as pulse oximeters, and digital beat-to-beat blood pressure systems [8]. Although based in similar optical principles, LDF and PPG are technicent technological advances promoted a clear evolution signals [14]. limb, using a massage protocol as instrument, in order peripheral vascular circulation and to compare it to the information derived by LDF. 38 A pele é reconhecida como um orgão adequado à abor[4,5] - . A FLD ganhou grande popularidade nas últimas décadas como uma ferramenta de avaliação em medicitudar os mecanismos de regulação microcirculatória em diversos contextos incluindo a diabetes mellitus [10], a DVP [11], a doença renal [12] [13] , entre outras, embora a sua utilidade em diagnóstico esteja limitada à sua baixa reprodutibilidade. A FPG é uma tecnologia bastante mais antiga, aproveitada em muitos dispositivos médicos atuais, como oxímetros de pulso e sistemas de pressão arterial digitais “beat to beat” [8]. Embora baseados em princípios óticos similares, a FLD e FPG são tecnicamente muito diferentes e, igualmente diferentes em termos de custo. Avanços tecnológicos recentes permitiram uma clara evolução da [4,6,9] de portabilidade e aquisição de dados, mostrando um potencial quantitativo até agora reservado apenas aos sinais de FLD. Neste estudo, analisamos o impacto de uma intervenção discreta sobre o estado da microcirculação local do membro inferior, um protocolo de massagem, para avaliar a capacidade discriminatória desta nova geração lar periférica, comparativamente à FLD. PPG versus LDF FPG versus FLD Materials and Methods A group of seven young healthy Materiais e Métodos volunteers of both years old (19.6 ± 1.3) and selected from previously outlined inclusion and non-inclusion criteria [5], par. feinated and alcoholic beverages 24 hours prior to ex[15] ± 1°C) and humidity minutes in the supine position prior to measurements. The experimental protocol consisted of a 5 minute masrandomly selected limb. The volunteers remained lying supine (Figure 1) during three recording phases: 10 massage for 5 minutes (phase II), and 10 minute recovery (phase III). ambos os sexos (3 do sexo feminino, 4 do sexo masculino) com idades entre os 18 e os 22 anos (19,6 ± 1,3), selecionados a partir de critérios de inclusão e não inclusão previamente delineados [5], participaram do estudo após darem o seu consentimento informado por escrito. Todos os procedimentos foram desenvolvidos em conformidade com a Declaração de Helsínquia e respectivas emendas posteriores [15] ram instruídos para não consumir bebidas cafeinadas nem alcoólicas 24 h antes das experiências. Todos os peratura (21±1°C) e humidade (40-60%) controladas. minutos em supinação antes das medições. O protocolo experimental consistiu em uma sessão de massagem de 5 min aplicada do pé ao joelho para um membro aleatoriamente selecionado, mantendo os vode registo - 10 min em repouso (fase I), 5 min de massagem da perna e pé em sentido ascendente durante 5 minutos (fase II), recuperação de 10 min (fase III). Figure 1/ Figura 1 - Massage application protocol (direction Aplicação do protocolo de massagem (direção indicada pela seta) 39 Clemente Rocha et al Figure 2/ Figura 2 - Recordings for a representative volunteer (female, 19 years old) of the PPG (upper left for Sinais de FPG (em cima à esquerda para pé t (...truncated)