Skelettmuskulatur neurovaskuläre Kopplung, Oxidative Kapazität und mikrovaskuläre Funktion mit "One Stop Shop" Nah-Infrarot-Spektroskopie

Die spezifischen Ziele dieses Experiments sind die nicht-invasive Beurteilung der oxidativen Kapazität der Skelettmuskulatur, die Beurteilung der Durchblutungsregulation der Skelettmuskulatur und die Messung der reaktiven Hyperämie. Diese Methoden können helfen, wichtige Fragen zur Pathophysiologie von Belastungsintoleranz und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu beantworten. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass wir die makro- und mikrovaskuläre Funktion und die oxidative Kapazität des Skeletts in jeder klinischen oder Laborumgebung nichtinvasiv beurteilen können.

Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, aufgrund der bedienerabhängigen Natur der Nahinfrarotspektroskopie Schwierigkeiten haben. Es ist wichtig, eine konsistente und genaue Platzierung der Sonde zu erreichen, da kleine Abweichungen von der optimalen Platzierung einen großen Einfluss auf die Signalqualität haben können. Beginnen Sie damit, den Probanden anzuweisen, sich mit den Beinen in eine LBNP-Kammer zu legen, so dass seine Gürtellinie ungefähr auf gleicher Höhe mit der Öffnung der LBNP-Box ist.

Platzieren Sie als Nächstes optimalerweise drei Elektrokardiogramm-Elektroden auf dem Probanden, zwei an einer unteren Stelle des Mittelklavikulars und eine auf der linken Seite des Probanden medial zum Beckenkamm. Um fortzufahren, platzieren Sie ein nicht-invasives Blutdruckmessgerät am dominanten Handgelenk des Probanden. Verwenden Sie richtig kalibrierte Finger-Blutdruckmanschetten.

Lege sie auf jeden Finger. Weisen Sie nun den Probanden an, einen HGD mit seiner nicht-dominanten Hand in einer leicht abduzierten Position zu greifen. Lassen Sie die Versuchsperson ihren Arm bequem auf dem Nachttisch positionieren und stellen Sie dann den Abstand und den Winkel des HGD ein, um eine optimale Griffkraft bei minimaler Armbewegung zu erzielen.

Befestigen Sie dann den HGD an einem Nachttisch. Messen Sie als Nächstes die maximale freiwillige Kontraktion des Probanden. Sagen Sie dem Teilnehmer, dass er den HGD so fest wie möglich zusammendrücken und nur die Muskeln in der Hand und im Unterarm verwenden soll.

Der Proband muss davon absehen, seine Oberarm-, Brust-, Schulter- oder Bauchmuskulatur zu rekrutieren. Führen Sie drei Messungen im Abstand von 60 Sekunden durch und notieren Sie die höchste ausgeübte Kraft. Legen Sie als Nächstes eine Schnellaufblasmanschette um den Oberarm der trainierenden Hand.

Verbinden Sie die Luftleitung vom Schnellaufblasregler mit der Manschette. Dann tasten Sie nach dem Flexor digitorum profundus und markieren Sie seine Ränder. Reinigen Sie dann die Haut über dem Muskel mit einem Alkoholvorbereitungstuch und platzieren Sie die NIR-Sonde über der Mitte des Bauches des Muskels.

Die korrekte Identifizierung des Flexor digitorum profundus ist entscheidend für die korrekte Platzierung der Nahinfrarotsonde. Weisen Sie den Probanden dazu an, einen leichten Griff auf dem Dynamometer durchzuführen, während er die vordere mediale Seite des Unterarms abtastet. Befestigen Sie die Sonde sicher am Unterarm und wickeln Sie sie mit einem dunklen Tuch ein, um Störungen durch Umgebungslicht zu minimieren.

Weisen Sie den Probanden nach Abschluss der Instrumentierung an, zwei Minuten lang still zu liegen und den anfänglichen Ausgangswert der Gewebesättigung vor dem Verschluss der Manschette aufzuzeichnen. Pumpen Sie dann die Oberarmmanschette fünf Minuten lang auf mindestens 30 Millimeter Quecksilbersäule über dem systolischen Wert auf. Es ist sehr wichtig, dass das Subjekt während aller Aufblasungen und Entleerungen der Manschette ruhig und entspannt ist, um Bewegungsartefakte zu minimieren.

Erfassen Sie nun den niedrigsten Wert der Gewebesättigung während des Manschettenverschlusses. Lassen Sie das Motiv nach dem Entleeren der Manschette zu den Ruhewerten zurückkehren. Sobald der Proband mindestens eine volle Minute lang eine Ruhebasis aufrechterhalten hat, weisen Sie ihn an, einen isometrischen Handgriff bei 50 % seiner maximalen freiwilligen Kontraktion zu drücken und beizubehalten.

Ermutigen Sie den Probanden, seine isometrische Kontraktion beizubehalten, bis das Gewebe um 50 % entsättigt ist. Sagen Sie dann dem Probanden, dass er seine Hand entspannen soll und dass keine Bewegung mehr erforderlich ist. Verabreichen Sie innerhalb von drei bis fünf Sekunden eine schnelle Verschlussserie der Manschette, die aus 18 Aufblasungen und Deflationen von immer längerer Dauer besteht. Weisen Sie den Probanden nach der 18. Staffel an, sich auszuruhen und so ruhig wie möglich zu bleiben.

Sobald die Sättigung für mindestens zwei Minuten wieder auf den Ausgangswert zurückgekehrt ist, wiederholen Sie die 18 Manschettenverschlüsse erneut. Instrumentieren Sie das Subjekt wie zuvor und versiegeln Sie das Subjekt in der LBNP-Kammer. Stellen Sie sicher, dass der Verschluss luftdicht ist.

Sammeln Sie dann, während der Proband still und in Ruhe liegt, drei Minuten lang Basisdaten. Schalten Sie nach drei Minuten das Vakuum ein, um den Kammerdruck um 20 bis 30 Millimeter Quecksilbersäule zu senken. Lassen Sie den Staubsauger zwei Minuten lang laufen, während Sie die Reaktion des Motivs überwachen.

Schalten Sie nach fünf Minuten das Vakuum aus und lassen Sie das Motiv drei Minuten ruhen. Initiieren Sie dann nach acht Minuten eine Sprachansage, die den Probanden durch eine rhythmische Handgriffübung mit maximal 20 % willkürlicher Kontraktion führt. Beobachten Sie, dass der Proband einen gleichmäßigen Druck von maximal 20 % beibehält und sich zwischen den Griffen vollständig entspannt.

Tun Sie dies bis zur 11-Minuten-Marke. Schalten Sie dann das Vakuum ein, während der Proband die Übung fortsetzt. Schalten Sie nach zwei Minuten das Vakuum aus und lassen Sie den Probanden die Übung für weitere zwei Minuten fortsetzen.

Wenn dies vorbei ist, lassen Sie das Motiv ruhig ruhen und liegen bleiben. Die NIRS-abgeleitete Bewertung der oxidativen Kapazität der Skelettmuskulatur umfasst ein Gewebesättigungsprofil während eines fünfminütigen Protokolls zum Verschluss der arteriellen Manschette, einer Handgriffübung und eines intermittierenden arteriellen Verschlusses während der Erholung von der Belastung. Das erwartete Gewebeentsättigungs-Wiedersättigungsprofil zeigt, dass während der intermittierenden arteriellen Verschlüsse während der Erholungsphase die Entsättigungsrate direkt proportional zur Rate des Muskelsauerstoffverbrauchs ist.

Die berechneten Daten zur Wiederherstellung des Muskelsauerstoffverbrauchs sollten zu einer monoexponentiellen Kurve passen und die Erholungszeitkonstante ableiten. Das NIRS-abgeleitete reaktive Hyperämieprofil bietet wertvolle Einblicke in die vaskuläre Reaktivität, und der Test ist leicht anpassbar und klinisch aussagekräftig. Bei einem gesunden Kontrollsubjekt wird die reflexartige Abnahme der Muskelsauerstoffversorgung um etwa 50 % abgeschwächt, wenn LBNP mit einem leichten Handgriff überlagert wird. Das Versäumnis, die sympathische Nervenaktivität während des Trainings zu dämpfen, stört das Gleichgewicht zwischen Sauerstoffzufuhr und -verwertung und verursacht funktionelle Muskelischämie.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die nicht-invasive oxidative Kapazität der Skelettmuskulatur, die reaktive Hyperämie und die funktionelle Sympatholyse mit der kommerziell erhältlichen Nahinfrarotspektroskopie beurteilen können. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, den Probanden zu ermöglichen, sich zwischen den einzelnen Reizen angemessen zu erholen. Sobald diese Datenerfassung gemeistert ist, kann sie in 60 Minuten oder weniger abgeschlossen werden.

Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Methoden wie die diffuse Korrelationsspektroskopie zur Beurteilung der mikrovaskulären Perfusion integriert werden, um weitere mechanistische Einblicke in die Sauerstoffzufuhr und -nutzung der Skelettmuskulatur zu erhalten.