Czynności sercowo-płucne i prawej komory w zdrowiu i chorobie

Dla realizacji celów szczegółowych 1-2 protokół będzie identyczny. Cel szczegółowy 1 obejmuje analizę pacjentów z HFrEF jak zdefiniowano powyżej; cel szczegółowy 2 obejmuje analizę pacjentów z HFpEF, jak zdefiniowano powyżej. Protokół dla celu szczegółowego 3 (analiza sportowców wytrzymałościowych) zawiera inny protokół niż ten opisany dla celów szczegółowych 1-2.

Dla pacjentów z HFrEF i HFpEF (cele szczegółowe 1-2): Odbędzie się jedna wizyta w celu wykonania badań. Ta wizyta będzie obejmować wyjściową ocenę hemodynamiki za pomocą cewnika Swana-Ganza, a następnie inwazyjne testy wysiłkowe za pomocą cewnika o wysokiej wierności przewodnictwa, który zapewnia pętle RV PV w czasie rzeczywistym. Cewnik Swan-Ganz to elastyczny cewnik 7-francuski, który jest rutynowo używany do oceny hemodynamicznej do celów klinicznych i badawczych (obecnie używamy tego cewnika dla COMIRB nr 16-1635 i COMIRB nr 17-1042). Celem tego cewnika jest określenie podstawowych parametrów hemodynamicznych (w „laickim języku”, opisanie ciśnień napełniania po lewej i prawej stronie, a także ciśnień w płucach) oraz określenie spoczynkowego rzutu serca. Cewnik Swana-Ganza zostanie wprowadzony i usunięty po uzyskaniu tych pomiarów - przewiduje się, że procedura ta zajmie 10-15 minut. Główny badacz tego badania, dr Cornwell, rutynowo wykonuje te procedury zarówno w warunkach klinicznych, jak i badawczych, i będzie stosował standardowe techniki wprowadzania cewnika. Do identyfikacji prawej żyły szyjnej wewnętrznej, w której wprowadzany jest cewnik, zostanie wykorzystana kontrola ultrasonograficzna, a do umieszczenia cewnika w celu monitorowania hemodynamicznego zostanie wykorzystana fluoroskopia.

Po zakończeniu podstawowej oceny hemodynamicznej cewnik Swana-Ganza zostanie usunięty. Następnie cewnik o wysokiej przewodności zostanie wprowadzony do RV przy użyciu standardowych technik. Cewnik ten jest również giętkim cewnikiem 7-francuskim (obecnie używanym w COMIRB #17-1042), który ma na końcu manometr wraz z kilkoma elektrodami konduktancji, które w sposób ciągły mierzą objętość w komorze – poprzez ciągłe rejestrowanie zmian ciśnienia i objętości w całym cyklu pracy serca, cewnik generuje „pętlę PV”. Cewniki te dostarczają informacji, które nie są dostępne w przypadku standardowych cewników Swana-Ganza (patrz pomiary wyników wymienione powyżej). Po wprowadzeniu cewnika konduktancyjnego linia tętnicza zostanie umieszczona w lewej lub prawej tętnicy promieniowej, przy użyciu sterylnej techniki i pod kontrolą USG. Cel tego cewnika jest dwojaki: 1) zapewnienie złotego standardu oceny BP podczas ćwiczeń; oraz 2) do pomiaru nasycenia krwi tętniczej tlenem w celu obliczenia pojemności minutowej serca z równania Ficka. Wyjściowa ocena hemodynamiczna będzie obejmowała monitorowanie przez około 5 minut podczas oddychania spontanicznego, a następnie około 6 minut oddychania z kontrolowaną częstością oddechów (12 razy na minutę), co pozwala na określenie krótkoterminowej zmienności ciśnienia krwi po uwzględnieniu wpływu zmienność oddechu, po której następuje manewr Valsalvy i reaktywność naczynioruchowa (wstrzymanie oddechu na wdechu przez 30 sekund).

Po wprowadzeniu cewnika konduktancyjnego, cewnika tętniczego i uzyskaniu danych wyjściowych pacjent zostanie umieszczony na ergometrze rowerowym w pozycji pionowej. W przypadku, gdy pacjent nie jest w stanie wykonywać ćwiczeń w pozycji pionowej, zastosowany zostanie ergometr w pozycji leżącej. Następnie pacjent ukończy ćwiczenie przy dwóch submaksymalnych obciążeniach (poniżej progu wentylacji), które symulują rzeczywiste scenariusze/normalne czynności życia codziennego, po czym nastąpi szczytowy wysiłek. Aby uzyskać dane submaksymalne, obciążenie roweru rozpocznie się od 0 watów. Co 1-2 minuty obciążenie pracą będzie stopniowo zwiększane, na ogół o 12,5-25 watów, aż pacjent wskaże, że wskaźnik odczuwanego wysiłku (RPE) wynosi 7-9 w skali 6-20 punktów. 24 Obciążenie to będzie odpowiadało ćwiczeniom „łagodnym” lub stanowi stacjonarnemu 1. Obciążenie będzie utrzymywane na tym poziomie przez około 4-5 minut, podczas których zostaną uzyskane dane hemodynamiczne. Następnie obciążenie pracą będzie ponownie zwiększane w krokach co 12,5-25 W, aż uczestnik wskaże, że wynik RPE wynosi 11-13,24 Obciążenie to będzie odpowiadać ćwiczeniu „umiarkowanemu” lub w stanie stacjonarnym 2. Obciążenie będzie utrzymywane na tym poziomie przez około 4-5 minut, podczas których zostaną uzyskane dane hemodynamiczne. Następnie pacjent otrzymuje 5-10 minutową przerwę. Po przerwie pacjent wykona ograniczony do objawów test wysiłkowy krążeniowo-oddechowy, w którym obciążenie zaczyna się od 0 watów i generalnie wzrasta co 1-2 minuty w odstępach 12,5-25 watów, aż do wyczerpania. Dane hemodynamiczne będą rejestrowane w sposób ciągły, a ostateczne dane zostaną uzyskane po osiągnięciu szczytowego obciążenia pracą. Protokół ten pozwoli na akwizycję danych w pięciu różnych pozycjach: 1) leżenie na wznak; 2) pionowy odpoczynek; 3) ćwiczenie w stanie stacjonarnym 1 lub „łagodne”; 4) ćwiczenie w stanie stacjonarnym 2 lub „umiarkowane”; oraz 5) ćwiczenia szczytowe. Próbki krwi będą pobierane na każdym z tych etapów: krew będzie badana pod kątem poziomu nasycenia tlenem krwi tętniczej i żylnej (w celu obliczenia pojemności minutowej serca Ficka), a także poziomu kwasu mlekowego żylnego/włośniczkowego za pomocą opuszka palca. Poziomy kwasu mlekowego zostaną wykorzystane do oceny wysiłku uczestnika na każdym etapie ćwiczeń (zgodnie z ogólną zasadą, submaksymalne poziomy ćwiczeń mają powiązany poziom kwasu mlekowego poniżej 4 mmol/L. Pełna morfologia krwi zostanie uzyskana w pozycji spoczynkowej na plecach w celu określenia stężenia hemoglobiny, które zostanie wykorzystane do obliczenia pojemności minutowej serca Ficka podczas wszystkich etapów ćwiczeń. Po zakończeniu badania pacjent zostaje ponownie ułożony w pozycji leżącej i pozbawiony instrumentów. Ten protokół jest bardzo podobny do protokołów używanych jako część COMIRB #16-1635 i #17-1042; na podstawie naszych doświadczeń z tymi protokołami przewiduje się, że badanie to potrwa około 4-5 godzin.

Dla sportowców wytrzymałościowych (cel szczegółowy 3): W ramach tego badania odbędą się dwie wizyty:

• Wizyta 1: ocena wyjściowa: ta wizyta obejmuje świadomą zgodę, włączenie do badania, wywiad i badanie fizykalne, a następnie nieinwazyjny test wysiłkowy (CPET) z echokardiografią wysiłkową. CPET zostanie przeprowadzony w następujący sposób: zostanie wykonany spoczynkowy echokardiogram w celu oceny budowy i funkcji serca oraz wykluczenia jakiejkolwiek choroby strukturalnej. Następnie sportowiec wykona CPET z ograniczeniem objawów, przy czym obciążenie ergometru rozpocznie się od 0 watów i będzie wzrastać o około 50 watów co 1-2 minuty, aż do wyczerpania. Natychmiast po zakończeniu testu echokardiografia zostanie powtórzona w celu oceny ruchu ścian i struktury serca w szczytowym momencie wysiłku. Podczas tego testu tętno (HR) i rytm, a także ciśnienie krwi (BP) będą stale i nieinwazyjnie monitorowane. W przypadku wykrycia jakichkolwiek nieprawidłowości w tym okresie pacjent zostanie wykluczony z dalszych badań. Wyniki testu zostaną przekazane uczestnikowi.

• Wizyta 2: „Dzień wyścigu”. W tym dniu badania uczestnicy wykonają MRI serca bez kontrastu przed badaniem i bezpośrednio po nim. Testy będą obejmowały jazdę na czas w celu pokonania dystansu 180 km (dystans części rowerowej zawodów Ironman)22.

  • Wyjściowy MRI serca: do oceny wyjściowej struktury i funkcji serca. Zostanie to zakończone w Centrum Obrazowania Mózgu w Kampusie Medycznym Anschutz.
  • Testowanie: po zakończeniu rezonansu magnetycznego serca uczestnicy zostaną odprowadzeni do laboratorium w celu przeprowadzenia testów. Sportowcy zostaną poddani wprowadzeniu cewnika Swana-Ganza przy użyciu standardowych technik (jak opisano powyżej). Uzyskana zostanie wyjściowa ocena hemodynamiczna w celu określenia ciśnienia napełniania po lewej i prawej stronie, a także pojemności minutowej serca. Uzyskany zostanie również spontaniczny i kontrolowany oddech, a także manewr Valsalvy i reaktywność naczynioruchowa. Po tej ocenie cewnik Swana-Ganza zostanie usunięty i wprowadzony zostanie cewnik przewodnictwa w celu uzyskania pętli RV PV. Nabyte zostaną pętle spoczynkowe na wznak. Następnie zawodnik zostanie umieszczony na wyprostowanym rowerze. Następnie uczestnik przejdzie próbę czasową (tzn. zapiszemy czas potrzebny do ukończenia wydarzenia). Dystans będzie taki sam dla wszystkich uczestników i wyniesie 180 km (dystans części kolarskiej zawodów Ironman)22. Uczestnicy zostaną poinstruowani, aby ukończyć zawody w tempie, które im odpowiada i jest zgodne z ich typowym tempem wyścigowym. Przerwy podczas jazdy na rowerze będą przyznawane na prośbę zawodnika. Jedzenie i napoje/przekąski będą przydzielane na prośbę zawodnika (celem jest symulacja rzeczywistego scenariusza dnia wyścigu). Podczas zdarzenia tętno i rytm, a także ciśnienie będą rejestrowane w sposób ciągły. Pętle fotowoltaiczne RV, a także metryki wymiany gazowej za pomocą kalorymetrii pośredniej będą analizowane w sposób ciągły i rejestrowane co 30 minut podczas wydarzenia. Po zakończeniu zawodów sportowiec zostanie ponownie umieszczony w pozycji leżącej i zakończona zostanie ocena hemodynamiczna po zakończeniu zawodów. Obejmuje to pobranie spoczynkowych pętli RV PV z cewnika konduktancyjnego, a następnie ponowne wprowadzenie cewnika Swana-Ganza w celu spontanicznego i kontrolowanego oddychania, a także manewr Valsalvy i reaktywność naczynioruchową. Następnie uczestnik zostanie pozbawiony instrumentów i faza testu zostanie zakończona. W oparciu o nasze doświadczenie w przeprowadzaniu podobnych ocen, w połączeniu z typowymi czasami jazdy na rowerze do pokonania 180-kilometrowych imprez rowerowych, przewiduje się, że ukończenie tego testu zajmie około 6 godzin.
  • MRI serca po teście: w celu oceny struktury i funkcji serca po zakończeniu testu.