Gezielte körperliche Betätigung zur Reduzierung von Morbidität und Mortalität bei Sepsis (TERMS)

Die Teilnehmer führen innerhalb von 48 Stunden nach Beginn einer schweren Sepsis einen passiven Belastungstest durch. Die Patienten führen dann an 5 Tagen pro Woche eine 30-60-minütige passive Zyklus-Ergometrieübung in Rückenlage durch. Einzelheiten zur Häufigkeit und Dauer jeder Trainingseinheit werden zusammen mit Messungen der Herzfrequenz, der Hämoglobin-Sauerstoffsättigung und des Blutdrucks aufgezeichnet.

Die Belastungstests bestehen aus einem Ausgangstest, einer 30-minütigen passiven Beinzyklus-Ergometrie in Rückenlage und einer anschließenden 60-minütigen Erholungsphase. Arterielle und venöse Blutproben, die während der drei Protokollphasen entnommen werden, werden auf Stoffwechselfaktoren (Blutgase, Sauerstoffgehalt, pH-Wert, Laktat, Glukose) analysiert. An Tag 0, 1 und 7 wird ein zusätzliches Blutröhrchen sofort auf Eis zum Biohazard Level 2-Labor des Translational Research Center zur Verarbeitung und Aliquotierung nach einem Standardverfahren überführt. Plasma wird bei -80 °C gelagert und unmittelbar vor der Verwendung in biochemischen Analysen oder In-vitro-Experimenten aufgetaut.

Die Analyse umfasst die Konzentration von Entzündungsmediatoren, die Blutgefäßpermeabilität im Beinmuskel und die Beinmuskelperfusion, wie unten beschrieben. Zusätzliche Messungen der zentralen und peripheren Hämodynamik umfassen ultraschallbasierte Messungen des Herzschlagvolumens, des Blutflusses in der Halsschlagader und der Compliance der Halsschlagader. Kontinuierliche analoge Messungen des Elektrokardiogramms, des zentralen Venendrucks, des Blutdrucks, des Kohlendioxids am Ende der Gezeiten und der Elektromyographie (Quadrizeps) werden während der Übung überwacht und online für die anschließende Analyse der Herz- und Atemfrequenzvariabilität, der Blutdruckvariabilität und der Baroreflexempfindlichkeit gespeichert. Wir werden auch die Dauer des Aufenthalts auf der Intensivstation, die Sterblichkeit im Krankenhaus und die Kosten für die Gesundheitsversorgung im Krankenhaus erfassen. Die Dauer des Intensivaufenthalts und des Krankenhausaufenthalts werden als Ersatz für die Krankenhauskosten herangezogen. Für jeden Patienten wird auch die Physiotherapiezeit aufgezeichnet (Zeit für den Eingriff und Gesamtzeit mit jedem eingeschriebenen Patienten). Der Energiebedarf wird durch Stoffwechselmessungen ermittelt; Stickstoffbilanz und Serumpräalbumin werden gemessen, um den Ernährungszustand zu überwachen.

Die mechanistische Grundlage der beobachteten Hämodynamik während und nach passivem Beintraining wird mithilfe eines umfassenden Translationsmodells untersucht, das 1) venöse Blutanalysen, 2) in vitro vom Menschen abgeleitete Zellkulturmodelle und 3) in vivo Skelettmuskelmessungen der Kapillare umfasst Blutfluss. Dieses Gremium wird am Tag 0, 7 und 28 ausgewertet.

1. Venöse Blutanalyse: Die Entzündungsprofile des Patienten werden durch die Untersuchung gelagerter Plasmaproben auf entzündliche Biomarker und entzündungsauslösende Wirkungen bestimmt. Wir werden eine zuvor erstellte Liste von über 20 Entzündungsbiomarkern messen, die bei Sepsis erhöht sind, darunter Zytokine, Chemokine, Matrixmetalloproteinasen, Kollagenabbauprodukte, Neurotrophine und Stresshormone (Cortisol). Die angeborene Immunantwort wird ebenfalls bewertet. HIF1alpha, eine Untereinheit des Transkriptionsfaktors HIF1, ist ein wichtiger Regulator der angeborenen Immunantwort auf Entzündungen. Sportliche Betätigung führt zu einem Anstieg der freien DNA im Plasma, was zu einer induzierten HIF1alpha-Expression führt. Somit ist HIF1alpha ein potenzieller Kandidat für die Orchestrierung von Genexpressionsänderungen, die Anpassungen der angeborenen Immunantwort nach dem Training auslösen. HIF-1alpha, nachgeschaltete Zielgene und plasmafreie DNA-Spiegel in Blutproben werden gemessen, um die Auswirkungen von Bewegung auf die angeborene Immunantwort während einer Sepsis zu bestimmen.
2. In-vitro-Zellkultur: Menschliches Plasma wird auf vom Menschen stammende Endothelzellen aufgetragen, die verschiedene Gefäßbetten repräsentieren (z. B. zerebrale und dermale Mikrogefäße sowie große Blutgefäße wie Aorta und Venen) zur Beurteilung des Entzündungspotenzials: Messbare Ziele umfassen reaktive Sauerstoffspezies, Stickoxid, NF-kB, MAP-Kinasen, Leukozytenadhäsionstests und Permeabilität. Außerdem wird Plasma auf Erythrozyten aufgetragen, um entzündungsbedingte Veränderungen in der Morphologie zu bestimmen, ein Test, der für das Verständnis der Sauerstofftransportkapazität von entscheidender Bedeutung ist.
3. In-vivo-Kapillarblutfluss: Das Auftreten einer Muskelhypoperfusion und einer erhöhten Gefäßpermeabilität wird mithilfe einer selbst entwickelten Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)-Methode beurteilt, die die Aufnahme eines lichtabsorbierenden Farbstoffs im Muskel überwacht. Der Farbstoff Indocyaningrün (ICG) wird seit über 30 Jahren klinisch eingesetzt und weist eine hohe Sicherheitsbilanz auf. Muskelperfusion und Gefäßpermeabilität werden mithilfe eines mathematischen Modells bestimmt, um die Dynamik der ICG-Verteilung im Muskel nach einer intravenösen Injektion zu charakterisieren. Dieser Ansatz ist analog zu kontrastmittelverstärkten Bildgebungsverfahren (CT und MRT), hat jedoch den Vorteil, dass die Portabilität von NIRS Messungen am Krankenbett ermöglicht.