Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) als Methode zur Messung der oxidativen Kapazität von Skelettmuskel-Mitochondrien bei Brustkrebs und allen gynäkologischen Krebspatientinnen

Die NIRS-Teilnehmertests werden im Human Performance Laboratory der University of South Carolina School of Medicine Greenville in der Einrichtung des Cancer Institute Faris Road durchgeführt. Der Test dauert etwa 30 Minuten pro Sitzung, wobei pro Patient maximal 180 Minuten Teilnahmezeit möglich sind. Die unabhängigen Variablen in dieser Studie sind das Medikamentenschema und die Anzahl der Chemotherapie-Behandlungen. Die abhängigen Variablen in dieser Studie werden die Änderung des Sauerstoff- und Desoxygenierungsstatus des Vastus lateralis sein, wie sie vom NIRS-Gerät gemessen wird und die mitochondriale Oxidationskapazität nach einer Zyklusphase anzeigt. Die Patienten werden gebeten, 24 Stunden vor dem Test körperliche Betätigung und den Konsum bestimmter Substanzen (Tabak, Alkohol, Koffein und kontraindizierte Medikamente) zu vermeiden.

Die Teilnehmer werden gebeten, die Übungen in kurzen Hosen oder Ähnlichem durchzuführen. Die Teilnehmer sitzen zunächst in Ruhe auf einem Stuhl, während das NIRS-Gerät am Vastus lateralis angelegt wird. Das Gerät verfügt über doppelseitiges Klebeband, um seine Position auf der Haut leicht zu fixieren. Das Gerät wird in ein schwarzes Tuch eingewickelt, um seine Position vollständig zu sichern, die Mobilität des Geräts einzuschränken und Umgebungslicht im Labor zu blockieren. Die Teilnehmer stehen dann auf und gehen zum Fahrrad, wobei das NIRS am Bein des Teilnehmers befestigt ist. Die Teilnehmer sitzen für eine zweiminütige Pause auf dem Fahrrad und tragen dabei eine angepasste Maske, die bequem die Geschwindigkeit und Menge der Sauerstoffaufnahme (VO2) des Teilnehmers sowie andere Beatmungsmessungen im Ruhezustand und während des Trainings misst.

Die Forscher bestimmen während eines abgestuften Belastungstests die Laktatschwellenkurve und die Beatmungsschwelle des Teilnehmers. Die Laktatschwelle ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der die Laktatwerte im Kapillarblut als Folge einer erhöhten Trainingsintensität ansteigen. Die Blutlaktatkurve wird verwendet, um eine individuelle Leistungswattzahl für anschließende Belastungstests der „Ein-Aus-Kinetik“ zu bestimmen (siehe Beschreibung unten). Der Laktatspiegel im Kapillarblut wird für Point-of-Care-Tests per Fingerbeere ermittelt. Die Beatmungsschwelle wird mittels indirekter Kalorimetrie über einen Stoffwechselwagen gemessen, der ausgeatmete Gase (O2 und CO2) durch eine vom Teilnehmer getragene bequeme Silikonmaske auffängt.

In Ruhe wird ein Basis-Laktatspiegel im Blut ermittelt. Anschließend wird der Teilnehmer angewiesen, drei Minuten lang mit dem Rad zu fahren, beginnend mit 10 W. Nach Abschluss der 3-Minuten-Phase erhöht sich die Leistungsabgabe um 15 Watt. Der Teilnehmer fährt in jeder Phase 3 Minuten lang Fahrrad, bis seine Laktatschwelle 4,0 mmol/L erreicht. Sobald der Blutlaktatwert 4,0 mmol/L erreicht, wird ein letzter, dreiminütiger Schritt durchgeführt. Nach Abschluss dieser Übungsphase wird ein endgültiger Laktatwert ermittelt. Die Leistungsabgabe, die dem 1,1-fachen der Wattzahl entspricht, bei der die Laktatschwelle 4,0 mmol/L überstieg, wird als Trainingsintensität („On-Kinetik“) für nachfolgende Besuche im Rahmen von Chemotherapie-Behandlungen verwendet.

Die Teilnehmer kehren zu jedem weiteren Besuch innerhalb einer Woche vor ihrer nächsten Chemotherapie-Infusion zurück, sofern sie in der Lage sind, das Übungsprotokoll sicher fortzusetzen. Das NIRS-Gerät wird ähnlich wie beim ersten Besuch am Bein des Teilnehmers befestigt und die Teilnehmer setzen die Maske auf, um die Belüftung zu messen. Die Teilnehmer beginnen zum Aufwärmen 2 Minuten lang bei 0 Watt in die Pedale zu treten. Nach Abschluss der zweiminütigen Aufwärmphase erhöht sich die Leistungsabgabe auf die zuvor berechnete Wattzahl von 1,1x LT. Der Teilnehmer radelt in einer selbst gewählten Trittfrequenz mit dieser Leistungswattzahl für eine Dauer von 2 Minuten („On-Kinetik“). Am Ende jeder On-Kinetik-Phase werden die Teilnehmer gebeten, ihr Anstrengungsniveau während des Trainings, die Rate der wahrgenommenen Anstrengung (RPE), zu bewerten. Der Teilnehmer hört dann mit dem Treten auf und verbleibt in der Erholungsphase, indem er 2 Minuten lang auf dem Fahrrad sitzt („Off-Kinetics“-Phase). Wenn in der „Off-Kinetics“-Phase noch 5 Sekunden verbleiben, beginnt der Teilnehmer mit dem Treten mit der gleichen selbst gewählten Trittfrequenz für die nächste „On-Kinetics“-Phase, gefolgt von einer weiteren 2-minütigen „Off-Kinetics“-Phase. Dieser Übungszyklus mit anschließender Ruhepause, bekannt als On-Off-Kinetik, wird insgesamt maximal dreimal wiederholt, oder bis der Teilnehmer willentliche Ermüdung erreicht.

Die Ermittler werden vor der Teilnahme der Teilnehmer an Radsportübungen MoCA-, BFI-, körperliche Aktivitätsaufnahme-, PROMIS Global Health- und GLTPAQ-Umfragen durchführen. Die Forscher werden nach jeder einzelnen Studiensitzung außerdem BFI-, PROMIS Global Health- und Follow-up-Umfragen zu körperlicher Aktivität durchführen, um Veränderungen der krebsbedingten Müdigkeit im Zusammenhang mit der Chemotherapie-Behandlung zu bewerten, die sich im Laufe des Studienzeitraums entwickeln kann.

Den Teilnehmern werden routinemäßige, standardmäßige Blutabnahmen für ein CBC und Stoffwechseltests gemäß ihrem leitenden Arzt mit einem zusätzlichen Schlauch während derselben Venenpunktion für eine Studie unterzogen, die Aliquots für Biomarker im Zusammenhang mit der mitochondrialen Gesundheit für korrelative Forschung abdeckt.