Kardiopulmonal og høyre ventrikkelfunksjon i helse og sykdom

For fullføring av spesifikke mål 1-2 vil protokollen være identisk. Spesifikt mål 1 innebærer analyse av pasienter med HFrEF som definert ovenfor; spesifikt mål 2 involverer analyse av pasienter med HFpEF som definert ovenfor. Protokollen for spesifikke mål 3 (analyse av utholdenhetsutøvere) inneholder en annen protokoll enn den som er beskrevet for spesifikke mål 1-2.

For HFrEF- og HFpEF-pasienter (spesifikke mål 1-2): Det vil være ett enkelt besøk for testing. Dette besøket vil innebære en baselinevurdering av hemodynamikk ved bruk av et Swan-Ganz-kateter, etterfulgt av invasiv treningstesting med et high-fidelity konduktanskateter, som gir sanntids RV PV-løkker. Swan-Ganz kateteret er et 7-fransk fleksibelt kateter som rutinemessig brukes til hemodynamisk vurdering for kliniske og forskningsformål (vi bruker for tiden dette kateteret for COMIRB #16-1635, og COMIRB #17-1042). Hensikten med dette kateteret er å bestemme baseline hemodynamiske parametere (i "lekmannstermer", for å beskrive venstre- og høyresidige fyllingstrykk, samt trykk i lungene), og å bestemme hvilende hjertevolum. Swan-Ganz kateteret vil bli satt inn og fjernet etter å ha oppnådd disse målingene - det er forventet at denne prosedyren vil ta 10-15 minutter. Hovedetterforskeren for denne studien, Dr. Cornwell, utfører rutinemessig disse prosedyrene i både kliniske og forskningsmiljøer, og vil bruke standardteknikker for kateterinnsetting. Ultralydveiledning vil bli brukt for å identifisere høyre indre halsvene, hvor kateteret settes inn, og fluoroskopi vil bli brukt for å veilede plassering av kateteret for hemodynamisk overvåking.

Etter fullføring av den hemodynamiske baseline-vurderingen, vil Swan-Ganz-kateteret bli fjernet. Deretter vil high-fidelity-konduktanskateteret settes inn i bobilen ved bruk av standardteknikker. Dette kateteret er også et 7-fransk fleksibelt kateter (brukes for tiden for COMIRB #17-1042) som har et trykkmanometer på spissen, sammen med flere konduktanselektroder som kontinuerlig måler volum i ventrikkelen - ved kontinuerlig å registrere endringer i trykk og volum gjennom hele hjertesyklusen, genererer kateteret "PV-sløyfen". Disse katetrene gir informasjon som ikke er tilgjengelig med standard Swan-Ganz katetre (se utfallsmålene oppført ovenfor). Etter innføring av konduktanskateteret vil en arteriell linje plasseres i enten venstre eller høyre radial arterie, ved bruk av steril teknikk og med ultralydveiledning. Hensikten med dette kateteret er todelt: 1) å gi en gullstandard vurdering av BP under trening; og 2) å måle arteriell oksygenmetning for å beregne et hjerteutgang fra Fick-ligningen. Baseline hemodynamisk vurdering vil innebære overvåking i ca. 5 minutter under spontan pusting, etterfulgt av ca. 6 minutter med pusting med en kontrollert respirasjonsfrekvens (12 ganger per minutt), som gjør det mulig å bestemme kortvarig blodtrykkvariasjon etter kontroll for effekten av respirasjonsvariasjon, etterfulgt av Valsalva-manøver og vasomotorisk reaktivitet (inspiratorisk pusthold i 30 sekunder).

Etter innsetting av konduktanskateteret, arteriekateteret og innhenting av baselinedata, vil pasienten bli plassert på et oppreist syklusergometer. I tilfelle pasienten ikke er i stand til å utføre oppreist trening, vil et liggende ergometer bli brukt. Pasienten vil deretter fullføre trening ved to submaksimale arbeidsbelastninger (under deres ventilasjonsterskel) som simulerer virkelige scenarier/normale aktiviteter i dagliglivet, etterfulgt av maksimal trening. For å få submaksimale data vil arbeidsbelastningen på sykkelen begynne på 0 watt. Hvert 1.-2. minutt vil arbeidsbelastningen økes jevnt, vanligvis i intervaller på 12,5-25 watt, inntil pasienten indikerer at rate-of-perceived anstrengelse (RPE)-poengsum er 7-9, på en 6-20-punkts skala. 24 Denne arbeidsbelastningen vil tilsvare "mild" trening, eller steady-state 1. Arbeidsbelastningen vil bli holdt på dette nivået i ca. 4-5 minutter, i løpet av denne tiden vil hemodynamiske data innhentes. Deretter vil arbeidsbelastningen igjen økes i trinn på 12,5-25 watt til deltakeren indikerer at RPE-skåren er 11-13,24 Denne arbeidsbelastningen vil tilsvare en "moderat" trening, eller steady-state 2. Arbeidsbelastningen vil bli holdt på dette nivået i ca. 4-5 minutter, i løpet av denne tiden vil hemodynamiske data innhentes. Pasienten får da en pause på 5-10 minutter. Etter pausen vil pasienten gjennomføre en symptombegrenset kardiopulmonal treningstest, hvor arbeidsbelastningen vil begynne ved 0 watt, og generelt øke hvert 1-2 minutt i intervaller på 12,5-25 watt inntil utmattelse. Hemodynamiske data vil bli registrert kontinuerlig, og endelige data vil bli innhentet ved den maksimale arbeidsbelastningen som er oppnådd. Denne protokollen vil tillate innhenting av data ved fem forskjellige posisjoner: 1) liggende hvile; 2) oppreist hvile; 3) steady-state 1, eller "mild" trening; 4) steady-state 2, eller "moderat" trening; og 5) topptrening. Blodprøver vil bli samlet på hvert av disse stadiene: blod vil bli testet for arterielle og venøse oksygenmetningsnivåer (for å beregne en Fick-hjertevolum), samt et venøst/kapillært melkesyrenivå med fingerstikk. Melkesyrenivåer vil bli brukt til å vurdere deltakerens arbeidsinnsats på hvert trinn av treningen (som en "tommelfingerregel", submaksimale treningsnivåer har et tilhørende melkesyrenivå på under 4mmol/L. En fullstendig blodtelling vil bli oppnådd i liggende hvilestilling for å bestemme hemoglobinkonsentrasjonen, som vil bli brukt til å beregne Fick-hjertevolum under alle stadier av treningen. Etter fullføring av studien vil pasienten bli returnert til liggende stilling og de-instrumentert. Denne protokollen er veldig lik protokoller som brukes som en del av COMIRB #16-1635 og #17-1042; basert på vår erfaring med disse protokollene, er det forventet at denne studien vil vare ca. 4-5 timer.

For utholdenhetsutøvere (spesifikt mål 3): Det vil være to besøk for denne studien:

• Besøk 1: Grunnlinjevurdering: dette besøket vil inkludere informert samtykke, studieregistrering, historie og fysisk, etterfulgt av en ikke-invasiv kardiopulmonal treningstest (CPET) med stressekkokardiografi. CPET vil bli utført på følgende måte: et hvileekkokardiogram vil bli utført for å vurdere hjertestruktur og funksjon og utelukke enhver strukturell sykdom. Utøveren vil deretter gjennomføre en symptombegrenset CPET, hvor arbeidsbelastningen på ergometeret vil starte på 0 watt, og øke med ca. 50 watt trinn hvert 1-2 minutt frem til utmattelse. Umiddelbart etter fullføring av testen, vil ekkokardiografi bli gjentatt for å vurdere veggbevegelse og hjertestruktur ved maksimal trening. Under denne testen vil hjertefrekvens (HR) og rytme, samt blodtrykk (BP) kontinuerlig overvåkes ikke-invasivt. I tilfelle det oppdages abnormiteter i løpet av denne tidsperioden, vil pasienten bli ekskludert fra videre testing. Resultatene av testen vil bli kommunisert med deltakeren.

• Besøk 2: "Race-Day". På denne testdagen vil deltakerne gjennomføre en hjerte-MR uten kontrast før og umiddelbart etter testing. Testing vil inkludere en tidsbestemt prøveperiode for gjennomføring av en 180 km sykkelbegivenhet (distansen til sykkeldelen av et Ironman-arrangement)22.

  • Baseline hjerte-MR: for å evaluere baseline hjertestruktur og funksjon. Dette vil bli fullført i Brain Imaging Center på Anschutz Medical Campus.
  • Testing: etter fullført hjerte-MR vil deltakerne bli eskortert til laboratoriet for testing. Idrettsutøvere vil gjennomgå innsetting av et Swan-Ganz-kateter ved bruk av standardteknikker (som beskrevet ovenfor). Baseline hemodynamisk vurdering vil bli innhentet for å bestemme venstre- og høyresidige fyllingstrykk, samt hjertevolum. Spontan og kontrollert pust, samt Valsalva-manøver og vasomotorisk reaktivitet, vil også bli oppnådd. Etter denne vurderingen vil Swan-Ganz-kateteret fjernes og et konduktanskateter settes inn for å få RV PV-løkker. Ryggliggende hvileløkker vil bli anskaffet. Deretter vil utøveren plasseres på en oppreist sykkel. Deltakeren vil deretter fullføre en tidsbestemt prøveperiode (dvs. vi vil registrere tiden som kreves for å fullføre arrangementet). Distansen vil være lik for alle deltakere og vil være 180 km (distansen til sykkeldelen av en Ironman-konkurranse)22. Deltakerne vil bli bedt om å fullføre arrangementet i et tempo som de er komfortable med og er forenlig med deres typiske racingtempo. Pauser under sykling vil bli tildelt etter utøverens ønske. Mat og drikke/snacks vil bli tildelt på utøverens forespørsel (målet er å simulere et real-world race-day scenario). Under arrangementet vil HR og rytme, samt BP, bli registrert fortløpende. RV PV-sløyfer, samt gassutvekslingsmålinger via indirekte kalorimetri, vil bli analysert kontinuerlig og registrert hvert 30. minutt under arrangementet. Etter fullføring av arrangementet vil utøveren bli plassert tilbake i ryggleie, og hemodynamisk vurdering etter hendelsen vil bli fullført. Dette vil inkludere anskaffelse av hvilende RV PV-løkker fra konduktanskateteret, etterfulgt av gjeninnsetting av Swan-Ganz-kateteret for spontan og kontrollert pusting, samt en Valsalva-manøver og vasomotorisk reaktivitet. Deltakeren vil da bli de-instrumentert og testfasen fullført. Basert på vår erfaring med å utføre lignende vurderinger, kombinert med typiske sykkeltider for å fullføre 180 km sykkelbegivenheter, er det forventet at denne testen vil ta ~6 timer å fullføre.
  • Post-Test hjerte-MR: for å evaluere hjertestruktur og funksjon etter fullført test.