Kardiopulmonální funkce a funkce pravé komory ve zdraví a nemoci

Pro splnění specifických cílů 1-2 bude protokol identický. Specifický cíl 1 zahrnuje analýzu pacientů s HFrEF, jak je definováno výše; specifický cíl 2 zahrnuje analýzu pacientů s HFpEF, jak je definováno výše. Protokol pro specifický cíl 3 (analýza vytrvalostních sportovců) obsahuje jiný protokol, než jaký je popsán pro specifické cíle 1-2.

Pro pacienty s HFrEF a HFpEF (specifické cíle 1-2): Uskuteční se jedna návštěva za účelem testování. Tato návštěva bude zahrnovat základní hodnocení hemodynamiky pomocí Swan-Ganzova katétru, po kterém bude následovat invazivní zátěžové testování s vysoce věrným vodivostním katetrem, který poskytuje RV PV smyčky v reálném čase. Swan-Ganzův katétr je 7-francouzský flexibilní katétr, který se běžně používá pro hemodynamické hodnocení pro klinické a výzkumné účely (tento katétr v současnosti používáme pro COMIRB #16-1635 a COMIRB #17-1042). Účelem tohoto katétru je stanovení základních hemodynamických parametrů ("laicky řečeno" popis levostranných a pravostranných plnících tlaků a také tlaků v plicích) a stanovení klidového srdečního výdeje. Swan-Ganzův katétr bude zaveden a odstraněn po získání těchto měření - předpokládá se, že tento postup bude trvat 10-15 minut. Hlavní zkoušející pro tuto studii, Dr. Cornwell, rutinně provádí tyto postupy v klinických i výzkumných podmínkách a bude používat standardní techniky pro zavádění katétru. Ultrazvukové navádění bude použito k identifikaci pravé vnitřní jugulární žíly, kam je katétr zaveden, a skiaskopie bude použita k navedení umístění katétru pro hemodynamické monitorování.

Po dokončení základního hemodynamického hodnocení bude Swan-Ganzův katétr odstraněn. Poté bude vysoce věrný vodivostní katétr zaveden do RV pomocí standardních technik. Tento katétr je také 7-francouzský flexibilní katétr (aktuálně používaný pro COMIRB #17-1042), který má na špičce tlakový manometr spolu s několika vodivostními elektrodami, které nepřetržitě měří objem v komoře – nepřetržitým zaznamenáváním změn tlaku a objemu během srdečního cyklu, katétr generuje "PV smyčku". Tyto katétry poskytují informace, které nejsou dostupné u standardních Swan-Ganzových katétrů (viz výše uvedená měření výsledků). Po zavedení vodivostního katétru bude arteriální linie umístěna buď do levé nebo pravé radiální arterie, za použití sterilní techniky as ultrazvukovým vedením. Účel tohoto katétru je dvojí: 1) poskytnout zlaté standardy hodnocení TK během cvičení; a 2) pro měření arteriální saturace kyslíkem pro výpočet srdečního výdeje z Fickovy rovnice. Základní hemodynamické hodnocení bude zahrnovat monitorování po dobu přibližně 5 minut během spontánního dýchání, po kterém následuje přibližně 6 minut dýchání při kontrolované dechové frekvenci (12krát za minutu), což umožňuje stanovit krátkodobou variabilitu krevního tlaku po kontrole účinku respirační variace, následovaná Valsalvovým manévrem a vazomotorickou reaktivitou (inspirační zadržení dechu na 30 sekund).

Po zavedení vodivostního katétru, arteriálního katétru a získání základních dat bude pacient umístěn na vzpřímený cyklický ergometr. V případě, že pacient není schopen provádět vzpřímené cvičení, použije se ergometr vleže. Pacient poté dokončí cvičení při dvou submaximálních pracovních zátěžích (pod jejich ventilačním prahem), které simulují scénáře reálného světa/normální aktivity každodenního života, po nichž bude následovat špičkové cvičení. Chcete-li získat submaximální data, pracovní zatížení na kole začne na 0 wattech. Každou 1-2 minuty se bude pracovní zátěž neustále zvyšovat, obecně v krocích 12,5-25 Wattů, dokud pacient neukáže, že skóre míry vnímané námahy (RPE) je 7-9 na 6-20 bodové škále. 24 Toto pracovní zatížení bude odpovídat "mírnému" cvičení nebo ustálenému stavu 1. Pracovní zatížení bude na této úrovni drženo přibližně 4-5 minut, během kterých budou získány hemodynamické údaje. Poté se pracovní zátěž opět zvýší o 12,5–25 wattů, dokud účastník neukáže, že skóre RPE je 11–13,24 Toto pracovní zatížení bude odpovídat "střednímu" cvičení nebo ustálenému stavu 2. Pracovní zatížení bude na této úrovni drženo přibližně 4-5 minut, během kterých budou získány hemodynamické údaje. Poté bude pacientovi přidělena 5-10 minutová přestávka. Po přestávce pacient dokončí kardiopulmonální zátěžový test s omezením příznaků, přičemž pracovní zátěž začne na 0 wattech a obecně se bude zvyšovat každé 1–2 minuty v krocích po 12,5–25 wattech až do vyčerpání. Hemodynamická data budou průběžně zaznamenávána a konečná data budou získána při nejvyšší dosažené zátěži. Tento protokol umožní získávání dat v pěti různých polohách: 1) klid na zádech; 2) vzpřímený odpočinek; 3) cvičení v ustáleném stavu 1 nebo „mírné“ cvičení; 4) cvičení v ustáleném stavu 2 nebo „umírněné“ cvičení; a 5) špičkové cvičení. Vzorky krve budou odebírány v každé z těchto fází: krev bude testována na hladinu arteriální a venózní saturace kyslíkem (pro výpočet Fickova srdečního výdeje) a také na hladinu kyseliny mléčné ve venózní/kapilární hladině pomocí prstu. Hladiny kyseliny mléčné budou použity k posouzení pracovního úsilí účastníka v každé fázi cvičení (jako "pravidlo" mají submaximální úrovně cvičení související hladinu kyseliny mléčné pod 4 mmol/l). Kompletní krevní obraz bude získán v klidové poloze na zádech pro stanovení koncentrace hemoglobinu, který bude použit k výpočtu Fickova srdečního výdeje během všech fází cvičení. Po dokončení studie bude pacient vrácen do polohy vleže a zbaven nástrojů. Tento protokol je velmi podobný protokolům používaným jako součást COMIRB #16-1635 a #17-1042; na základě našich zkušeností s těmito protokoly se předpokládá, že tato studie bude trvat přibližně 4-5 hodin.

Pro vytrvalostní sportovce (specifický cíl 3): Pro tuto studii budou dvě návštěvy:

• Návštěva 1: Posouzení výchozího stavu: tato návštěva bude zahrnovat informovaný souhlas, zápis do studie, anamnézu a fyzikální vyšetření, po nichž bude následovat neinvazivní kardiopulmonální zátěžový test (CPET) se zátěžovou echokardiografií. CPET bude prováděn následujícím způsobem: bude proveden klidový echokardiogram k posouzení struktury a funkce srdce a vyloučení jakéhokoli strukturálního onemocnění. Sportovec poté dokončí CPET s omezenými příznaky, přičemž zátěž na ergometru začne na 0 wattech a bude se zvyšovat o přibližně 50 wattů každých 1-2 minuty až do vyčerpání. Bezprostředně po dokončení testu bude echokardiografie zopakována, aby se vyhodnotil pohyb stěny a srdeční struktura při maximální zátěži. Během tohoto testu bude nepřetržitě neinvazivně monitorována srdeční frekvence (HR) a rytmus a také krevní tlak (BP). V případě, že budou během této doby zjištěny jakékoli abnormality, bude pacient vyloučen z dalšího testování. Výsledky testu budou sděleny účastníkům.

• Návštěva 2: "Race-Day". V tento den testování účastníci absolvují nekontrastní srdeční MRI před a bezprostředně po testování. Testování bude zahrnovat měřenou zkoušku pro dokončení 180km cyklistického závodu (vzdálenost cyklistické části závodu Ironman)22.

  • Základní srdeční MRI: k ​​vyhodnocení základní srdeční struktury a funkce. To bude dokončeno v Centru zobrazování mozku v lékařském kampusu Anschutz.
  • Testování: po dokončení MRI srdce budou účastníci eskortováni do laboratoře k testování. Sportovci podstoupí zavedení Swan-Ganzova katétru pomocí standardních technik (jak je popsáno výše). Bude získáno základní hemodynamické hodnocení pro stanovení levostranného a pravostranného plnicího tlaku a také srdečního výdeje. Získá se také spontánní a kontrolované dýchání, stejně jako Valsalvův manévr a vazomotorická reaktivita. Po tomto posouzení bude Swan-Ganzův katétr odstraněn a bude zaveden vodivostní katétr, aby se získaly RV PV smyčky. Budou získány klidové smyčky na zádech. Poté bude sportovec umístěn na vzpřímené kolo. Účastník poté absolvuje měřený test (tj. zaznamenáme čas potřebný k dokončení akce). Vzdálenost bude pro všechny účastníky stejná a bude 180 km (vzdálenost cyklistické části soutěže Ironman)22. Účastníci budou instruováni, aby dokončili akci tempem, které jim vyhovuje a je kompatibilní s jejich typickým závodním tempem. Přestávky během jízdy na kole budou přiděleny na žádost sportovce. Jídlo a pití/svačiny budou přiděleny na žádost sportovce (cílem je simulovat skutečný scénář závodního dne). Během akce bude HR a rytmus, stejně jako TK, nepřetržitě zaznamenávány. RV PV smyčky, stejně jako metriky výměny plynů prostřednictvím nepřímé kalorimetrie, budou průběžně analyzovány a zaznamenávány každých 30 minut během události. Po dokončení akce bude sportovec umístěn zpět do polohy na zádech a bude dokončeno hemodynamické hodnocení po události. To bude zahrnovat získání klidových RV PV smyček z vodivostního katetru, následované opětovným zavedením Swan-Ganzova katetru pro spontánní a řízené dýchání, stejně jako Valsalvův manévr a vazomotorickou reaktivitu. Účastník bude poté odstrojen a testovací fáze dokončena. Na základě našich zkušeností s prováděním podobných hodnocení spolu s typickými časy jízdy na kole k dokončení 180 km cyklistických závodů se očekává, že dokončení tohoto testu bude trvat ~6 hodin.
  • Post-test srdeční MRI: k ​​vyhodnocení struktury a funkce srdce po dokončení testu.