Mekanismer for arteriell hypotensjon ved kronisk ryggmargsskade

Metoder og prosedyrer

Screeningsspirometri vil bli utført med pasienten sittende i sin personlige rullestol ved hjelp av BreezeSuite-systemet. Forced Vital Capacity (FVC) & Forced Expiratory Volume in 1 second (FEV1) vil bli oppnådd og uttrykt som prosenten av den forutsagte verdien for hvert individ basert på en database med nevrologisk intakte individer uten kjente lungeplager som ble utledet basert på kjønn , alder og høyde. Tre akseptable spirogrammer vil bli oppnådd og resultatet av deres beste forsøk vil bli brukt.

Screening Ortostatisk stresstest vil bli utført på pasienten plassert på hjertestolen (stolhydraulikk). Venstre hånd vil bli plassert i en armslynge og holdes på nivå med hjertet gjennom hele studien. Kontinuerlig slag-til-slag arterielt blodtrykk vil bli tatt fra en fingermansjett plassert rundt venstre lang- eller pekefinger (Portapres-2) i ryggleie og når deltakerne flyttes til oppreist sittende stilling. Ryggleie vil bli opprettholdt i 15 min. & oppreist stilling opprettholdes i 5 min. Grunnlinjeverdier i liggende stilling vil bli registrert i løpet av den siste 5-minutters perioden rett før endring til oppreist stilling. Denne testen vil bli avbrutt hvis forsøkspersonene blir ør i hodet eller symptomatisk for synkope.

Spirometri og respiratoriske muskelstyrketester: Standard spirometri vil bli utført i sittende stilling ved å bruke BreezeSuite System (MedGraphics). FVC og FEV1 vil bli oppnådd. MP45-36-871-350 Differensialtrykktransduser med UPC 2100 PC-kort og programvare (Validyne Engineering) vil bli brukt til å måle maksimalt inspirasjonstrykk (PImax) og maksimalt ekspirasjonstrykk (PEmax) i sittende stilling. PImax vil bli målt under maksimal inspirasjonsanstrengelse som begynner ved nesten restvolum, og PEmax vil bli målt under maksimal ekspiratorisk innsats fra nesten total lungekapasitet. Forsøkspersonene vil bli bedt om å bruke et treveisventilsystem med gummislange som munnstykke. Trykkmåleren har en lekkasje på 1,5 mm i diameter for å forhindre glottisk lukking og redusere bukkal muskelbidrag under målinger. Vurderingen vil kreve en skarp, kraftfull innsats som opprettholdes i minimum 2 sekunder. Maksimumstrykket vil bli tatt som den høyeste verdien som varte i ett sekund. Maksimalverdien fra tre manøvrer som varierte med mindre enn 20 % vil bli beregnet som gjennomsnitt. Deltakerne vil få spesifikke instruksjoner før testen og vil bli muntlig veiledet gjennom spirometri- og respiratorisk muskelstyrkemanøvrer.

Ortostatisk stresstest:

Hver deltaker vil bli testet om morgenen i et stille, temperaturkontrollert (~22o C) kardiovaskulært laboratorium. Kostholdet deres vil være begrenset til å utelukke koffein, alkohol og mat som inneholder mye fett kvelden før og morgenen studien. Deltakerne vil bli bedt om å tømme blæren før studien starter. Kontinuerlig arteriell BP vil bli ervervet fra en fingermansjett plassert rundt venstre lang- eller pekefinger eller tommel (Portapres-2;). Venstre hånd vil bli plassert i en armslynge og holdes på nivå med hjertet gjennom hele studien. Manuelle arterielle BP-målinger vil bli tatt i begynnelsen av ryggleiekontrollperioden og ved slutten av restitusjonsperioden med en digital blodtrykksmåler. Et 3-avlednings-EKG vil bli plassert for EKG-overvåking. Ribbekasse- og abdomenkinematikk (respirasjonskinematikk) vil bli oppnådd ved hjelp av en induktiv pletysmograf. Grunnlinjeopptak i 15 min. vil begynne etter en 5-minutters hvileperiode som vil følge fagforberedelsen. På slutten av 15-minutters opptak i liggende stilling, vil deltakerne passivt flyttes til oppreist sittende stilling. Denne posisjonen opprettholdes i 15 min. Denne testen vil bli avbrutt hvis forsøkspersonene blir ør i hodet eller symptomatisk for synkope. Hemodynamiske variabler vil bli innhentet ved 1000 Hz ved hjelp av ML880 PowerLab System. EKG, SBP og DBP vil bli beregnet fra kontinuerlig opptak, og alle variabler blir deretter nedsamplet til 5Hz. Beat-to-slag SBP, DBP, RR-intervall og HR vil også bli beregnet fra innhentet kontinuerlig BP & EKG. Alle analyser vil bli gjort ved hjelp av Matlab. Blodstrømmen i hjertet vil bli målt ved hjerteultralyd ved bruk av standardutstyr ved å plassere en sensor over hjertet.

Blod katekolaminer:

Et sommerfuglkateter vil bli satt inn i en antecubital vene under instrumentering for å tillate oppsamling av blod uten ekstra stress for deltakeren. Åtte milliliter venøst ​​blod vil bli trukket fra en antecubital vene på slutten av 15-minutters liggende for å vurdere baseline epinefrin og noradrenalin nivåer. Blodprøven vil bli gjentatt ved 3 og på slutten av 15 min. i oppreist stilling for å vurdere raske og stabile katekolaminresponser på ortostatisk stress.

Barorefleksevaluering: De siste 5 min. av data innhentet fra hver stilling vil bli brukt til videre analyse. Slag-til-slag-tidsserien av SBP- og RR-intervaller vil bli skannet for tre eller flere påfølgende slag som uavhengig inneholder økende og synkende trykk (SBP+, SBP-) og RR-intervall (RR+, RR-) med minimum 1 mmHg SBP, & 4 ms RR-intervallterskler. Hvis en identifisert SBP-sekvens etterfølges av en identifisert RR-sekvens med forsinkelse på null, ett eller to slag, vil disse SBP- og RR-sekvensene bli tilordnet som koblet. Bare koblede sekvenser med regresjonskoeffisient r>0,90 vil bli akseptert som baroreflekssekvenser (BRsq). Den gjennomsnittlige helningen til alle BRsq vil bli beregnet og tatt som et estimat av barorefleksfølsomhet (BRS, ms/mmHg). Antall slag involvert i SBP-ramper og BRsq vil bli bestemt ved hver tiltposisjon. Baroreflex effektivitetsindeksen (BEI) vil bli beregnet som forholdet mellom det totale antallet BRsq og det totale antallet SBP-ramper.

sEMG-protokoll: Elektriske impulser har sin opprinnelse i regulatoriske nevroner, bæres via motoriske nerver, overføres gjennom nevromuskulære koblinger og forplanter seg gjennom muskelmembraner kan registreres ved overflateelektromyografi (sEMG). Denne fysiologiske testen er ofte basert på under klinisk lungefunksjonstesting og i forskning, har vist seg å være en nøyaktig refleksjon av åndedrettsmuskulaturens kontraktile styrke. Vi vil bruke et multimuskelt sEMG-basert mål på motorytelse fra sentralnervesystemet registrert under frivillige motoriske oppgaver forsøkt i ryggleie under strengt kontrollerte forhold som var basert på Brain Motor Control Assessment (BMCA) prinsipper. Protokollen består av følgende frivillige manøvrer etterfulgt av 5 min. av rolig pust: dyp pust, PImax-oppgave og PEmax-oppgave. Hver manøver vil bli signalisert av en hørbar tone og gjentas tre ganger. PImax og PEmax under disse oppgavene opprettholdes i minimum 5 sekunder. Luftveistrykket vil bli registrert samtidig med sEMG ved bruk av et treveisventilsystem med en trykktransduser som beskrevet ovenfor. Overflate-EMG-opptak vil bli utført med par forsenkede, FE9 sølv-sølvkloridhette-overflateelektroder (Grass Instruments, W Warwick, RI) sentrert over muskelen og plassert 3 cm fra hverandre for hver registrerte muskel. Huden vil være forberedt på å redusere intra-elektrode impedans. Høyre og venstre øvre del av pectoralis (PEC), 6th intercostals (IC6), rectus abdominus (RA) og obliquus abdominus (OBL) muskler vil bli registrert. Jordelektroden vil bli plassert over akromion-prosessen. sEMG vil bli tatt opp med en Eclipse Neurological Workstation (Axon Systems Inc.). De innkommende sEMG-signalene vil bli forsterket med en forsterkning på 500, filtrert ved 30-1000 Hz og samplet ved 2000 Hz.

Ultralyd hjerteekografi: Standard venstre ventrikkelekkokardiogram i liggende hviletilstand vil bli tatt som måler endediastolisk diameter (Dd) og endesystolisk diameter (Ds). Ti påfølgende slag vil bli analysert og gjennomsnittet vil bli brukt for beregninger av hjertevolum (Q): Q= (Dd)3- (DS)3x HR 35.

Respirasjonsmuskeltrening:

Under treningsøkten vil forsøkspersonene sitte i sin personlige rullestol med en tilt på ca. 45° head-up. En terskelapparat for positivt ekspirasjonstrykk og en terskelinspirasjonsmuskeltrener med munnstykke med flens vil bli brukt for et område på 20 til 41 cm H2O. Disse enhetene vil bli satt sammen ved hjelp av en T-formet kontakt (Airlife 001504). Deltakerne vil bli instruert til å utføre maksimal inspiratorisk og ekspiratorisk innsats mot en trykkbelastning. Under inhalasjon vil forsøkspersonene bli instruert om å starte hvert pust fra restvolum (RV) og å opprettholde innsatsen til lungene føles fulle. Under utånding vil forsøkspersonene bli instruert om å puste fra total lungekapasitet og opprettholde innsatsen til lungene føles tomme. Deltakerne vil bli bedt om å trene 45 min. per dag, 5 dager per uke, i 4 uker. Treningen vil bli initiert med en belastning lik 20 % av deres individuelle PImax og PEmax med progressive økninger som tolereres opp til 40 % av deres baseline PImax eller PEmax. Målet vil være å få alle pasienter til å trene på 40 % av PImax & PEmax i løpet av den siste uken av treningen. En intervalltreningsprotokoll vil bli brukt med pasienter som utfører seks arbeidssett, 5 min. i varighet, atskilt med hvileintervaller på 1-3 min.. Et medlem av forskerteamet vil overvåke alle treningsøktene.

Foreløpige resultater viste at RMT vil øke FVC, FEV1, PImax og PEmax hos forsøkspersoner sammenlignet med verdier før trening. Den største effekten forventes for ekspiratoriske verdier (FEV1 og PEmax). En grunn til dette kan være det faktum at ekspirasjonsfunksjonen, den mest begrensede etter SCI, har større vindu for endring. Resultatene våre viste at gjennomsnittlig økning på 8-9 % med en prøvestørrelse på 24-26 pasienter kunne avsløre en signifikant forskjell med en styrke på 80-86 % i alle spirometriske verdier.

Mål 2. Forbedring i BP og mekanismer assosiert med blodtrykksendringer ble vurdert ved å bruke lavfrekvente komponenten av effektspektral tetthet av systolisk (SBP) og diastolisk (DBP) blodtrykksverdier og mengde katekolaminer målt i blodnivåer. Basert på foreløpige funn forventes det små endringer i de hvilende BP-verdiene etter trening. Etter trening forventes imidlertid økningen i SBP når posisjonen endres til sit-up å være sterk med lav variasjon. Beregningene viste at selv med n=20 vil effekten være 84 % og når n=24 vil den økes til 94 %. Endringer i DBP forventes å være lavere med kraft på 80 % for n=24. Lignende verdier ble oppnådd når lavfrekvente modulasjoner av SBP og DBP ble analysert.

I følge denne analysen vil antall forsøkspersoner fra 20 til 24 resultere i betydelig økning med 87 % kraft. Effektiviteten og følsomheten til barorefleksen ble begge forbedret etter trening i den foreløpige studien. Etter trening, som svar på ortostatisk stress, ble det oppnådd en betydelig økning i barorefleksrespons, og en kraft på 83 % vil resultere med en prøvestørrelse på 24. Baroreflex-følsomheten viste mye høyere variasjon. Hvis variabiliteten forblir høy i den foreslåtte studien, er muligheten for å oppnå en signifikant forskjell fra før til etter trening 83 % med en prøvestørrelse på 28 pasienter.

Imidlertid er en reduksjon i variabilitet svært sannsynlig med en større utvalgsstørrelse og kraften øker til 86 % med et utvalg på 24 pasienter med en 32 % reduksjon i variabilitet.

Basert på resultatene av test-re-test-registreringer i 10 SCI-personer, vil det matchede antallet utrente forsøkspersoner (n=12) være nok til å danne en kontrollgruppe. Avvikene fra gjennomsnittet ble funnet å være så lave at det ville være umulig å oppnå signifikans med en rimelig utvalgsstørrelse for denne gruppen.