Mekanismer för arteriell hypotension vid kronisk ryggmärgsskada

Metoder & procedurer

Screeningsspirometri kommer att utföras med patienten sittande i sin personliga rullstol med BreezeSuite-systemet. Forcerad Vital Capacity (FVC) & Forcerad utandningsvolym på 1 sekund (FEV1) kommer att erhållas och uttryckas som procent av det förutsagda värdet för varje individ baserat på en databas med neurologiskt intakta individer utan kända lungbesvär som härleddes baserat på kön , ålder och längd. Tre acceptabla spirogram kommer att erhållas och resultatet av deras bästa försök kommer att användas.

Screening Ortostatiskt stresstest kommer att utföras på patienten placerad på hjärtstolen (Chair Hydraulics). Vänster hand kommer att placeras i en armsele och hållas i nivå med hjärtat under hela studien. Kontinuerligt slag-till-slag arteriellt blodtryck kommer att erhållas från en fingermanschett placerad runt vänster lång- eller pekfinger (Portapres-2) i ryggläge och när deltagarna flyttas till upprätt sittande läge. Rygglägen bibehålls i 15 min. & upprätt position bibehålls i 5 min. Baslinjevärden i ryggläge kommer att registreras under den senaste 5-minutersperioden precis innan den ändras till upprätt position. Detta test kommer att avbrytas om försökspersonerna blir yr i huvudet eller symtom på synkope.

Spirometri och andningsmuskelstyrketester: Standardspirometri kommer att utföras i sittande läge med hjälp av BreezeSuite System (MedGraphics). FVC & FEV1 kommer att erhållas. MP45-36-871-350 Differentialtrycksgivare med UPC 2100 PC-kort och programvara (Validyne Engineering) kommer att användas för att mäta det maximala inandningstrycket (PImax) och det maximala utandningstrycket (PEmax) i sittande läge. PImax kommer att mätas under maximal inandningsansträngning med början vid nästan restvolym och PEmax kommer att mätas under maximal expiratorisk ansträngning med början från nästan total lungkapacitet. Försökspersonerna kommer att uppmanas att använda ett trevägsventilsystem med gummislang som munstycke. Tryckmätaren har en läcka med en diameter på 1,5 mm för att förhindra glottisk stängning och för att minska buckal muskelbidrag under mätningar. Bedömningen kommer att kräva en skarp, kraftfull ansträngning i minst 2 sekunder. Det maximala trycket kommer att tas som det högsta värdet som upprätthölls under en sekund. Det maximala värdet från tre manövrar som varierade med mindre än 20 % kommer att beräknas i medeltal. Deltagarna kommer att få specifika instruktioner före testet och kommer att coachas muntligt under spirometri- och andningsmuskelstyrkemanövrarna.

Ortostatiskt stresstest:

Varje deltagare kommer att testas på morgonen i ett tyst, temperaturkontrollerat (~22o C) kardiovaskulärt laboratorium. Deras kost kommer att begränsas till att utesluta koffein, alkohol och livsmedel som innehåller mycket fett kvällen före och morgonen av studien. Deltagarna kommer att uppmanas att tömma sin urinblåsa innan studien påbörjas. Kontinuerlig arteriell BP kommer att förvärvas från en fingermanschett placerad runt vänster lång- eller pekfinger eller tumme (Portapres-2;). Vänster hand kommer att placeras i en armsele och hållas i nivå med hjärtat under hela studien. Manuella arteriella blodtrycksmätningar kommer att göras i början av den liggande kontrollperioden och i slutet av återhämtningsperioden med en digital blodtrycksmätare. Ett 3-avlednings-EKG kommer att placeras för EKG-övervakning. Kinematik för bröstkorg och buk (respiratorisk kinematik) kommer att förvärvas med hjälp av en induktiv pletysmograf. Baslinjeinspelning i 15 min. kommer att börja efter en 5-minuters viloperiod som kommer att följa ämnets förberedelser. Vid slutet av 15 minuters inspelning i ryggläge kommer deltagarna att passivt flyttas till upprätt sittande läge. Denna position kommer att bibehållas i 15 min. Detta test kommer att avbrytas om försökspersonerna blir yr i huvudet eller symtom på synkope. Hemodynamiska variabler kommer att inhämtas vid 1000 Hz med ML880 PowerLab System. EKG, SBP och DBP kommer att beräknas från kontinuerlig inspelning, och alla variabler kommer sedan att nedsamplas till 5Hz. Beat-to-beat SBP, DBP, RR-intervall & HR kommer också att beräknas från förvärvat kontinuerligt BP & EKG. Alla analyser kommer att göras med Matlab. Blodflödet i hjärtat kommer att mätas med hjärtultraljud med standardutrustning genom att placera en sensor ovanför hjärtat.

Katekolaminer i blod:

En fjärilskateter kommer att föras in i en antecubital ven under instrumentering för att möjliggöra uppsamling av blod utan ytterligare stress för deltagaren. Åtta milliliter venöst blod kommer att tas från en antecubital ven i slutet av 15 minuters ryggläge för att bedöma baslinjenivåerna av adrenalin och noradrenalin. Blodtagningen kommer att upprepas vid 3 & i slutet av 15 min. i upprätt läge för att bedöma snabba och stabila katekolaminers reaktioner på ortostatisk stress.

Baroreflex utvärdering: De sista 5 min. av data från varje position kommer att användas för ytterligare analys. Tidsserierna från slag till slag av SBP- och RR-intervall kommer att skannas för tre eller flera på varandra följande slag som oberoende innehåller ökande och minskande tryck (SBP+, SBP-) & RR-intervall (RR+, RR-) med minst 1 mmHg SBP, & 4 ms RR-intervalltrösklar. Om en identifierad SBP-sekvens följs av en identifierad RR-sekvens med fördröjning på noll, ett eller två slag, kommer dessa SBP- och RR-sekvenser att tilldelas som kopplade. Endast kopplade sekvenser med regressionskoefficient r>0,90 kommer att accepteras som baroreflexsekvenser (BRsq). Medellutningen för alla BRsq kommer att beräknas och tas som en uppskattning av baroreflexkänslighet (BRS, ms/mmHg). Antalet slag som är involverade i SBP-ramper och BRsq kommer att bestämmas vid varje tiltposition. Baroreflex effektivitetsindex (BEI) kommer att beräknas som förhållandet mellan det totala antalet BRsq och det totala antalet SBP-ramper.

sEMG-protokoll: Elektriska impulser har sitt ursprung i regulatoriska neuroner, bärs via motoriska nerver, överförs genom neuromuskulära förbindelser och sprider sig genom muskelmembran kan registreras med ytelektromyografi (sEMG). Detta fysiologiska test är ofta förlitat på under kliniska lungfunktionstestningar och i forskning, har visat sig vara en korrekt återspegling av den sammandragande styrkan i andningsmusklerna. Vi kommer att använda ett multimuskelt sEMG-baserat mått på motoreffekt från centrala nervsystemet registrerat under frivilliga motoriska uppgifter som försökts i ryggläge under strikt kontrollerade förhållanden som baserades på Brain Motor Control Assessment (BMCA) principer. Protokollet består av följande frivilliga manövrar följt av 5 min. av tyst andning: djupt andetag, PImax uppgift & PEmax uppgift. Varje manöver kommer att signaleras av en hörbar ton och upprepas tre gånger. PImax och PEmax under dessa uppgifter kommer att bibehållas i minst 5 sekunder. Luftvägstrycket kommer att registreras samtidigt med sEMG med hjälp av ett trevägsventilsystem med en tryckgivare enligt beskrivningen ovan. Yt-EMG-inspelningar kommer att utföras med ett par försänkta ytelektroder av FE9 silver-silverkloridlock (Grass Instruments, W Warwick, RI) centrerade över muskeln och placerade 3 cm från varandra för varje registrerad muskel. Huden kommer att förberedas för att minska impedansen inom elektroderna. Höger och vänster övre del av pectoralis (PEC), 6:e interkostalmusklerna (IC6), rectus abdominus (RA) och obliquus abdominus (OBL) muskler kommer att registreras. Jordelektroden kommer att placeras över akromionprocessen. sEMG kommer att spelas in med en Eclipse Neurological Workstation (Axon Systems Inc.). De inkommande sEMG-signalerna kommer att förstärkas med en förstärkning på 500, filtreras vid 30-1000 Hz och samplas vid 2000 Hz.

Ultraljudshjärtekografi: Standardekokardiogram från vänster kammare i liggande viloläge kommer att erhållas för att mäta den ändiastoliska diametern (Dd) och den slutsystoliska diametern (Ds). Tio slag i följd kommer att analyseras och medelvärdet kommer att användas för beräkningar av hjärtminutvolymen (Q): Q= (Dd)3- (DS)3x HR 35.

Andningsmuskelträning:

Under träningspasset kommer försökspersonerna att sitta i sin personliga rullstol med en lutning på cirka 45° head-up. En tröskelanordning för positivt utandningstryck och en tröskelinandningsmuskeltränare med munstycke med fläns kommer att användas för ett intervall på 20 till 41 cm H2O. Dessa enheter kommer att sättas ihop med en T-formad kontakt (Airlife 001504). Deltagarna kommer att instrueras att utföra maximala inandnings- och expiratoriska ansträngningar mot en tryckbelastning. Under inandning kommer försökspersonerna att instrueras att starta varje andetag från restvolym (RV) och att fortsätta ansträngningen tills deras lungor känns mätta. Under utandning kommer försökspersonerna att instrueras att andas från total lungkapacitet och fortsätta sin ansträngning tills lungorna känns tomma. Deltagarna kommer att uppmanas att träna 45 min. per dag, 5 dagar i veckan, i 4 veckor. Träningen kommer att inledas med en belastning lika med 20 % av deras individuella PImax & PEmax med progressiva ökningar som tolereras upp till 40 % av deras baslinje PImax eller PEmax. Målet kommer att vara att alla patienter ska träna på 40 % av PImax & PEmax under den sista veckan av träningen. Ett intervallträningsprotokoll kommer att användas med patienter som utför sex arbetsset, 5 min. i varaktighet, åtskilda av vilointervaller på 1-3 min.. En forskargruppsmedlem kommer att övervaka alla träningspass.

Preliminära resultat visade att RMT kommer att öka FVC, FEV1, PImax & PEmax hos försökspersoner jämfört med värden före träning. Den största effekten förväntas för expiratoriska värden (FEV1, & PEmax). En anledning till detta kan vara det faktum att expirationsfunktionen, den mest begränsade efter SCI, har ett större fönster för förändring. Våra resultat visade att en genomsnittlig ökning på 8-9% med en provstorlek på 24-26 patienter kunde avslöja en signifikant skillnad med en styrka på 80-86% i alla spirometriska värden.

Syfte 2. Förbättring av BP och mekanismer förknippade med blodtrycksförändringar utvärderades med hjälp av den lågfrekventa komponenten av effektspektraltäthet av systoliskt (SBP) & diastoliskt (DBP) blodtrycksvärden & mängd katekolaminer uppmätt i blodnivåer. Baserat på preliminära fynd förväntas små förändringar i de vilande BP-värdena efter träning. Efter träning förväntas dock ökningen av SBP när positionen ändras till sit-up vara stark med låg variabilitet. Beräkningarna visade att även med n=20 blir effekten 84% och när n=24 ökar den till 94%. Förändringar i DBP förväntas bli lägre med en effekt på 80 % för n=24. Liknande värden erhölls när lågfrekventa moduleringar av SBP och DBP analyserades.

Enligt denna analys kommer antalet försökspersoner från 20 till 24 att resultera i en betydande ökning med 87 % effekt. Effektiviteten och känsligheten hos baroreflexen förbättrades båda efter träning i förstudien. Efter träning, som svar på den ortostatiska stressen, erhölls en avsevärd ökning av baroreflex-känsligheten och en styrka på 83 % kommer att resultera med en provstorlek på 24. Baroreflex-känsligheten uppvisade mycket högre variabilitet. Om variabiliteten förblir hög i den föreslagna studien är kraften i att uppnå en signifikant skillnad från före till efter träning 83 % med en urvalsstorlek på 28 patienter.

En minskning i variabilitet är dock mycket sannolikt med en större urvalsstorlek och styrkan ökar till 86% med ett urval av 24 patienter med en 32% minskning i variabilitet.

Baserat på resultaten av test-re-test inspelningar i 10 SCI-ämnen, kommer det matchade antalet otränade försökspersoner (n=12) att vara tillräckligt för att bilda en kontrollgrupp. Avvikelserna från medelvärdena visade sig vara så låga att det skulle vara omöjligt att nå signifikans med en rimlig urvalsstorlek för denna grupp.