Meccanismi di ipotensione arteriosa nella lesione cronica del midollo spinale

Metodi e procedure

La spirometria di screening verrà eseguita con il paziente seduto sulla sua sedia a rotelle personale utilizzando il sistema BreezeSuite. La capacità vitale forzata (FVC) e il volume espiratorio forzato in 1 secondo (FEV1) saranno ottenuti ed espressi come percentuale del valore previsto per ciascun soggetto sulla base di un database di individui neurologicamente intatti senza disturbi polmonari noti che è stato derivato in base al sesso , età e altezza. Saranno ottenuti tre spirogrammi accettabili e verrà utilizzato il risultato del loro miglior tentativo.

Il test di stress ortostatico di screening sarà condotto nel paziente posizionato sulla sedia cardiaca (Chair Hydraulics). La mano sinistra sarà posizionata in una fascia per il braccio e tenuta a livello del cuore per tutto lo studio. La pressione sanguigna arteriosa continua da battito a battito verrà acquisita da un polsino del dito posizionato attorno al medio sinistro o all'indice (Portapres-2) in posizione supina e quando i partecipanti vengono spostati in posizione seduta eretta. Le posizioni supine saranno mantenute per 15 min. e la posizione eretta sarà mantenuta per 5 min. I valori basali in posizione supina verranno registrati durante l'ultimo periodo di 5 minuti appena prima di passare alla posizione eretta. Questo test verrà interrotto se i soggetti diventano storditi o sintomatici di sincope.

Spirometria e test di forza dei muscoli respiratori: la spirometria standard verrà eseguita in posizione seduta utilizzando il sistema BreezeSuite (MedGraphics). Saranno ottenuti FVC e FEV1. Il trasduttore di pressione differenziale MP45-36-871-350 con scheda PC UPC 2100 e software (Validyne Engineering) verrà utilizzato per misurare la pressione inspiratoria massima (PImax) e la pressione espiratoria massima (PEmax) in posizione seduta. Il PImax sarà misurato durante il massimo sforzo inspiratorio a partire dal volume residuo vicino e il PEmax sarà misurato durante il massimo sforzo espiratorio a partire dalla capacità polmonare quasi totale. Ai soggetti verrà chiesto di utilizzare un sistema di valvole a tre vie con tubo di gomma come boccaglio. Il misuratore di pressione incorpora una perdita di 1,5 mm di diametro per prevenire la chiusura della glottide e per ridurre il contributo del muscolo buccale durante le misurazioni. La valutazione richiederà uno sforzo acuto e energico da mantenere per un minimo di 2 secondi. La pressione massima sarà presa come il valore più alto sostenuto per un secondo. Verrà calcolata la media del valore massimo di tre manovre che variavano di meno del 20%. Ai partecipanti verranno fornite istruzioni specifiche prima del test e saranno istruiti verbalmente durante la spirometria e le manovre di forza dei muscoli respiratori.

Test di stress ortostatico:

Ogni partecipante verrà testato al mattino in un laboratorio cardiovascolare tranquillo ea temperatura controllata (~ 22o C). La loro dieta sarà limitata per escludere caffeina, alcol e cibi ad alto contenuto di grassi la sera prima e la mattina dello studio. Ai partecipanti verrà chiesto di svuotare la vescica prima di iniziare lo studio. La pressione arteriosa continua verrà acquisita da un polsino per le dita posizionato attorno al medio sinistro o all'indice o al pollice (Portapres-2;). La mano sinistra sarà posizionata in una fascia per il braccio e tenuta a livello del cuore per tutto lo studio. Le misurazioni manuali della pressione arteriosa verranno effettuate all'inizio del periodo di controllo supino e alla fine del periodo di recupero con un dispositivo di misurazione della pressione arteriosa digitale. Verrà posizionato un ECG a 3 derivazioni per il monitoraggio dell'ECG. La cinematica della gabbia toracica e dell'addome (cinematica respiratoria) sarà acquisita utilizzando un pletismografo induttivo. Registrazione di base per 15 min. inizierà dopo un periodo di riposo di 5 minuti che seguirà la preparazione del soggetto. Alla fine della registrazione di 15 minuti in posizione supina, i partecipanti verranno spostati passivamente nella posizione eretta seduta. Questa posizione sarà mantenuta per 15 min. Questo test verrà interrotto se i soggetti diventano storditi o sintomatici di sincope. Le variabili emodinamiche saranno acquisite a 1000 Hz utilizzando il sistema ML880 PowerLab. ECG, SBP e DBP verranno calcolati dalla registrazione continua e tutte le variabili verranno quindi sottocampionate a 5Hz. SBP battito-battito, DBP, intervallo RR e FC saranno calcolati anche da BP ed ECG continui acquisiti. Tutte le analisi saranno effettuate utilizzando Matlab. Il flusso sanguigno nel cuore sarà misurato mediante ultrasuoni cardiaci utilizzando apparecchiature standard posizionando un sensore sopra il cuore.

Catecolamine del sangue:

Un catetere a farfalla verrà inserito in una vena antecubitale durante la strumentazione per consentire la raccolta del sangue senza ulteriore stress per il partecipante. Otto millilitri di sangue venoso verranno prelevati da una vena antecubitale alla fine della posizione supina di 15 minuti per valutare i livelli basali di adrenalina e norepinefrina. Il prelievo di sangue verrà ripetuto a 3 e alla fine di 15 min. della posizione eretta per valutare le risposte rapide e stazionarie delle catecolamine allo stress ortostatico.

Valutazione baroriflessa: gli ultimi 5 min. dei dati acquisiti da ciascuna posizione saranno utilizzati per ulteriori analisi. La serie temporale battito-battito degli intervalli SBP e RR verrà scansionata per tre o più battiti consecutivi che contengono indipendentemente pressione crescente e decrescente (SBP+, SBP-) e intervallo RR (RR+, RR-) con minimo 1 mmHg SBP, e soglie dell'intervallo RR di 4 ms. Se una sequenza SBP identificata è seguita da una sequenza RR identificata con ritardo pari a zero, uno o due battiti, tali sequenze SBP e RR verranno assegnate come accoppiate. Solo le sequenze accoppiate con coefficiente di regressione r>0.90 saranno accettate come sequenze baroriflesse (BRsq). La pendenza media di tutti i BRsq sarà calcolata e presa come una stima della sensibilità baroriflessa (BRS, ms/mmHg). Il numero di battiti coinvolti nelle rampe SBP e BRsq sarà determinato in ciascuna posizione di inclinazione. L'indice di efficacia del baroriflesso (BEI) sarà calcolato come il rapporto tra il numero totale di BRsq e il numero totale di rampe SBP.

Protocollo sEMG: gli impulsi elettrici hanno origine nei neuroni regolatori, trasportati attraverso i nervi motori, si trasmettono attraverso la giunzione neuromuscolare e si propagano attraverso le membrane muscolari possono essere registrati mediante elettromiografia di superficie (sEMG). Questo test fisiologico è spesso utilizzato durante i test di funzionalità polmonare clinica e nella ricerca, ha dimostrato di essere un riflesso accurato della forza contrattile dei muscoli respiratori. Useremo una misura multi-muscolare basata su sEMG della potenza motoria del sistema nervoso centrale registrata durante attività motorie volontarie tentate in posizione supina in condizioni strettamente controllate basato sui principi del Brain Motor Control Assessment (BMCA). Il protocollo consiste nelle seguenti manovre volontarie seguite da 5 min. di respirazione tranquilla: respiro profondo, compito PImax e compito PEmax. Ogni manovra sarà segnalata da un segnale acustico e ripetuta tre volte. PImax e PEmax durante queste attività saranno mantenuti per un minimo di 5 secondi. La pressione delle vie aeree sarà registrata simultaneamente con sEMG utilizzando un sistema di valvole a tre vie con un trasduttore di pressione come descritto sopra. Le registrazioni EMG di superficie saranno eseguite con coppie di elettrodi di superficie incassati, FE9 argento-cloruro d'argento (Grass Instruments, W Warwick, RI) centrati sul muscolo e posizionati a 3 cm di distanza per ciascun muscolo registrato. La pelle sarà preparata per ridurre l'impedenza intraelettrodica. Verranno registrate la parte superiore destra e sinistra del pettorale (PEC), il sesto intercostale (IC6), il retto dell'addome (RA) e l'obliquo dell'addome (OBL). L'elettrodo di terra verrà posizionato sopra il processo acromion. sEMG sarà registrato utilizzando una Eclipse Neurological Workstation (Axon Systems Inc.). I segnali sEMG in ingresso saranno amplificati con un guadagno di 500, filtrati a 30-1000 Hz e campionati a 2000 Hz.

Ecografia cardiaca ad ultrasuoni: Verranno ottenuti ecocardiogrammi ventricolari sinistro standard in stato di riposo supino misurando il diametro telediastolico (Dd) e il diametro telesistolico (Ds). Verranno analizzati dieci battiti consecutivi e la media verrà utilizzata per i calcoli della gittata cardiaca (Q): Q= (Dd)3- (DS)3x HR 35.

Allenamento dei muscoli respiratori:

Durante la sessione di allenamento, i soggetti saranno seduti nella loro sedia a rotelle personale con un'inclinazione della testa verso l'alto di circa 45°. Verranno utilizzati un dispositivo per la pressione espiratoria positiva di soglia e un trainer muscolare inspiratorio di soglia con boccaglio flangiato per un intervallo da 20 a 41 cm H2O. Questi dispositivi saranno assemblati insieme utilizzando un connettore a forma di T (Airlife 001504). I partecipanti saranno istruiti a eseguire i massimi sforzi inspiratori ed espiratori contro un carico di pressione. Durante l'inalazione, ai soggetti verrà chiesto di iniziare ogni respiro dal volume residuo (RV) e di sostenere lo sforzo finché i loro polmoni non si sentiranno pieni. Durante l'espirazione, i soggetti verranno istruiti a respirare dalla capacità polmonare totale e sostenere il loro sforzo finché i loro polmoni non si sentiranno vuoti. Ai partecipanti verrà chiesto di allenarsi per 45 min. al giorno, 5 giorni alla settimana, per 4 settimane. L'allenamento verrà avviato con un carico pari al 20% del loro PImax e PEmax individuali con aumenti progressivi tollerati fino al 40% del loro PImax o PEmax basale. L'obiettivo sarà quello di far allenare tutti i pazienti al 40% di PImax e PEmax durante l'ultima settimana della formazione. Verrà utilizzato un protocollo di allenamento a intervalli con i pazienti che eseguono sei serie di lavoro, 5 min. di durata, separati da intervalli di riposo della durata di 1-3 min.. Un membro del gruppo di ricerca monitorerà tutte le sessioni di formazione.

I risultati preliminari hanno mostrato che RMT aumenterà FVC, FEV1, PImax e PEmax nei soggetti sperimentali rispetto ai valori pre-allenamento. L'effetto maggiore è previsto per i valori espiratori (FEV1 e PEmax). Uno dei motivi potrebbe essere il fatto che la funzione espiratoria, la più limitata dopo la LM, ha una finestra di cambiamento più ampia. I nostri risultati hanno mostrato che un aumento medio dell'8-9% con un campione di 24-26 pazienti potrebbe rivelare una differenza significativa con una potenza dell'80-86% in tutti i valori spirometrici.

Obiettivo 2. Il miglioramento della PA e dei meccanismi associati ai cambiamenti della pressione arteriosa sono stati valutati utilizzando la componente a bassa frequenza della densità spettrale di potenza dei valori della pressione arteriosa sistolica (SBP) e diastolica (DBP) e la quantità di catecolamine misurata nei livelli ematici. Sulla base dei risultati preliminari si prevedono piccoli cambiamenti nei valori della PA a riposo dopo l'allenamento. Tuttavia, dopo l'allenamento, l'aumento della SBP quando la posizione viene cambiata in sit-up dovrebbe essere forte con bassa variabilità. I calcoli hanno mostrato che anche con n=20, la potenza sarà dell'84% e quando n=24, sarà aumentata al 94%. Si prevede che le variazioni di DBP siano inferiori con una potenza dell'80% per n=24. Valori simili sono stati ottenuti quando sono state analizzate le modulazioni a bassa frequenza di SBP e DBP.

Secondo questa analisi, il numero di soggetti da 20 a 24 comporterà un aumento significativo con l'87% di potenza. L'efficacia e la sensibilità del baroriflesso sono entrambe migliorate dopo l'allenamento nello studio preliminare. Dopo l'allenamento, in risposta allo stress ortostatico, è stato ottenuto un aumento sostanziale della reattività baroriflessa e una potenza dell'83% risulterà con una dimensione del campione di 24. La sensibilità del baroriflesso mostrava una variabilità molto più alta. Se la variabilità rimane elevata nello studio proposto, il potere di ottenere una differenza significativa dal pre al post training è dell'83% con un campione di 28 pazienti.

Tuttavia, una diminuzione della variabilità è molto probabile con una dimensione del campione maggiore e la potenza aumenta all'86% con un campione di 24 pazienti con una diminuzione della variabilità del 32%.

Sulla base dei risultati delle registrazioni test-re-test in 10 soggetti con LM, il numero corrispondente di soggetti non addestrati (n=12) sarà sufficiente per formare un gruppo di controllo. Le deviazioni dalle medie sono risultate così basse che sarebbe impossibile raggiungere la significatività con un campione di dimensioni ragionevoli per questo gruppo.