健康和疾病中的心肺和右心室功能

为完成特定目标 1-2，协议将相同。 具体目标 1 涉及分析上文定义的 HFrEF 患者；具体目标 2 涉及分析上文定义的 HFpEF 患者。 针对特定目标 3（耐力运动员的分析）的协议包含与针对特定目标 1-2 描述的协议不同的协议。

对于 HFrEF 和 HFpEF 患者（特定目标 1-2）：将进行单次就诊进行检测。 这次访问将涉及使用 Swan-Ganz 导管对血液动力学进行基线评估，然后使用提供实时 RV PV 环路的高保真电导导管进行侵入性运动测试。 Swan-Ganz 导管是一种 7-French 柔性导管，通常用于临床和研究目的的血液动力学评估（我们目前将此导管用于 COMIRB #16-1635 和 COMIRB #17-1042）。 该导管的目的是确定基线血流动力学参数（用“外行人的术语”来描述左侧和右侧的充盈压力，以及肺部压力），并确定静息心输出量。 获得这些测量值后，将插入和移除 Swan-Ganz 导管 - 预计此过程将需要 10-15 分钟。 这项研究的主要研究者 Cornwell 博士在临床和研究环境中经常执行这些程序，并将使用标准技术插入导管。 超声引导将用于识别插入导管的右侧颈内静脉，荧光检查将用于引导导管的放置以进行血液动力学监测。

完成基线血液动力学评估后，将移除 Swan-Ganz 导管。 此后，高保真电导导管将使用标准技术插入 RV。 该导管也是一种 7-French 柔性导管（目前用于 COMIRB #17-1042），尖端有一个压力计，以及几个连续测量心室体积的电导电极 - 通过连续记录压力变化和在整个心动周期中，导管会产生“PV 环”。 这些导管提供的信息是标准 Swan-Ganz 导管所不具备的（请参阅上面列出的结果测量）。 插入电导导管后，将使用无菌技术和超声引导将动脉管线放置在左侧或右侧桡动脉中。 该导管的目的有两个：1) 提供运动期间血压的黄金标准评估；和 2) 测量动脉血氧饱和度以根据 Fick 方程计算心输出量。 基线血流动力学评估将包括在自主呼吸期间监测约 5 分钟，然后以受控呼吸频率（每分钟 12 次）呼吸约 6 分钟，这允许在控制影响后确定短期血压变异性呼吸变化，然后是 Valsalva 动作和血管舒缩反应（吸气屏气 30 秒）。

在插入电导导管、动脉导管并采集基线数据后，患者将被放置在直立式自行车测力计上。 如果患者无法进行直立运动，将使用仰卧测力计。 然后，患者将在模拟真实场景/日常生活正常活动的两个次最大工作负荷（低于他们的通气阈值）下完成锻炼，然后进行峰值锻炼。 要获得次最大数据，自行车上的工作负载将从 0 瓦开始。 每 1-2 分钟，工作量将稳步增加，通常以 12.5-25 瓦特的增量增加，直到患者表明感知运动率 (RPE) 得分为 7-9（6-20 分制）。 24 此工作负荷将对应于“温和”运动或稳态 1。工作负荷将保持在该水平大约 4-5 分钟，在此期间将获得血液动力学数据。 此后，工作量将再次以 12.5-25 瓦的增量增加，直到参与者表示 RPE 分数为 11-13.24 此工作负荷将对应于“中等”运动或稳态 2。工作负荷将保持在该水平大约 4-5 分钟，在此期间将获得血液动力学数据。 然后将给患者分配 5-10 分钟的休息时间。 休息后，患者将完成症状限制的心肺运动测试，工作负荷将从 0 瓦开始，通常每 1-2 分钟以 12.5-25 瓦的增量增加，直到筋疲力尽。 血流动力学数据将被持续记录，最终数据将在达到的峰值工作量时获得。 该协议将允许在五个不同位置采集数据：1）仰卧休息； 2）直立休息； 3) 稳态 1，或“温和”运动； 4) 稳态 2，或“适度”运动； 5）高峰运动。 将在每个阶段收集血液样本：将测试血液的动脉和静脉血氧饱和度水平（以计算 Fick 心输出量），以及通过手指采血的静脉/毛细血管乳酸水平。 乳酸水平将用于评估参与者在每个运动阶段的工作努力（作为“经验法则”，次最大运动水平的相关乳酸水平低于 4 毫摩尔/升。 将在仰卧休息位置获得全血细胞计数以确定血红蛋白浓度，这将用于计算运动所有阶段的 Fick 心输出量。 研究完成后，患者将恢复仰卧位并去除器械。 该协议与作为 COMIRB #16-1635 和 #17-1042 的一部分使用的协议非常相似；根据我们对这些协议的经验，预计这项研究将持续大约 4-5 小时。

对于耐力运动员（特定目标 3）：这项研究将进行两次访问：

• 第 1 次访视：基线评估：这次访视将包括知情同意、研究登记、病史和身体检查，然后是无创心肺运动试验 (CPET) 和负荷超声心动图。 CPET 将按以下方式进行：将进行静息超声心动图评估心脏结构和功能并排除任何结构性疾病。 然后，运动员将完成症状受限的 CPET，测力计上的工作负荷将从 0 瓦开始，然后每 1-2 分钟增加大约 50 瓦的增量，直到筋疲力尽。 测试完成后，将立即重复超声心动图以评估峰值运动时的室壁运动和心脏结构。 在此测试期间，心率 (HR) 和心律以及血压 (BP) 将持续进行无创监测。 如果在此期间检测到任何异常，患者将被排除在进一步测试之外。 测试结果将与参与者沟通。

• 访问 2：“比赛日”。 在测试的这一天，参与者将在测试之前和之后立即完成非对比心脏 MRI。 测试将包括完成 180 公里自行车比赛（铁人三项比赛中自行车部分的距离）22 的计时赛。

  • 基线心脏 MRI：评估基线心脏结构和功能。 这将在 Anschutz 医学园区的脑成像中心完成。
  • 测试：完成心脏 MRI 后，参与者将被护送到实验室进行测试。 运动员将使用标准技术（如上所述）插入 Swan-Ganz 导管。 将获得基线血液动力学评估以确定左侧和右侧充盈压以及心输出量。 还将获得自发和受控的呼吸，以及 Valsalva 动作和血管舒缩反应。 在此评估之后，将移除 Swan-Ganz 导管并插入电导导管以获得 RV PV 环路。 将获得仰卧静息循环。 此后，运动员将被安置在直立自行车上。 然后，参与者将完成计时赛（即，我们将记录完成活动所需的时间）。 所有参赛者的距离都相同，为 180 公里（铁人三项比赛中自行车部分的距离）22。 参赛者将被指示以他们感到舒适并与他们典型的比赛节奏相适应的节奏完成比赛。 骑行期间的休息时间将根据运动员的要求分配。 将根据运动员的要求分配食物和饮料/零食（目标是模拟真实世界的比赛日场景）。 活动期间，将持续记录心率和心律以及血压。 RV PV 回路，以及通过间接量热法进行的气体交换指标，将在活动期间每 30 分钟连续分析和记录一次。 比赛结束后，运动员将恢复仰卧位，并完成赛后血液动力学评估。 这将包括从电导导管获取静息 RV PV 环路，然后重新插入 Swan-Ganz 导管以进行自主和控制呼吸，以及 Valsalva 动作和血管舒缩反应。 然后参与者将被解除仪器并完成测试阶段。 根据我们执行类似评估的经验，再加上完成 180 公里自行车赛的典型骑行时间，预计该测试将需要约 6 小时才能完成。
  • 测试后心脏 MRI：评估测试完成后的心脏结构和功能。