Mechanismen der arteriellen Hypotonie bei chronischer Rückenmarksverletzung

Methoden & Verfahren

Die Screening-Spirometrie wird mit dem BreezeSuite-System durchgeführt, während der Patient in seinem/ihrem persönlichen Rollstuhl sitzt. Forcierte Vitalkapazität (FVC) und forciertes Ausatmungsvolumen in 1 Sekunde (FEV1) werden ermittelt und als Prozentsatz des prognostizierten Werts für jeden Probanden ausgedrückt, basierend auf einer Datenbank von neurologisch intakten Personen ohne bekannte Lungenbeschwerden, die basierend auf dem Geschlecht abgeleitet wurde , Alter und Größe. Es werden drei akzeptable Spirogramme erhalten und das Ergebnis ihres besten Versuchs wird verwendet.

Screening Orthostatic Stress Test wird bei einem Patienten durchgeführt, der auf dem Herzstuhl platziert ist (Stuhlhydraulik). Die linke Hand wird in eine Armschlinge gelegt und während der gesamten Studie auf Herzhöhe gehalten. Kontinuierlicher arterieller Schlag-zu-Schlag-Blutdruck wird von einer Fingermanschette erfasst, die um den linken Mittel- oder Zeigefinger (Portapres-2) in Rückenlage gelegt wird und wenn die Teilnehmer in die aufrechte Sitzposition gebracht werden. Die Rückenlage wird für 15 min beibehalten. & aufrechte Position wird für 5 min beibehalten. Die Ausgangswerte in Rückenlage werden während der letzten 5 Minuten unmittelbar vor dem Wechsel in die aufrechte Position aufgezeichnet. Dieser Test wird abgebrochen, wenn bei den Probanden Benommenheit oder Symptome einer Synkope auftreten.

Spirometrie- und Atemmuskelkrafttests: Die Standard-Spirometrie wird in sitzender Position unter Verwendung des BreezeSuite-Systems (MedGraphics) durchgeführt. FVC & FEV1 werden erhalten. MP45-36-871-350 Differenzdruckwandler mit UPC 2100 PC-Karte und Software (Validyne Engineering) wird verwendet, um den maximalen Inspirationsdruck (PImax) und den maximalen Exspirationsdruck (PEmax) in sitzender Position zu messen. Der PImax wird während der maximalen Einatmungsanstrengung gemessen, beginnend bei nahezu dem Residualvolumen, und der PEmax wird während der maximalen Ausatmungsanstrengung gemessen, beginnend bei der Nähe der gesamten Lungenkapazität. Die Probanden werden gebeten, ein Dreiwegeventilsystem mit Gummischlauch als Mundstück zu verwenden. Das Druckmessgerät verfügt über ein Leck mit einem Durchmesser von 1,5 mm, um das Schließen der Glottis zu verhindern und den Anteil der Wangenmuskulatur während der Messungen zu reduzieren. Die Bewertung erfordert eine scharfe, kraftvolle Anstrengung, die mindestens 2 Sekunden lang aufrechterhalten wird. Der maximale Druck wird als der höchste Wert angenommen, der eine Sekunde lang aufrechterhalten wurde. Der Maximalwert aus drei Manövern, die um weniger als 20 % variierten, wird gemittelt. Die Teilnehmer erhalten vor dem Test spezifische Anweisungen und werden während der Spirometrie- und Atemmuskelkraftmanöver verbal gecoacht.

Orthostatischer Belastungstest:

Jeder Teilnehmer wird morgens in einem ruhigen, temperaturkontrollierten (~22o C) Herz-Kreislauf-Labor getestet. Ihre Ernährung wird am Abend vor und am Morgen der Studie auf Koffein, Alkohol und fettreiche Lebensmittel beschränkt. Die Teilnehmer werden gebeten, ihre Blase vor Beginn der Studie zu entleeren. Kontinuierlicher arterieller Blutdruck wird von einer Fingermanschette erfasst, die um den linken Mittel- oder Zeigefinger oder Daumen gelegt wird (Portapres-2;). Die linke Hand wird in eine Armschlinge gelegt und während der gesamten Studie auf Herzhöhe gehalten. Manuelle arterielle Blutdruckmessungen werden zu Beginn der Kontrollphase in Rückenlage und am Ende der Erholungsphase mit einem digitalen Blutdruckmessgerät durchgeführt. Zur EKG-Überwachung wird ein 3-Kanal-EKG angelegt. Brustkorb- und Abdomenkinematik (Atemkinematik) werden mit einem induktiven Plethysmographen erfasst. Baseline-Aufzeichnung für 15 min. beginnt nach einer 5-minütigen Ruhephase, die der Vorbereitung des Themas folgt. Am Ende der 15-minütigen Aufzeichnung in Rückenlage werden die Teilnehmer passiv in die aufrechte Sitzposition gebracht. Diese Position wird für 15 min beibehalten. Dieser Test wird abgebrochen, wenn bei den Probanden Benommenheit oder Symptome einer Synkope auftreten. Hämodynamische Variablen werden mit dem ML880 PowerLab System bei 1000 Hz erfasst. EKG, SBP und DBP werden aus der kontinuierlichen Aufzeichnung berechnet und alle Variablen werden dann auf 5 Hz heruntergesampelt. Schlag-zu-Schlag-SBP, DBP, RR-Intervall und Herzfrequenz werden ebenfalls aus dem erfassten kontinuierlichen Blutdruck und EKG berechnet. Alle Analysen werden mit Matlab durchgeführt. Der Blutfluss im Herzen wird mit Herzultraschall unter Verwendung von Standardgeräten gemessen, indem ein Sensor über dem Herzen platziert wird.

Katecholamine im Blut:

Ein Butterfly-Katheter wird während der Instrumentierung in eine antekubitale Vene eingeführt, um die Blutentnahme ohne zusätzlichen Stress für den Teilnehmer zu ermöglichen. Am Ende einer 15-minütigen Rückenlage werden acht Milliliter venöses Blut aus einer Antekubitalvene entnommen, um die Adrenalin- und Noradrenalin-Grundwerte zu bestimmen. Die Blutabnahme wird bei 3 & am Ende von 15 min wiederholt. der aufrechten Position, um schnelle und stationäre Katecholaminreaktionen auf orthostatischen Stress zu beurteilen.

Baroreflexauswertung: Die letzten 5 min. der von jeder Position erfassten Daten werden für weitere Analysen verwendet. Die Schlag-zu-Schlag-Zeitreihe der SBP- und RR-Intervalle wird nach drei oder mehr aufeinanderfolgenden Schlägen gescannt, die unabhängig voneinander steigenden und fallenden Druck (SBP+, SBP-) und RR-Intervall (RR+, RR-) mit mindestens 1 mmHg SBP enthalten. & 4 ms RR-Intervallschwellenwerte. Wenn auf eine identifizierte SBP-Sequenz eine identifizierte RR-Sequenz mit einer Verzögerung von null, einem oder zwei Schlägen folgt, werden diese SBP- und RR-Sequenzen als gekoppelt zugewiesen. Als Baroreflexsequenzen (BRsq) werden nur gekoppelte Sequenzen mit Regressionskoeffizient r>0,90 akzeptiert. Die mittlere Steigung aller BRsq wird berechnet und als Schätzung der Baroreflexempfindlichkeit (BRS, ms/mmHg) verwendet. Die Anzahl der Schläge, die an SBP-Rampen und BRsq beteiligt sind, wird bei jeder Neigungsposition bestimmt. Der Baroreflex-Wirksamkeitsindex (BEI) wird als Verhältnis zwischen der Gesamtzahl von BRsq und der Gesamtzahl von SBP-Rampen berechnet.

sEMG-Protokoll: Elektrische Impulse stammen von regulatorischen Neuronen, werden über motorische Nerven übertragen, durch die neuromuskuläre Verbindung übertragen und breiten sich durch Muskelmembranen aus und können durch Oberflächenelektromyographie (sEMG) aufgezeichnet werden. Auf diesen physiologischen Test wird häufig bei klinischen Lungenfunktionstests und in der Forschung zurückgegriffen. hat sich als genaues Spiegelbild der kontraktilen Stärke der Atemmuskulatur erwiesen. Wir werden eine Multi-Muskel-sEMG-basierte Messung der motorischen Leistung des zentralen Nervensystems verwenden, die während willkürlicher motorischer Aufgaben in Rückenlage unter streng kontrollierten Bedingungen aufgezeichnet wird das auf den Prinzipien der Brain Motor Control Assessment (BMCA) basierte. Das Protokoll besteht aus den folgenden freiwilligen Manövern, gefolgt von 5 min. des ruhigen Atmens: tiefes Atmen, PImax-Aufgabe & PEmax-Aufgabe. Jedes Manöver wird durch einen hörbaren Ton angezeigt und dreimal wiederholt. PImax & PEmax werden während dieser Aufgaben für mindestens 5 Sekunden aufrechterhalten. Der Atemwegsdruck wird gleichzeitig mit dem sEMG unter Verwendung eines Dreiwegeventilsystems mit einem Druckaufnehmer wie oben beschrieben aufgezeichnet. Oberflächen-EMG-Aufzeichnungen werden mit Paaren von versenkten Oberflächenelektroden mit FE9-Silber-Silberchlorid-Kappen (Grass Instruments, W Warwick, RI) durchgeführt, die über dem Muskel zentriert und für jeden aufgezeichneten Muskel 3 cm voneinander entfernt platziert werden. Die Haut wird vorbereitet, um die Impedanz innerhalb der Elektrode zu reduzieren. Der rechte und der linke obere Teil des Pectoralis (PEC), der 6. Interkostalen (IC6), der M. rectus abdominus (RA) und des obliquus abdominus (OBL) werden aufgezeichnet. Die Masseelektrode wird über dem Schulterdach platziert. sEMG wird mit einer Eclipse Neurological Workstation (Axon Systems Inc.) aufgezeichnet. Die eingehenden sEMG-Signale werden mit einer Verstärkung von 500 verstärkt, bei 30-1000 Hz gefiltert und bei 2000 Hz abgetastet.

Ultraschall-Herz-Echographie: Standard-Echokardiogramme des linken Ventrikels im Ruhezustand in Rückenlage werden erhalten, wobei der enddiastolische Durchmesser (Dd) und der endsystolische Durchmesser (Ds) gemessen werden. Zehn aufeinanderfolgende Schläge werden analysiert und der Mittelwert wird für die Berechnung des Herzzeitvolumens (Q) verwendet: Q= (Dd)3- (DS)3x HR 35.

Atemmuskeltraining:

Während der Trainingseinheit sitzen die Probanden in ihrem persönlichen Rollstuhl mit einer Neigung von etwa 45° nach oben. Für einen Bereich von 20 bis 41 cm H2O werden ein Schwellen-Exspirationsdruckgerät und ein Schwellen-Inspirationsmuskeltrainer mit angeflanschtem Mundstück verwendet. Diese Geräte werden mit einem T-förmigen Verbinder (Airlife 001504) zusammengebaut. Die Teilnehmer werden angewiesen, maximale Inspirations- und Exspirationsbemühungen gegen eine Druckbelastung durchzuführen. Während der Inhalation werden die Probanden angewiesen, jeden Atemzug aus dem Residualvolumen (RV) einzuleiten und die Anstrengung aufrechtzuerhalten, bis sich ihre Lungen voll anfühlen. Während des Ausatmens werden die Probanden angewiesen, aus der gesamten Lungenkapazität zu atmen und ihre Anstrengung aufrechtzuerhalten, bis sich ihre Lungen leer anfühlen. Die Teilnehmer werden gebeten, 45 min zu trainieren. pro Tag, 5 Tage pro Woche, für 4 Wochen. Das Training wird mit einer Belastung in Höhe von 20 % ihres individuellen PImax und PEmax begonnen, mit progressiven Erhöhungen, die toleriert werden, bis zu 40 % ihres Ausgangs-PImax oder PEmax. Das Ziel besteht darin, dass alle Patienten in der letzten Trainingswoche mit 40 % von PImax und PEmax trainieren. Ein Intervalltrainingsprotokoll wird mit Patienten verwendet, die sechs Arbeitssätze von 5 Minuten durchführen. Dauer, getrennt durch Ruhepausen von 1-3 Min. Ein Mitglied des Forschungsteams überwacht alle Schulungssitzungen.

Vorläufige Ergebnisse zeigten, dass RMT FVC, FEV1, PImax und PEmax bei Versuchspersonen im Vergleich zu den Werten vor dem Training erhöhen wird. Der größte Effekt wird für exspiratorische Werte (FEV1, & PEmax) erwartet. Ein Grund dafür könnte die Tatsache sein, dass die Exspirationsfunktion, die nach SCI am stärksten eingeschränkt ist, ein größeres Zeitfenster für Veränderungen hat. Unsere Ergebnisse zeigten, dass ein durchschnittlicher Anstieg von 8–9 % bei einer Stichprobengröße von 24–26 Patienten einen signifikanten Unterschied mit einer Aussagekraft von 80–86 % bei allen spirometrischen Werten aufzeigen konnte.

Ziel 2. Die Verbesserung des Blutdrucks und der mit Blutdruckänderungen verbundenen Mechanismen wurden anhand der niederfrequenten Komponente der spektralen Leistungsdichte der systolischen (SBP) und diastolischen (DBP) Blutdruckwerte und der im Blut gemessenen Menge an Katecholaminen bewertet. Basierend auf vorläufigen Ergebnissen werden nach dem Training geringfügige Änderungen der Ruhe-BP-Werte erwartet. Es wird jedoch erwartet, dass nach dem Training der Anstieg des SBP beim Positionswechsel zum Sitzen stark mit geringer Variabilität ist. Die Berechnungen zeigten, dass selbst bei n=20 die Leistung 84 % beträgt und bei n=24 auf 94 % erhöht wird. Es wird erwartet, dass Änderungen des DBP mit einer Power von 80 % für n = 24 geringer sind. Ähnliche Werte wurden erhalten, als niederfrequente Modulationen von SBP und DBP analysiert wurden.

Laut dieser Analyse wird die Anzahl der Probanden von 20 auf 24 zu einer signifikanten Steigerung mit 87 % Leistung führen. Sowohl die Wirksamkeit als auch die Empfindlichkeit des Baroreflex verbesserten sich nach dem Training in der Vorstudie. Nach dem Training wurde als Reaktion auf den orthostatischen Stress eine erhebliche Steigerung der Baroreflex-Reaktionsfähigkeit erreicht und eine Power von 83 % ergibt sich bei einer Stichprobengröße von 24. Die Baroreflexempfindlichkeit zeigte eine viel höhere Variabilität. Wenn die Variabilität in der vorgeschlagenen Studie hoch bleibt, beträgt die Aussagekraft, einen signifikanten Unterschied zwischen vor und nach dem Training zu erreichen, 83 % bei einer Stichprobengröße von 28 Patienten.

Allerdings ist eine Abnahme der Variabilität bei einem größeren Stichprobenumfang sehr wahrscheinlich und die Aussagekraft steigt auf 86 % bei einer Stichprobe von 24 Patienten mit einer Abnahme der Variabilität um 32 %.

Basierend auf den Ergebnissen von Test-Re-Test-Aufzeichnungen bei 10 SCI-Probanden wird die übereinstimmende Anzahl von untrainierten Probanden (n = 12) ausreichen, um eine Kontrollgruppe zu bilden. Die Abweichungen vom Mittelwert erwiesen sich als so gering, dass eine Signifikanz mit einer vernünftigen Stichprobengröße für diese Gruppe nicht zu erreichen wäre.