Effect van natriumnitroprusside op de cerebrale doorbloeding

Achtergrond Over het algemeen wordt aangenomen dat cerebrale autoregulatie de cerebrale bloedstroom (CBF) in stand houdt als de gemiddelde arteriële druk (MAP) tussen 60 en 150 mmHg ligt. Toch is het controversieel of er een plateau is voor CBF. Aldus wordt de bloedsnelheid van de middelste hersenslagader (MCA Vmean), als een index van CBF, beïnvloed door farmacologische veranderingen in MAP tussen ongeveer 40-125 mmHg. Daarentegen wordt de doorbloeding van de interne halsslagader niet beïnvloed door een matige daling van de bloeddruk.

De hersenen worden gevoed door de interne halsslagader en wervelslagaders die een andere regeling hebben met een hogere CO2-reactiviteit en grotere orthostatische reductie voor de interne halsslagader dan de wervelslagader. De verschillende regulatie van de twee slagaders kan een hogere sympathische innervatie weerspiegelen van slagaders die afkomstig zijn van de interne halsslagader dan die van de wervelslagader. De interne halsslagader kan bijdragen aan de cerebrale autoregulatie, aangezien het vat verwijdt tijdens een matige afname van de MAP, terwijl de bloedstroom van de interne halsslagader behouden blijft. De arteriële CO2-spanning (PaCO2) is een belangrijke regulator van CBF en ook het behoud van het centrale bloedvolume en het hartminuutvolume is belangrijk voor de regulatie van CBF. In de huidige studie wordt de doorbloeding van de interne halsslagader en de wervelslagader geëvalueerd met behulp van duplex-echografie bij 20 gezonde mannen wanneer MAP wordt verminderd door natriumnitroprusside, een krachtige kortdurende vasodilatator.

Doelstelling Het doel van de studie is om te evalueren of CBF wordt beïnvloed door 20% en 40% verlagingen van MAP door natriumnitroprusside. De CO2-reactiviteit van de interne hals- en wervelslagaders wordt geëvalueerd om te controleren op hyperventilatie tijdens door natriumnitroprusside geïnduceerde hypotensie. Verder zal de studie evalueren of veranderingen in de doorbloeding van de interne halsslagader en de wervelslagader door een vermindering van 40% in MAP verschillend zijn en of de slagaders een verschillende CO2-reactiviteit hebben. Ten slotte zal de studie evalueren of de helling van de lineaire regressie van CBF en MAP hoger is voor de evaluaties wanneer MAP wordt verlaagd met 40% en 20% dan die van de evaluaties bij baseline en wanneer MAP wordt verlaagd met 20%.

Hypothesen

• Natriumnitroprusside-geïnduceerde verlaging van MAP met 40% vermindert CBF
• Natriumnitroprusside-geïnduceerde verlaging van MAP met 20% vermindert CBF
• Natriumnitroprusside-geïnduceerde vermindering van MAP met 40% veroorzaakt een grotere relatieve vermindering van de interne halsslagaderbloedstroom dan die van de wervelslagader
• De CO2-reactiviteit van de interne halsslagader is hoger dan die van de wervelslagader
• De helling van lineaire regressie van MAP en CBF bij de evaluaties wanneer MAP wordt verlaagd met 20% en 40% door natriumnitroprusside is hoger dan die van de evaluaties bij baseline en wanneer MAP wordt verlaagd met 20%

Methoden De studie zal 20 gezonde mannen omvatten. Het experiment duurt ongeveer drie uur en de proefpersoon moet minstens 4 uur vasten, zich 12 uur lang onthouden van alcohol en cafeïne en 24 uur intensief sporten. Voor de start van het experiment worden de interne halsslagaders en wervelslagaders geëvalueerd en als de vaten niet kunnen worden gevisualiseerd, b.v. vanwege een hoge halsslagaderbifurcatie kan de proefpersoon niet deelnemen aan het onderzoek. De proefpersoon rust tijdens het onderzoek in rugligging.

Metingen Een katheter wordt in de arteria radialis of brachialis op de niet-dominante arm geplaatst voor evaluatie van arteriële druk- en gasvariabelen. Het totale volume bemonsterd bloed is minder dan 25 ml. Een lange lijn wordt in een cubitale ader geplaatst en naar de subclavia ader geleid voor infusie van natriumnitroprusside. De arteriële drukmeting wordt gebruikt voor evaluatie van het slagvolume, het hartminuutvolume en de totale perifere weerstand door gemodificeerde pulscontouranalyse. De hartslag wordt geëvalueerd door middel van elektrocardiogramafleiding II. De zuurstofvoorziening van de voorhoofdhuid en de doorbloeding worden dicht bij de haarlijn geëvalueerd met behulp van Laser Doppler-flowmetrie met een geïntegreerde zuurstofsensor op een diepte van 1-2 mm in een gebied van ongeveer 9 mm^2. De zuurstofvoorziening van de cerebrale en bicepsspieren wordt geëvalueerd met behulp van nabij-infraroodspectroscopie. Transcraniële Doppler wordt gebruikt om MCA Vmean te evalueren. Bij een constante diameter van de MCA weerspiegelen veranderingen in bloedsnelheid die van regionale CBF, maar de diameter kan worden beïnvloed door veranderingen in MAP en PaCO2.

Veranderingen in het centrale bloedvolume worden geëvalueerd door opname van de thoracale elektrische toegang. Centrale hemodynamiek, MCA Vmean, elektrocardiogram en huidoxygenatie en bloedstroom worden geregistreerd bij 100 hertz, cerebrale en spieroxygenatie wordt geregistreerd bij 0,1 hertz en thoracale toegang bij 0,25 hertz en opgeslagen op een pc.

De doorbloeding van de interne halsslagader en de wervelslagader wordt eenzijdig op de nek geëvalueerd met behulp van duplex-echografie. De evaluatie vindt plaats in de lengtedoorsnede 1-2 cm distaal van de bifurcatie van de halsslagader en de wervelslagader wordt geëvalueerd tussen de transversale processen van C2-5 met het hoofd ongeveer 30⁰ naar de contralaterale zijde gedraaid. Om de invloed van ventilatie te beperken, worden op elk MAP-niveau twee opnames van ongeveer 20 s van beide slagaders uitgevoerd en wordt het gemiddelde gerapporteerd. Er wordt een frequentie van 8-12 megahertz gebruikt en de versterking wordt zo hoog mogelijk ingesteld terwijl het vaatlumen echovrij is. Pulsed-wave Doppler bij een stabiele hoek ≤ 60º bepaalde de hoekgecorrigeerde tijdgemiddelde maximale stroomsnelheid (TAVMAX), die overeenkomt met tweemaal de gemiddelde bloedsnelheid. De diameter wordt bepaald met behulp van automatische software om de vaatwand en de bloedstroom te volgen: 0,125 * 60 * TAVMAX * π * diameter^2 en CBF is de som van de unilaterale interne halsslagader- en wervelslagaderbloedstroom.

De CO2-reactiviteit van de interne halsslagader en wervelslagader is: verandering in bloedstroom *100 / verandering in PaCO2 * baseline bloedstroom met behulp van individuele lineaire regressie voor de evaluaties tijdens normo-, hypo- en hypercapnie. De CO2-reactiviteit van MCA Vmean en cerebrale oxygenatie wordt op dezelfde manier geëvalueerd en metingen tijdens natriumnitroprusside-infusie worden gecorrigeerd voor veranderingen in PaCO2 vanaf de basislijn met behulp van de CO2-reactiviteit op hypocapnie.

Procedures Baseline-evaluatie in rust wordt minstens 30 minuten na plaatsing van de katheters uitgevoerd. Vervolgens wordt de CO2-reactiviteit tijdens hypo- en hypercapnie in willekeurige volgorde geëvalueerd. Hypocapnie wordt bereikt door hyperventilatie gedurende 6 minuten om een ​​0,7-1,2 uit te lokken kilopascal (kPa) verlaging van PaCO2, en de evaluatie wordt herhaald als de verlaging van PaCO2 niet binnen dit interval valt. Hypercapnie wordt bereikt door gedurende 6 minuten 6% CO2 in te ademen.

Daarna wordt natriumnitroprusside geïnfundeerd om de MAP te verminderen met 20% (15%-25%) en 40% (35%-45% en minimaal MAP 50 mmHg bij een maximale infusiesnelheid van 10 µg/(kg*min)). Natriumnitroprusside is een kortwerkende, krachtige vasodilatator die guanylaatcyclase direct of door productie van stikstofmonoxide activeert, waardoor de gladde spiercellen in slagaders en aders ontspannen. Het effect van natriumnitroprusside wordt binnen 2 minuten bereikt en de halfwaardetijd is 2 minuten, waardoor het effect van korte duur is. Natriumnitroprusside heeft geen direct effect op CBF. Infusie van natriumnitroprusside vindt plaats met een elektronische infuuspomp, bij 0,25 µg/(kg*min) gedurende één minuut en verhoogd met 0,25 µg/(kg*min) per minuut. Het effect op MAP wordt elke minuut geëvalueerd voordat de infusiesnelheid wordt verhoogd. Wanneer een MAP-niveau is bereikt, wordt MAP nog een minuut gehandhaafd, waarna metingen gedurende 2-3 minuten worden uitgevoerd. Wanneer evaluaties zijn uitgevoerd op beide MAP-niveaus, wordt de infusiesnelheid geleidelijk verlaagd om zogenaamde "rebound-hypertensie" te voorkomen. Op dit moment is het experiment voltooid en worden de katheters verwijderd.

Statistieken Proefomvang: In een vergelijkbaar onderzoek verminderde de door natriumnitroprusside geïnduceerde verlaging van de MAP met 43% de CBF met 15% na correctie voor de afname van PaCO2. Een powerberekening geeft aan dat er ten minste 14 proefpersonen nodig zijn om een ​​reductie van 15% in CBF met een standaarddeviatie van 18% te detecteren wanneer MAP met 40% wordt verlaagd door natriumnitroprusside met een significantieniveau van 5% en een power van 80%.