Herz-Lungen- und rechtsventrikuläre Funktion in Gesundheit und Krankheit

Für den Abschluss der spezifischen Ziele 1-2 ist das Protokoll identisch. Spezifisches Ziel 1 beinhaltet die Analyse von Patienten mit HFrEF wie oben definiert; spezifisches Ziel 2 beinhaltet die Analyse von Patienten mit HFpEF wie oben definiert. Das Protokoll für das spezifische Ziel 3 (Analyse von Ausdauersportlern) beinhaltet ein anderes Protokoll als das für die spezifischen Ziele 1-2 beschriebene.

Für HFrEF- und HFpEF-Patienten (spezifische Ziele 1-2): Es findet ein einziger Testbesuch statt. Dieser Besuch umfasst eine Basisbewertung der Hämodynamik mit einem Swan-Ganz-Katheter, gefolgt von invasiven Belastungstests mit einem High-Fidelity-Leitfähigkeitskatheter, der die RV-PV-Schleifen in Echtzeit liefert. Der Swan-Ganz-Katheter ist ein flexibler 7-French-Katheter, der routinemäßig zur hämodynamischen Beurteilung für klinische und Forschungszwecke verwendet wird (wir verwenden diesen Katheter derzeit für COMIRB Nr. 16-1635 und COMIRB Nr. 17-1042). Der Zweck dieses Katheters ist die Bestimmung der hämodynamischen Ausgangsparameter (in "Laiensprache", um links- und rechtsseitige Füllungsdrücke sowie Drücke in der Lunge zu beschreiben) und die Bestimmung des Ruhe-Herzzeitvolumens. Der Swan-Ganz-Katheter wird nach Erhalt dieser Messungen eingeführt und entfernt - es wird erwartet, dass dieser Vorgang 10-15 Minuten dauert. Der Hauptforscher dieser Studie, Dr. Cornwell, führt diese Verfahren routinemäßig sowohl in klinischen als auch in Forschungsumgebungen durch und verwendet Standardtechniken für die Kathetereinführung. Ultraschallführung wird verwendet, um die rechte V. jugularis interna zu identifizieren, wo der Katheter eingeführt wird, und Fluoroskopie wird verwendet, um die Platzierung des Katheters für die hämodynamische Überwachung zu steuern.

Nach Abschluss der hämodynamischen Basisuntersuchung wird der Swan-Ganz-Katheter entfernt. Danach wird der High-Fidelity-Leitfähigkeitskatheter unter Verwendung von Standardtechniken in den RV eingeführt. Dieser Katheter ist auch ein flexibler 7-French-Katheter (wird derzeit für COMIRB Nr. 17-1042 verwendet), der über ein Druckmanometer an der Spitze sowie mehrere Leitwertelektroden verfügt, die kontinuierlich das Volumen im Ventrikel messen - durch kontinuierliche Aufzeichnung von Druckänderungen und Volumen während des Herzzyklus erzeugt der Katheter die "PV-Schleife". Diese Katheter liefern Informationen, die mit standardmäßigen Swan-Ganz-Kathetern nicht verfügbar sind (siehe oben aufgeführte Ergebnismessungen). Nach dem Einführen des Leitungskatheters wird in steriler Technik und unter Ultraschallkontrolle ein arterieller Zugang entweder in die linke oder rechte Speichenarterie gelegt. Der Zweck dieses Katheters ist zweierlei: 1) Bereitstellung einer Goldstandard-Beurteilung des Blutdrucks während des Trainings; und 2) um die arterielle Sauerstoffsättigung zu messen, um ein Herzzeitvolumen aus der Fick-Gleichung zu berechnen. Die hämodynamische Ausgangsbeurteilung umfasst eine etwa 5-minütige Überwachung während der Spontanatmung, gefolgt von einer etwa 6-minütigen Atmung mit kontrollierter Atemfrequenz (12-mal pro Minute), was die Bestimmung der kurzfristigen Blutdruckvariabilität nach Kontrolle der Auswirkung von ermöglicht respiratorische Variation, gefolgt von Valsalva-Manöver und vasomotorischer Reaktivität (inspiratorisches Anhalten des Atems für 30 Sekunden).

Nach dem Einführen des Leitungskatheters, des arteriellen Katheters und der Erfassung der Basisdaten wird der Patient auf einem aufrechten Fahrradergometer positioniert. Für den Fall, dass der Patient nicht in der Lage ist, aufrecht zu trainieren, wird ein Rückenergometer verwendet. Der Patient wird dann Übungen mit zwei submaximalen Arbeitsbelastungen (unter seiner Atmungsschwelle) absolvieren, die reale Szenarien/normale Aktivitäten des täglichen Lebens simulieren, gefolgt von Spitzenübungen. Um submaximale Daten zu erhalten, beginnt die Belastung des Fahrrads bei 0 Watt. Alle 1-2 Minuten wird die Arbeitsbelastung stetig erhöht, im Allgemeinen in 12,5-25-Watt-Schritten, bis der Patient angibt, dass die Rate der wahrgenommenen Anstrengung (RPE) auf einer 6-20-Punkte-Skala 7-9 beträgt. 24 Diese Belastung entspricht einer „leichten“ Belastung oder dem Steady-State 1. Die Belastung wird etwa 4–5 Minuten lang auf diesem Niveau gehalten, während dieser Zeit werden hämodynamische Daten erfasst. Danach wird die Arbeitsbelastung wieder in 12,5-25-Watt-Schritten erhöht, bis der Teilnehmer angibt, dass der RPE-Wert 11-13,24 beträgt Diese Arbeitsbelastung entspricht einer „mäßigen“ Belastung oder einem Steady-State 2. Die Arbeitsbelastung wird etwa 4–5 Minuten lang auf diesem Niveau gehalten, während dieser Zeit werden hämodynamische Daten erfasst. Dem Patienten wird dann eine Pause von 5-10 Minuten zugeteilt. Nach der Pause absolviert der Patient einen symptombegrenzten kardiopulmonalen Belastungstest, wobei die Belastung bei 0 Watt beginnt und in der Regel alle 1-2 Minuten in 12,5-25-Watt-Schritten bis zur Erschöpfung gesteigert wird. Hämodynamische Daten werden kontinuierlich aufgezeichnet, und die endgültigen Daten werden bei der erreichten maximalen Arbeitsbelastung erhalten. Dieses Protokoll ermöglicht die Erfassung von Daten an fünf verschiedenen Positionen: 1) Rückenlage; 2) aufrechte Ruhe; 3) Steady-State 1 oder "milde" Belastung; 4) Steady-State 2 oder "moderates" Training; und 5) Spitzentraining. Blutproben werden in jeder dieser Phasen entnommen: Das Blut wird auf arterielle und venöse Sauerstoffsättigungswerte (zur Berechnung eines Fick-Herzzeitvolumens) sowie auf venöse/kapillare Milchsäurewerte per Fingerbeere untersucht. Der Milchsäurespiegel wird verwendet, um die Arbeitsanstrengung des Teilnehmers in jeder Phase des Trainings zu beurteilen (als „Faustregel" haben submaximale Trainingslevel einen damit verbundenen Milchsäurespiegel von unter 4 mmol/L. In Rückenlage wird ein vollständiges Blutbild erstellt, um die Hämoglobinkonzentration zu bestimmen, die zur Berechnung des Fick-Herzzeitvolumens während aller Phasen der Belastung verwendet wird. Nach Abschluss der Studie wird der Patient wieder in Rückenlage gebracht und deinstrumentiert. Dieses Protokoll ist den Protokollen sehr ähnlich, die als Teil von COMIRB Nr. 16-1635 und Nr. 17-1042 verwendet werden; Basierend auf unseren Erfahrungen mit diesen Protokollen wird erwartet, dass diese Studie ungefähr 4-5 Stunden dauern wird.

Für Ausdauersportler (spezifisches Ziel 3): Für diese Studie werden zwei Besuche durchgeführt:

• Besuch 1: Baseline-Beurteilung: Dieser Besuch umfasst Einverständniserklärung, Studienanmeldung, Anamnese und körperliche Untersuchung, gefolgt von einem nicht-invasiven kardiopulmonalen Belastungstest (CPET) mit Stress-Echokardiographie. Der CPET wird wie folgt durchgeführt: Es wird ein Ruhe-Echokardiogramm durchgeführt, um die Herzstruktur und -funktion zu beurteilen und strukturelle Erkrankungen auszuschließen. Der Athlet absolviert dann einen symptombegrenzten CPET, wobei die Arbeitsbelastung auf dem Ergometer bei 0 Watt beginnt und alle 1-2 Minuten um etwa 50-Watt-Schritte bis zur Erschöpfung erhöht wird. Unmittelbar nach Abschluss des Tests wird die Echokardiographie wiederholt, um die Wandbewegung und die Herzstruktur bei maximaler Belastung zu beurteilen. Während dieses Tests werden Herzfrequenz (HR) und -rhythmus sowie Blutdruck (BP) kontinuierlich nicht-invasiv überwacht. Sollten während dieser Zeit Auffälligkeiten festgestellt werden, wird der Patient von weiteren Untersuchungen ausgeschlossen. Die Ergebnisse des Tests werden dem Teilnehmer mitgeteilt.

• Besuch 2: "Race-Day". An diesem Testtag führen die Teilnehmer vor und unmittelbar nach dem Test eine kontrastfreie Herz-MRT durch. Die Tests umfassen ein Zeitfahren für den Abschluss eines 180-km-Radsport-Events (die Distanz des Radsport-Teils eines Ironman-Events)22.

  • Ausgangs-MRT des Herzens: zur Bewertung der Ausgangsstruktur und -funktion des Herzens. Dies wird im Brain Imaging Center auf dem Anschutz Medical Campus durchgeführt.
  • Test: Nach Abschluss der Herz-MRT werden die Teilnehmer zum Testen ins Labor gebracht. Den Athleten wird ein Swan-Ganz-Katheter unter Verwendung von Standardtechniken (wie oben beschrieben) eingeführt. Es wird eine hämodynamische Ausgangsbeurteilung durchgeführt, um den linken und rechten Füllungsdruck sowie das Herzzeitvolumen zu bestimmen. Spontane und kontrollierte Atmung sowie Valsalva-Manöver und vasomotorische Reaktivität werden ebenfalls erreicht. Nach dieser Untersuchung wird der Swan-Ganz-Katheter entfernt und ein Konduktanzkatheter eingeführt, um RV-PV-Schlingen zu erhalten. Es werden Ruheschleifen in Rückenlage erworben. Danach wird der Athlet auf einem aufrechten Fahrrad positioniert. Der Teilnehmer absolviert dann ein Zeitfahren (dh wir zeichnen die Zeit auf, die bis zum Abschluss der Veranstaltung erforderlich ist). Die Distanz ist für alle Teilnehmer gleich und beträgt 180 km (die Distanz des Radsportteils eines Ironman-Wettbewerbs)22. Die Teilnehmer werden angewiesen, die Veranstaltung in einem Tempo zu absolvieren, mit dem sie sich wohlfühlen und das mit ihrem typischen Renntempo vereinbar ist. Pausen während des Radfahrens werden auf Wunsch des Athleten gewährt. Speisen und Getränke/Snacks werden auf Anfrage des Athleten zugeteilt (Ziel ist es, ein reales Renntagesszenario zu simulieren). Während der Veranstaltung werden HF und Rhythmus sowie BD kontinuierlich aufgezeichnet. RV-PV-Loops sowie Gasaustauschmetriken über indirekte Kalorimetrie werden kontinuierlich analysiert und während der Veranstaltung alle 30 Minuten aufgezeichnet. Nach Abschluss der Veranstaltung wird der Athlet wieder in Rückenlage gebracht und die hämodynamische Bewertung nach der Veranstaltung wird abgeschlossen. Dies umfasst die Erfassung von RV-PV-Schleifen in Ruhe aus dem Konduktanzkatheter, gefolgt von der Wiedereinführung des Swan-Ganz-Katheters für spontane und kontrollierte Atmung sowie ein Valsalva-Manöver und vasomotorische Reaktivität. Anschließend wird der Teilnehmer deinstrumentiert und die Testphase abgeschlossen. Basierend auf unserer Erfahrung mit der Durchführung ähnlicher Bewertungen, gepaart mit typischen Radfahrzeiten zum Absolvieren von 180-km-Radrennen, wird erwartet, dass dieser Test ungefähr 6 Stunden dauern wird.
  • Herz-MRT nach dem Test: zur Bewertung der Herzstruktur und -funktion nach Abschluss des Tests.