Cardiopulmonale en rechterventrikelfunctie bij gezondheid en ziekte

Voor de voltooiing van specifieke doelstellingen 1-2, zal het protocol identiek zijn. Specifiek doel 1 omvat analyse van patiënten met HFrEF zoals hierboven gedefinieerd; specifiek doel 2 omvat de analyse van patiënten met HFpEF zoals hierboven gedefinieerd. Het protocol voor specifiek doel 3 (analyse van duursporters) bevat een ander protocol dan beschreven voor specifiek doel 1-2.

Voor HFrEF- en HFpEF-patiënten (specifieke doelen 1-2): Er zal één bezoek komen voor testen. Dit bezoek omvat een baseline-evaluatie van de hemodynamica met behulp van een Swan-Ganz-katheter, gevolgd door invasieve inspanningstests met een high-fidelity conductance-katheter, die de real-time RV PV-lussen levert. De Swan-Ganz-katheter is een 7-Franse flexibele katheter die routinematig wordt gebruikt voor hemodynamische beoordeling voor klinische en onderzoeksdoeleinden (we gebruiken deze katheter momenteel voor COMIRB #16-1635 en COMIRB #17-1042). Het doel van deze katheter is om hemodynamische basisparameters te bepalen (in "lekentermen", om de vuldruk links en rechts te beschrijven, evenals de druk in de longen), en om het hartminuutvolume in rust te bepalen. De Swan-Ganz-katheter wordt ingebracht en verwijderd na het verkrijgen van deze metingen - naar verwachting zal deze procedure 10-15 minuten duren. De hoofdonderzoeker voor deze studie, Dr. Cornwell, voert deze procedures routinematig uit in zowel klinische als onderzoeksomgevingen en zal standaardtechnieken gebruiken voor het inbrengen van een katheter. Echografie zal worden gebruikt om de juiste interne halsader te identificeren, waar de katheter is ingebracht, en fluoroscopie zal worden gebruikt om de plaatsing van de katheter te begeleiden voor hemodynamische monitoring.

Na voltooiing van de baseline hemodynamische beoordeling wordt de Swan-Ganz-katheter verwijderd. Daarna wordt de high-fidelity geleidingskatheter met behulp van standaardtechnieken in de RV ingebracht. Deze katheter is ook een 7-Franse flexibele katheter (momenteel gebruikt voor COMIRB #17-1042) met een drukmanometer op de punt, samen met verschillende geleidingselektroden die continu het volume in het ventrikel meten - door continu veranderingen in druk en volume tijdens de hartcyclus, genereert de katheter de "PV-lus". Deze katheters geven informatie die niet beschikbaar is met standaard Swan-Ganz-katheters (zie bovenstaande uitkomstmaten). Na het inbrengen van de geleidingskatheter wordt een arteriële lijn in de linker of rechter radiale slagader geplaatst, met behulp van steriele techniek en onder echogeleide. Het doel van deze katheter is tweeledig: 1) het bieden van een gouden standaardbeoordeling van BP tijdens inspanning; en 2) om arteriële zuurstofverzadiging te meten om een ​​hartminuutvolume te berekenen uit de Fick-vergelijking. Baseline hemodynamische beoordeling omvat monitoring gedurende ongeveer 5 minuten tijdens spontane ademhaling, gevolgd door ongeveer 6 minuten ademen met een gecontroleerde ademhalingsfrequentie (12 keer per minuut), wat het mogelijk maakt om de bloeddrukvariabiliteit op korte termijn te bepalen na controle op het effect van ademhalingsvariatie, gevolgd door Valsalva-manoeuvre en vasomotorische reactiviteit (inademing gedurende 30 seconden).

Na het inbrengen van de conductantiekatheter, de arteriële katheter en het verzamelen van basislijngegevens, wordt de patiënt op een rechtopstaande fietsergometer gepositioneerd. Als de patiënt niet in staat is rechtop te oefenen, wordt een liggende ergometer gebruikt. De patiënt voltooit dan de training met twee submaximale werklasten (onder hun beademingsdrempel) die realistische scenario's/normale activiteiten van het dagelijks leven simuleren, gevolgd door piekoefeningen. Om submaximale gegevens te verkrijgen, begint de belasting op de fiets bij 0 Watt. Elke 1-2 minuten wordt de werklast gestaag verhoogd, meestal in stappen van 12,5-25 Watt, totdat de patiënt aangeeft dat de RPE-score (rate-of-perienced effort) 7-9 is, op een schaal van 6-20 punten. 24 Deze belasting komt overeen met "milde" inspanning of steady-state 1. De belasting wordt gedurende ongeveer 4-5 minuten op dit niveau gehouden, gedurende welke tijd hemodynamische gegevens worden verkregen. Daarna wordt de werklast weer verhoogd in stappen van 12,5-25 Watt totdat de deelnemer aangeeft dat de RPE-score 11-13,24 is. Deze werkbelasting komt overeen met een "matige" oefening of steady-state 2. De werkbelasting wordt ongeveer 4-5 minuten op dit niveau gehouden, gedurende welke tijd hemodynamische gegevens worden verkregen. De patiënt krijgt dan een pauze van 5-10 minuten. Na de pauze voltooit de patiënt een symptoombeperkte cardiopulmonale inspanningstest, waarbij de belasting begint bij 0 watt en in het algemeen elke 1-2 minuten toeneemt in stappen van 12,5-25 watt tot uitputting. Hemodynamische gegevens worden continu geregistreerd en de definitieve gegevens worden verkregen bij de bereikte piekbelasting. Met dit protocol kunnen gegevens op vijf verschillende posities worden verkregen: 1) rugligging; 2) rechtopstaande rust; 3) steady-state 1, of "milde" oefening; 4) steady-state 2, of "matige" oefening; en 5) piekoefening. In elk van deze stadia zullen bloedmonsters worden genomen: bloed zal worden getest op arteriële en veneuze zuurstofverzadigingsniveaus (om een ​​Fick-hartminuutvolume te berekenen), evenals een veneus/capillair melkzuurniveau door middel van een vingerprik. Het melkzuurgehalte wordt gebruikt om de werkinspanning van de deelnemer in elke fase van de training te beoordelen (als vuistregel geldt dat submaximale inspanningsniveaus een bijbehorende melkzuurspiegel hebben van minder dan 4 mmol/L. Een volledig bloedbeeld zal worden verkregen in liggende rustpositie om de hemoglobineconcentratie te bepalen, die zal worden gebruikt om het hartminuutvolume van Fick tijdens alle stadia van de training te berekenen. Na voltooiing van het onderzoek wordt de patiënt teruggebracht naar een rugligging en worden de instrumenten verwijderd. Dit protocol lijkt erg op protocollen die worden gebruikt als onderdeel van COMIRB #16-1635 en #17-1042; op basis van onze ervaring met deze protocollen wordt verwacht dat dit onderzoek ongeveer 4-5 uur zal duren.

Voor duursporters (specifiek doel 3): Er zullen twee bezoeken zijn voor deze studie:

• Bezoek 1: Baseline Assessment: dit bezoek omvat geïnformeerde toestemming, studie-inschrijving, geschiedenis en fysiek, gevolgd door een niet-invasieve cardiopulmonale inspanningstest (CPET) met stress-echocardiografie. De CPET wordt op de volgende manier uitgevoerd: er wordt een echocardiogram in rust uitgevoerd om de structuur en functie van het hart te beoordelen en eventuele structurele ziekten uit te sluiten. De atleet voltooit dan een symptoombeperkte CPET, waarbij de belasting op de ergometer begint bij 0 watt en elke 1-2 minuten toeneemt met stappen van ongeveer 50 watt tot uitputting. Onmiddellijk na voltooiing van de test wordt echocardiografie herhaald om de beweging van de wand en de hartstructuur bij maximale inspanning te beoordelen. Tijdens deze test worden de hartslag (HR) en het ritme, evenals de bloeddruk (BP) continu niet-invasief gecontroleerd. Als er tijdens deze periode afwijkingen worden ontdekt, wordt de patiënt uitgesloten van verder onderzoek. De uitslag van de test wordt met de deelnemer gecommuniceerd.

• Bezoek 2: "Racedag". Op deze testdag zullen de deelnemers voorafgaand aan en onmiddellijk na het testen een cardiale MRI zonder contrast ondergaan. De tests omvatten een tijdrit voor de voltooiing van een wielerevenement van 180 km (de afstand van het fietsgedeelte van een Ironman-evenement)22.

  • Baseline cardiale MRI: om de basislijn van de cardiale structuur en functie te evalueren. Dit zal worden voltooid in het Brain Imaging Center op de Anschutz Medical Campus.
  • Testen: na voltooiing van cardiale MRI worden deelnemers voor testen naar het laboratorium begeleid. Bij sporters wordt een Swan-Ganz-katheter ingebracht met behulp van standaardtechnieken (zoals hierboven beschreven). Baseline hemodynamische beoordeling zal worden verkregen om de linker- en rechtervuldruk te bepalen, evenals het hartminuutvolume. Spontane en gecontroleerde ademhaling, evenals Valsalva-manoeuvre en vasomotorische reactiviteit zullen ook worden verkregen. Na deze beoordeling wordt de Swan-Ganz-katheter verwijderd en wordt een geleidingskatheter ingebracht om RV PV-lussen te verkrijgen. Liggende rustlussen worden verkregen. Daarna wordt de atleet op een staande fiets gepositioneerd. De deelnemer voltooit dan een tijdrit (dwz we registreren de tijd die nodig is om het evenement te voltooien). De afstand is voor alle deelnemers gelijk en bedraagt ​​180 km (de afstand van het fietsgedeelte van een Ironman-wedstrijd)22. Deelnemers zullen worden geïnstrueerd om het evenement te voltooien in een tempo waarmee ze zich prettig voelen en dat compatibel is met hun typische racetempo. Pauzes tijdens het fietsen worden toegekend op verzoek van de atleet. Eten en drinken/snacks worden op verzoek van de atleet toegewezen (het doel is om een ​​realistisch racedagscenario te simuleren). Tijdens het evenement worden HR en ritme, evenals BP, continu geregistreerd. RV PV-lussen, evenals gasuitwisselingsstatistieken via indirecte calorimetrie, zullen tijdens het evenement continu worden geanalyseerd en elke 30 minuten worden geregistreerd. Na voltooiing van het evenement wordt de atleet weer in rugligging geplaatst en wordt de hemodynamische beoordeling na het evenement voltooid. Dit omvat het verkrijgen van rustende RV PV-lussen van de geleidingskatheter, gevolgd door het opnieuw inbrengen van de Swan-Ganz-katheter voor spontane en gecontroleerde ademhaling, evenals een Valsalva-manoeuvre en vasomotorische reactiviteit. Daarna wordt de deelnemer gedeïnstrumenteerd en de testfase doorlopen. Op basis van onze ervaring met het uitvoeren van vergelijkbare beoordelingen, in combinatie met typische fietstijden om 180 km fietsevenementen te voltooien, wordt verwacht dat deze test ongeveer 6 uur in beslag zal nemen.
  • Cardiale MRI na de test: om de hartstructuur en -functie te evalueren na voltooiing van de test.