Kardiopulmonell och höger kammarfunktion vid hälsa och sjukdom

För att uppfylla specifika mål 1-2 kommer protokollet att vara identiskt. Specifikt mål 1 innefattar analys av patienter med HFrEF enligt definitionen ovan; specifikt mål 2 involverar analys av patienter med HFpEF enligt definitionen ovan. Protokollet för specifikt mål 3 (analys av uthållighetsidrottare) innehåller ett annat protokoll än det som beskrivs för specifika mål 1-2.

För HFrEF- och HFpEF-patienter (specifika mål 1-2): Det kommer att finnas ett enda besök för testning. Detta besök kommer att involvera en baslinjebedömning av hemodynamiken med hjälp av en Swan-Ganz-kateter, följt av invasiv träningstestning med en konduktanskateter med hög kvalitet, som tillhandahåller realtids RV PV-loopar. Swan-Ganz-katetern är en 7-fransk flexibel kateter som rutinmässigt används för hemodynamisk bedömning för kliniska och forskningsändamål (vi använder för närvarande denna kateter för COMIRB #16-1635 och COMIRB #17-1042). Syftet med denna kateter är att bestämma hemodynamiska baslinjeparametrar (i "lekmans termer", för att beskriva vänster- och högersidiga fyllningstryck, såväl som tryck i lungorna), och att bestämma hjärtminutvolymen i vila. Swan-Ganz-katetern kommer att föras in och tas bort efter att dessa mätningar har erhållits - det förväntas att denna procedur kommer att ta 10-15 minuter. Den primära utredaren för denna studie, Dr. Cornwell, utför rutinmässigt dessa procedurer i både kliniska och forskningsmiljöer, och kommer att använda standardtekniker för kateterinsättning. Ultraljudsvägledning kommer att användas för att identifiera den högra inre halsvenen, där katetern sätts in, och genomlysning kommer att användas för att styra placeringen av katetern för hemodynamisk övervakning.

Efter att den hemodynamiska baslinjen har slutförts kommer Swan-Ganz-katetern att tas bort. Därefter kommer högfientlig konduktanskatetern att föras in i husbilen med hjälp av standardtekniker. Denna kateter är också en 7-fransk flexibel kateter (används för närvarande för COMIRB #17-1042) som har en tryckmanometer på spetsen, tillsammans med flera konduktanselektroder som kontinuerligt mäter volymen i ventrikeln - genom att kontinuerligt registrera förändringar i tryck och volym genom hela hjärtcykeln, genererar katetern "PV-loopen". Dessa katetrar ger information som inte är tillgänglig med standard Swan-Ganz katetrar (se resultatmått som anges ovan). Efter införande av konduktanskatetern kommer en artärlinje att placeras i antingen den vänstra eller högra radiella artären, med hjälp av steril teknik och med ultraljudsledning. Syftet med denna kateter är tvåfaldigt: 1) att ge en guldstandardbedömning av blodtrycket under träning; och 2) att mäta arteriell syremättnad för att beräkna en hjärtminutvolym från Fick-ekvationen. Baslinje hemodynamisk bedömning kommer att involvera övervakning i cirka 5 minuter under spontan andning, följt av cirka 6 minuters andning vid en kontrollerad andningsfrekvens (12 gånger per minut), vilket möjliggör bestämning av kortvarig blodtrycksvariation efter kontroll av effekten av andningsvariation, följt av Valsalva-manöver och vasomotorisk reaktivitet (inspiratorisk andningshållning i 30 sekunder).

Efter införande av konduktanskatetern, artärkatetern och insamling av baslinjedata kommer patienten att placeras på en upprätt cykelergometer. I händelse av att patienten inte kan utföra upprätt träning kommer en rygglägesergometer att användas. Patienten kommer sedan att slutföra träningen med två submaximala arbetsbelastningar (under deras andningströskel) som simulerar verkliga scenarier/normala aktiviteter i det dagliga livet, följt av maximal träning. För att få submaximala data börjar arbetsbelastningen på cykeln vid 0 Watt. Var 1-2:e minut kommer arbetsbelastningen att ökas stadigt, vanligtvis i steg om 12,5-25 watt, tills patienten indikerar att frekvensen för upplevd ansträngning (RPE) är 7-9, på en 6-20-poängs skala. 24 Denna arbetsbelastning kommer att motsvara "mild" träning, eller steady-state 1. Arbetsbelastningen kommer att hållas på denna nivå i cirka 4-5 minuter, under vilken tid hemodynamiska data kommer att erhållas. Därefter kommer arbetsbelastningen igen att ökas i steg om 12,5-25 watt tills deltagaren indikerar att RPE-poängen är 11-13,24 Denna arbetsbelastning kommer att motsvara en "måttlig" träning, eller steady-state 2. Arbetsbelastningen kommer att hållas på denna nivå i cirka 4-5 minuter, under vilken tid hemodynamiska data kommer att erhållas. Patienten får sedan en paus på 5-10 minuter. Efter pausen kommer patienten att genomföra ett symtombegränsat kardiopulmonellt träningstest, varvid arbetsbelastningen börjar vid 0 watt och i allmänhet ökar var 1-2 minut i steg om 12,5-25 watt tills utmattning. Hemodynamiska data kommer att registreras kontinuerligt, och slutliga data kommer att erhållas vid den maximala arbetsbelastningen som uppnås. Detta protokoll kommer att tillåta insamling av data vid fem olika positioner: 1) ryggläge; 2) upprätt vila; 3) steady-state 1, eller "mild" träning; 4) steady-state 2, eller "måttlig" träning; och 5) topp träning. Blodprover kommer att samlas in i vart och ett av dessa stadier: blod kommer att testas för arteriella och venösa syremättnadsnivåer (för att beräkna en Fick-hjärtvolym), såväl som en venös/kapillär mjölksyranivå med fingerstick. Mjölksyranivåer kommer att användas för att bedöma deltagarens arbetsinsats vid varje träningsstadium (som en "tumregel", submaximala träningsnivåer har en tillhörande mjölksyranivå på under 4mmol/L. Ett fullständigt blodvärde kommer att erhållas i ryggläge för att bestämma hemoglobinkoncentrationen, vilket kommer att användas för att beräkna Fick hjärtminutvolym under alla stadier av träningen. Efter avslutad studie kommer patienten att återföras till ryggläge och avinstrumenteras. Detta protokoll är mycket likt protokoll som används som en del av COMIRB #16-1635 och #17-1042; baserat på vår erfarenhet av dessa protokoll, förväntas denna studie pågå i cirka 4-5 timmar.

För uthållighetsidrottare (specifikt mål 3): Det kommer att finnas två besök för denna studie:

• Besök 1: Baslinjebedömning: detta besök kommer att inkludera informerat samtycke, studieregistrering, historia och fysiskt, följt av ett icke-invasivt kardiopulmonellt träningstest (CPET) med stressekokardiografi. CPET kommer att utföras på följande sätt: ett viloekokardiogram kommer att utföras för att bedöma hjärtstruktur och funktion och utesluta eventuella strukturella sjukdomar. Idrottaren kommer sedan att genomföra en symtombegränsad CPET, varvid arbetsbelastningen på ergometern börjar på 0 watt och ökar med cirka 50-watts steg var 1-2 minut fram till utmattning. Omedelbart efter slutförandet av testet kommer ekokardiografi att upprepas för att bedöma väggrörelser och hjärtstruktur vid maximal träning. Under detta test kommer hjärtfrekvens (HR) och rytm, samt blodtryck (BP) att övervakas kontinuerligt icke-invasivt. I händelse av att några avvikelser upptäcks under denna tidsperiod kommer patienten att uteslutas från ytterligare testning. Resultaten av testet kommer att meddelas deltagaren.

• Besök 2: "Race-Day". På denna testdag kommer deltagarna att genomföra en icke-kontrasterande hjärt-MRT före och omedelbart efter testet. Testerna kommer att inkludera ett tidsbestämt prov för att slutföra en 180 km cykeltävling (sträckan för cykeldelen av en Ironman-tävling)22.

  • Baseline hjärt-MRT: för att utvärdera baslinje hjärtstruktur och funktion. Detta kommer att slutföras i Brain Imaging Center på Anschutz Medical Campus.
  • Testning: efter avslutad hjärt-MRT kommer deltagarna att eskorteras till laboratoriet för testning. Idrottare kommer att genomgå införande av en Swan-Ganz-kateter med standardteknik (enligt beskrivningen ovan). Baslinje hemodynamisk bedömning kommer att erhållas för att bestämma vänster- och högersidiga fyllningstryck, såväl som hjärtminutvolym. Spontan och kontrollerad andning, såväl som Valsalva-manöver och vasomotorisk reaktivitet, kommer också att erhållas. Efter denna bedömning kommer Swan-Ganz-katetern att tas bort och en konduktanskateter kommer att sättas in för att erhålla RV PV-slingor. Liggande viloöglor kommer att förvärvas. Därefter kommer idrottaren att placeras på en upprätt cykel. Deltagaren kommer sedan att slutföra en tidsbestämd testperiod (dvs. vi kommer att registrera den tid som krävs för att slutföra evenemanget). Distansen kommer att vara densamma för alla deltagare och kommer att vara 180 km (sträckan för cykeldelen av en Ironman-tävling)22. Deltagarna kommer att instrueras att genomföra evenemanget i en takt som de är bekväma med och är kompatibel med deras typiska racingtempo. Pauser under cyklingen kommer att tilldelas på idrottarens begäran. Mat och dryck/snacks kommer att tilldelas på idrottarens begäran (målet är att simulera ett realistiskt race-day scenario). Under evenemanget kommer HR och rytm, samt BP, att registreras kontinuerligt. RV PV-loopar, såväl som gasutbytesmått via indirekt kalorimetri, kommer att analyseras kontinuerligt och spelas in var 30:e minut under evenemanget. Efter avslutad tävling kommer idrottaren att placeras tillbaka i ryggläge och hemodynamisk bedömning efter evenemanget kommer att slutföras. Detta kommer att inkludera förvärv av vilande RV PV-slingor från konduktanskatetern, följt av återinsättning av Swan-Ganz-katetern för spontan och kontrollerad andning, samt en Valsalva-manöver och vasomotorisk reaktivitet. Deltagaren kommer sedan att de-instrumenteras och testfasen avslutas. Baserat på vår erfarenhet av att utföra liknande bedömningar, tillsammans med typiska cykeltider för att genomföra 180 km cykeltävlingar, förväntas det här testet ta ~6 timmar att genomföra.
  • Post-Test hjärt-MRT: för att utvärdera hjärtstruktur och funktion efter avslutat test.