Effekt av natriumnitroprussid på cerebralt blodflöde

Bakgrund Cerebral autoreglering anses allmänt bibehålla cerebralt blodflöde (CBF) om medelartärtrycket (MAP) är mellan 60 och 150 mmHg. Ändå är det kontroversiellt om det finns en platå för CBF. Således påverkas blodhastigheten i den mellersta cerebrala artären (MCA Vmean), som ett index för CBF, av farmakologiska förändringar i MAP mellan cirka 40-125 mmHg. Däremot påverkas inte blodflödet i halspulsådern av en måttlig minskning av blodtrycket.

Hjärnan försörjs av inre halspulsåder och kotartärer som har annan reglering med högre CO2-reaktivitet och större ortostatisk reduktion för den inre halspulsådern än kotartären. Den olika regleringen av de två artärerna kan återspegla högre sympatisk innervering av artärer som härrör från den inre halsartären än de i kotartären. Den inre halspulsådern kan bidra till cerebral autoreglering då kärlet vidgas under en måttlig minskning av MAP medan blodflödet i halspulsådern bibehålls. Den arteriella CO2-spänningen (PaCO2) är en viktig regulator av CBF och även underhåll av central blodvolym och hjärtminutvolym är viktigt för reglering av CBF. I den aktuella studien utvärderas blodflödet i halspulsådern och kotartären med hjälp av duplex ultraljud hos 20 friska män när MAP reduceras av natriumnitroprussid, en potent kortvarig vasodilaterare.

Syfte Syftet med studien är att utvärdera om CBF påverkas av 20% och 40% minskning av MAP av natriumnitroprussid. CO2-reaktiviteten hos de interna halspulsådrorna och vertebrala artärerna utvärderas för att kontrollera för hyperventilering under natriumnitroprussid-inducerad hypotoni. Vidare kommer studien att utvärdera huruvida förändringar i blodflödet i halspulsådern och kotartärerna med en 40 % minskning av MAP är olika och om artärerna har olika CO2-reaktivitet. Slutligen kommer studien att utvärdera om lutningen för den linjära regressionen av CBF och MAP är högre för utvärderingarna när MAP minskas med 40 % och 20 % än för utvärderingarna vid baslinjen och när MAP minskas med 20 %.

Hypoteser

• Natriumnitroprussid-inducerad minskning av MAP med 40 % minskar CBF
• Natriumnitroprussid-inducerad minskning av MAP med 20 % minskar CBF
• Natriumnitroprussid-inducerad minskning av MAP med 40 % orsakar en större relativ minskning av blodflödet i halspulsådern än i kotartären
• CO2-reaktiviteten hos den inre halspulsådern är högre än den hos vertebrala artären
• Lutningen för linjär regression av MAP och CBF vid utvärderingarna när MAP reduceras med 20 % och 40 % av natriumnitroprussid är högre än den för utvärderingarna vid baslinjen och när MAP reduceras med 20 %

Metoder Studien kommer att omfatta 20 friska män. Experimentet pågår i cirka tre timmar och försökspersonen måste vara fastande i minst 4 timmar, ha avstått från alkohol och koffein i 12 timmar och rigorös träning i 24 timmar. Innan experimentets start utvärderas de inre halspulsåderna och kotartärerna och i fall kärlen inte kan visualiseras, t.ex. på grund av hög carotisbifurkation kommer försökspersonen inte att kunna delta i studien. Försökspersonen vilar i ryggläge under hela studien.

Mätningar En kateter placeras i den radiella eller brachiala artären på den icke-dominanta armen för utvärdering av artärtryck och gasvariabler. Den totala volymen av blodprovet är mindre än 25 ml. En lång rad placeras i en kubital ven och förs till den subklavian venen för infusion av natriumnitroprussid. Artärtrycksmätningen används för utvärdering av slagvolym, hjärtminutvolym och totalt perifert motstånd genom modifierad pulskonturanalys. Hjärtfrekvensen utvärderas med elektrokardiogramledning II. Pannhudens syresättning och blodflöde utvärderas nära hårfästet med laserdopplerflödesmetri med en integrerad syresättningssensor på ett djup av 1-2 mm i ett område på cirka 9 mm^2. Syresättning av hjärn- och bicepsmuskler utvärderas med hjälp av nära-infraröd spektroskopi. Transkraniell Doppler används för att utvärdera MCA Vmean. Vid en konstant diameter av MCA, återspeglar förändringar i blodhastighet de för regional CBF, men diametern kan påverkas av förändringar i MAP och PaCO2.

Förändringar i central blodvolym utvärderas genom registrering av thorax elektrisk admittans. Central hemodynamik, MCA Vmean, elektrokardiogram och hudsyresättning och blodflöde registreras vid 100 hertz, cerebral och muskelsyresättning registreras vid 0,1 hertz, och thoracal admittans vid 0,25 hertz och sparas på en pc.

Blodflödet från den inre halspulsådern och kotartären utvärderas ensidigt på halsen med hjälp av duplex ultraljud. Utvärdering görs i longitudinell sektion 1-2 cm distalt från carotisbifurkationen och kotartären utvärderas mellan de transversella processerna av C2-5 med huvudet vänt ungefär 30⁰ mot den kontralaterala sidan. För att begränsa påverkan av ventilation görs två registreringar på cirka 20 s av båda artärerna på varje nivå av MAP och medelvärdet rapporteras. En frekvens på 8-12 megahertz används och förstärkningen ställs in så högt som möjligt medan kärlets lumen är ekofritt. Pulsvågsdoppler vid en stabil vinkel ≤ 60º bestämde den vinkelkorrigerade tidsgenomsnittliga maximala flödeshastigheten (TAVMAX), som motsvarar två gånger medelblodhastigheten. Diametern bedöms med hjälp av automatisk programvara för att spåra kärlväggen och blodflödet är: 0,125 * 60 * TAVMAX * π * diameter^2 och CBF är summan av det ensidiga interna carotis- och vertebrala artärblodflödet.

CO2-reaktiviteten för den inre halspulsådern och vertebrala artären är: förändring i blodflöde *100 / förändring i PaCO2 * baslinjeblodflöde med individuell linjär regression för utvärderingarna under normo-, hypo- och hyperkapni. CO2-reaktiviteten för MCA Vmean och cerebral syresättning utvärderas på liknande sätt och mätningar under natriumnitroprussidinfusion korrigeras för förändringar i PaCO2 från baslinjen med hjälp av CO2-reaktiviteten till hypokapni.

Procedur Baslinjeutvärdering i vila utförs minst 30 minuter efter placering av katetrar. Därefter utvärderas CO2-reaktiviteten under hypo- och hyperkapni i slumpmässig ordning. Hypokapni uppnås genom hyperventilering i 6 minuter för att provocera fram en 0,7-1,2 kilopascal (kPa) reduktion i PaCO2, och utvärderingen upprepas om minskningen av PaCO2 inte ligger inom detta intervall. Hyperkapni uppnås genom att andas 6% CO2 i 6 min.

Därefter infunderas natriumnitroprussid för att minska MAP med 20% (15%-25%) och 40% (35%-45% och minimalt MAP 50 mmHg vid en maximal infusionshastighet på 10 µg/(kg*min)). Natriumnitroprussid är en kortverkande, potent vasodilator som aktiverar guanylatcyklas direkt eller genom produktion av kväveoxid, vilket orsakar avslappning av glatta muskelceller i artärer och vener. Effekten av natriumnitroprussid uppnås inom 2 minuter och halveringstiden är 2 minuter varvid effekten är kortvarig. Natriumnitroprussid har ingen direkt effekt på CBF. Infusion av natriumnitroprussid sker med en elektronisk infusionspump, vid 0,25 µg/(kg*min) under en minut och ökas med 0,25 µg/(kg*min) varje minut. Effekten på MAP utvärderas varje minut innan infusionshastigheten ökas. När en nivå av MAP uppnås, bibehålls MAP i ytterligare en minut, varefter mätningar utförs under 2-3 min. När utvärderingar har gjorts på båda nivåerna av MAP reduceras infusionshastigheten gradvis för att undvika så kallad "rebound hypertension". Vid denna tidpunkt är experimentet avslutat och katetrar avlägsnas.

Statistik Försöksstorlek: I en liknande studie minskade natriumnitroprussid-inducerad minskning av MAP med 43 % CBF med 15 % efter korrigering för minskningen av PaCO2. En effektberäkning indikerar att minst 14 försökspersoner krävs för att upptäcka en 15 % minskning av CBF med en standardavvikelse på 18 % när MAP reduceras med 40 % av natriumnitroprussid med en 5 % signifikansnivå och en effekt på 80 %.