Peripheral microvascular dysfunction is an early indicator of sepsis, a life-threatening host response to an infection. Peripheral and cerebral microvascular oscillations were continuously monitored in septic rats with non-invasive optical spectroscopy to detect impaired vasomotion.

Abstract This study aimed to investigate the simultaneous response of the cerebral and skeletal muscle microvasculature to the same phenylephrine (PE) boluses. A hybrid optical system that combines hyperspectral near‐infrared spectroscopy (hs‐NIRS) and diffuse correlation spectroscopy (DCS) was used to monitor changes in tissue oxygenation and perfusion. Data were collected from the head and hind limb of seven male Sprague–Dawley rats while administering intravenous (IV) injections of PE or saline to all animals. The response to saline was used as a control. Skeletal muscle oxygenation decreased significantly after PE injection, while a statistically underpowered decrease in perfusion was observed, followed by an increase beyond baseline. Vascular conductance also decreased in the muscle reflecting the drug's vasoconstrictive effects. Tissue oxygenation and perfusion increased in the brain in response to PE. Initially, there was a sharp increase in cerebral perfusion but no changes in cerebral vascular conductance. Subsequently, cerebral flow and vascular conductance decreased significantly below baseline, likely reflecting autoregulatory mechanisms to manage the excess flow. Further, fitting an exponential function to the secondary decrease in cerebral perfusion and increase in muscular blood flow revealed a quicker kinetic response in the brain to adjust blood flow. In the skeletal muscle, PE caused a transient decrease in blood volume due to vasoconstriction, which resulted in an overall decrease in hemoglobin content and tissue oxygen saturation. Since PE does not directly affect cerebral vessels, this peripheral vasoconstriction shunted blood into the brain, resulting in an initial increase in oxygenated hemoglobin and oxygen saturation.

Low-frequency oscillations, reflecting neurogenic and myogenic regulation of cerebral vasculature in mild cognitive impairment and cognitively normal participants were recorded with transcranial Doppler, time-resolved near-infrared spectroscopy, and diffuse correlation spectroscopy.

Abstract Increased amplitude of peripheral vasomotion is a potential early marker of sepsis‐related microcirculatory impairment; however, previous reports relied on clinically unsuitable invasive techniques. Hyperspectral near‐infrared spectroscopy (hsNIRS) and diffuse correlation spectroscopy (DCS) are non‐invasive, bedside techniques that can be paired to continuously monitor tissue hemoglobin content (HbT), oxygenation (StO 2 ), and perfusion (rBF) to detect vasomotion as low‐frequency microhemodynamic oscillations. While previous studies have primarily focused on the peripheral microcirculation, cerebral injury is also a common occurrence in sepsis and hsNIRS‐DCS could be used to assess cerebral microcirculatory function. This work aimed to use a hybrid hsNIRS‐DCS system to continuously monitor changes in the peripheral and cerebral microcirculation in a rat model of early sepsis. It was hypothesized that the skeletal muscle would be a more sensitive early indicator of sepsis‐related changes in microhemodynamics than the brain. Control animals received saline while the experimental group received fecal slurry to induce sepsis. Subsequently, hsNIRS‐DCS measurements were acquired from the skeletal muscle and brain for 6 h. Peripheral rBF rapidly decreased in septic animals, but there were no significant changes in peripheral HbT or StO 2 , nor cerebral HbT, rBF, or StO 2 . The power of low‐frequency peripheral oscillations in all parameters (i.e., HbT, StO 2 , and rBF) as well as cerebral HbT oscillations were elevated in septic animals during the final 4 h. These findings suggest that in the early stages of sepsis, while vital organs like the brain are partly protected, changes in peripheral perfusion and vasomotor activity can be detected using hsNIRS‐DCS. Future work will apply the technique to ICU patients.