Tlakový test za studena u tetraplegie a paraplegie naznačuje nezávislú úlohu hrudnej miechy pri hemodynamických reakciách na chlad | miecha

Tlakový test za studena u tetraplegie a paraplegie naznačuje nezávislú úlohu hrudnej miechy pri hemodynamických reakciách na chlad | miecha

Anonim

abstraktné

Pozadie:

Aplikácia za studena do rúk (CAH) je u zdravých ľudí spojená so zvýšením srdcovej frekvencie (HR) a krvného tlaku (BP).

cieľ:

Študovať hemodynamické reakcie na CAH u ľudí po poraneniach miechy na rôznych úrovniach a skúmať vplyv integrity miechy na reakciu za studena.

design:

Experimentálna kontrolovaná štúdia.

nastavenia:

Laboratórium pre výskum miechy, Loewensteinova nemocnica, Raanana, Izrael.

predmety:

Trinásť zdravých jedincov, 10 pacientov s traumatickou T 4–6 paraplegiou a 11 pacientov s traumatickou C 4–7 tetraplegiou.

Hlavné výstupné opatrenia:

HR, BP, HR a BP spektrálne zložky (nízka frekvencia, LF; vysoká frekvencia, HF; LF / HF), rýchlosť toku krvi v mozgu (CBFV) a index cerebrovaskulárnej rezistencie (CVRi).

metódy:

Výsledné miery troch skupín pacientov monitorovaných na HR, BP a CBFV sa porovnávali od 5 minút pred do 5 minút po 40–150 s CAH. Zaznamenané signály boli digitalizované online a analyzované offline v časovej aj frekvenčnej oblasti.

výsledky:

Počas CAH sa HR a CVRi významne zvýšili vo všetkých skupinách pacientov ( P <0, 001) a BP u kontrolných subjektov a skupiny tetraplegie ( P <0, 01). Zvýšenie BP nebolo štatisticky významné u paraplegie a CBFV, HR LF, HR HF a BP LF sa významne nezmenili počas CAH v žiadnej skupine.

záver:

Účinok CAH v tetraplegii a potlačené zvýšenie BP v paraplegii, podporované ďalšími zisteniami, naznačujú príspevok nezávislého mechanizmu hrudnej miechy na reakciu chladného presorického systému.

úvod

Po aplikácii za studena do ruky (CAH) nasledujú reflexné autonómne javy a obvykle sa používajú ako „studený presorový test“ (CPT) na hodnotenie autonómneho nervového systému (ANS). U zdravých ľudí sa predpokladá, že aferentné signály chladného presorového reflexu sú sprostredkované nociceptormi a senzorickými nervovými vláknami pri nízkej teplote a že sú integrované do centrálneho nervového systému, najmä v hypotalame a vredovom vazomotorickom centre. Efektívna končatina chladnej presorickej odpovede je považovaná za sprostredkovanú vagovými a sympatickými nervami do srdca a do periférnych krvných ciev. 1

Tento mechanizmus sa zvyčajne prejavuje zrýchlením srdcového rytmu (HR) a zvýšením diastolického aj systolického krvného tlaku (BP) u zdravých ľudí, ktorí sledujú periférnu vazokonstrikciu a zvýšenie kontraktility srdca. Normálny vzostup je najmenej 10 mm Hg pre diastolický BP a 15 mm Hg pre systolický BP. Hemodynamický efekt CPT je maximálne 60 s po ponorení končatiny a väčšina ľudí považuje za mimoriadne bolestivé držať ruku v mraziacej vode dlhšie ako 120 s. 1 HR a BP zmeny po stimulácii CPT neboli ovplyvnené ani vekom, ani pohlavím. 2

Rýchlosť toku krvi v mozgu (CBFV) vykazovala variabilnú reakciu na CPT. Niektoré štúdie zistili, že bilaterálne alebo jednostranné (v mozgovej hemisfére, ktoré je kontralaterálne (Co) k studenej aplikácii), sa počas CPT zvyšuje. 3, 4, 5, 6 Zvýšenie bolo menšie v starobe, ale nebolo ovplyvnené pohlavím. 4, 5 V jednej štúdii CPT znížil CBFV. 7

Porucha miechy (SC) môže modulovať reakciu na CPT. Lehmann a kol. 8 použili neprítomnosť reakcií za studena na potvrdenie úplnosti autonómnych lézií u pacientov s C5–8 tetraplegiou. V roku 1948 Reiser a Ferris 9 ukázali, že spinálna anestézia na úrovni T3–4 zrušila presorickú odpoveď u pacientov s hypertenziou, zatiaľ čo spinálna anestézia na úrovni T6–8 ju tlmila, čo naznačuje, že SC pod T4, a najmä pri na úrovni T 4–6 sa zúčastňuje na mechanizme CPT.

Napriek týmto informáciám sú znalosti o CPT u pacientov so zraneniami miechy (SCI) obmedzené a úloha SC v reakcii na CPT nie je jasná. Účinok úrovne poškodenia na hemodynamické odpovede a vplyv SCI na zmeny HR a BP a na CBFV počas CAH nie sú známe. Aby sme ich preskúmali a preskúmali vplyv integrity SC na mechanizmus odozvy za studena, skúmali sme CAH u pacientov s paraplegiou a tetraplegiou.

metódy

predmety

Do štúdie bolo zahrnutých 13 zdravých kontrolných subjektov a 21 pacientov s SCI v trvaní od 3 mesiacov do 41 rokov. Kontrolnými subjektmi boli deväť mužov a štyri ženy vo veku 34 ± 13 rokov. Desať pacientov, osem mužov a dve ženy vo veku 38 ± 13 rokov malo T 4–6 paraplegiu s asociáciou American Spinal Injury Association (ASIA) stupňa A. 10 Jedenásť pacientov, všetkých mužov vo veku 42 ± 8 rokov, malo tetraplegiu C7–7, osem s ASIA stupňa A a tri s ASIA stupňa B. Vekové rozdiely medzi skupinami boli nevýznamné. Žiadny z pacientov nemal zdravotné ťažkosti, ktoré by mohli ovplyvniť výsledky, ako napríklad horúčkovité ochorenie, zlyhanie srdca, zlyhanie obličiek, diabetes mellitus alebo ďalšie neurologické poškodenie.

procedúra

Štúdiu schválila etická komisia rehabilitačnej nemocnice v Loewensteine ​​a všetci účastníci podpísali informovaný súhlas. Ráno, po 12 hodinách pôstu, ležal každý subjekt ležal v relatívne pokojnom nemocničnom prostredí s okolitou teplotou asi 22 ° C. Všetky subjekty boli nepretržite monitorované v polohe na chrbte na HR, BP a CBFV, od 5 minút pred do 5 minút po CAH ručným ponorením do ľadovej vody na 40 až 150 s. Studená voda sa aplikovala 2 minúty u 29 jedincov, počas 150 s u jedného pacienta a 40 až 85 s u štyroch subjektov, ktoré signalizovali nepohodlie.

Jednalo sa o jeden zo série experimentov uskutočňovaných na rovnakých subjektoch a predchádzalo to 10-minútovému nakloneniu o 35 °, 120 a 50 minút pred CAH a požitiu štandardného tekutého jedla 95 minút pred CAH. Počas experimentu boli odoberané aj vzorky krvi pomocou intravenózneho katétra, ktorý bol vložený do kubitálnej žily najmenej 150 minút pred ponorením ruky.

Zaznamenávanie a analýza

Na záznam HR sa získali kontinuálne stopy EKG pomocou povrchových elektród a systému predzosilňovača A / D (BIOPAC Systems, Santa Barbara, CA, USA). Systém Finapres (Ohmeda, Englewood, CO, USA) sa použil na neinvazívne kontinuálne zaznamenávanie BP pomocou malého tlaku a optickej manžety aplikovanej na prostredník subjektu. Signály EKG a arteriálny tlak prostredného prsta boli simultánne vzorkované pri 500 Hz. Digitalizovaný signál EKG sa konvertoval off-line na nepretržitý HR signál a digitalizovaný signál arteriálneho tlaku sa filtroval dolnou priepustnosťou a prevzorkoval off-line pri 10 Hz.

Spracované signály HR a BP prešli časovou a frekvenčnou analýzou. Frekvenčná analýza (spektrálna analýza zmien BP a HR) sa uskutočnila po strednom filtrovaní dĺžky 251 vzoriek. Diskrétna Fourierova transformácia sa použila v kombinácii s metódou Welch Periodogram na výpočet sily (amplitúda štvorca) vzorkovaných fluktuácií signálu (HR a BP) ako funkcie ich frekvencie. 11 Integrály hodnôt výkonu medzi 0 a 0, 17 Hz (nízka frekvencia, LF) a medzi 0, 17 a 0, 5 Hz (vysoká frekvencia, HF) sa vypočítali na získanie nízko a vysokofrekvenčných zložiek výkonového spektra.

Na záznam CBFV sa použil transkraniálny Doppler (TCD) (Smartlite, Rimed, Raanana, Izrael). Sonda TCD, aplikovaná na pravý chrám subjektov, vysielala ultrazvukovým oknom v časnej kosti pulznú vlnu 2 MHz. Dopplerov frekvenčný posun odrazenej vlny bol zaznamenaný zariadením na výpočet rýchlosti toku v proximálnom segmente strednej mozgovej artérie. 12 Signály CBFV boli digitalizované online rýchlosťou 2 Hz a podrobené off-line časovo závislej analýze. Index cerebrovaskulárnej rezistencie (CVRi) sa získal vydelením BP strednou rýchlosťou toku krvi v mozgu (mCBFV).

Štatistická analýza

Priemerné hodnoty HR, BP, HR a BP LF a HF, LF / HF, mCBFV a CVRi sa vypočítali pre dva časové intervaly: 0 - 5 minút pred ručným ponorením ľadovej vody (pri odpočinku na chrbte pred CAH) a počas 40 -150 s ručného ponorenia do ľadovej vody. Zistenia počas aplikácie za studena sa porovnali s nálezmi počas predchádzajúceho obdobia odpočinku. Analýza rozptylu pri opakovaných meraniach sa použila na preskúmanie účinkov aplikácie chladu na závislé hemodynamické premenné v rámci skupín a medzi skupinami (paraplegia, tetraplegia a zdraví účastníci) a účinky samotných skupín na premenné. Na stanovenie špecifického účinku SCI na hemodynamické premenné sa uskutočnili post hoc porovnania medzi skupinami a podmienkami. Korelácie medzi zmenami premenných sa skúmali pomocou Pearsonovho korelačného testu.

Pred štatistickou analýzou sa spektrálne komponenty podrobili transformácii s druhou odmocninou a ich pomery sa podrobili transformácii s prirodzeným logaritmom (ln), aby sa dosiahlo normálne rozdelenie. Dáta boli analyzované pomocou SPSS pre Windows verzie 11 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA).

výsledok

Hodnoty hemodynamických premenných v pokoji pred a počas CAH sú uvedené v tabuľkách 1, 2 a 3; účinky CAH sú zhrnuté v tabuľke 4.

Tabuľka v plnej veľkosti

Tabuľka v plnej veľkosti

Tabuľka v plnej veľkosti

Tabuľka v plnej veľkosti

HR

Ak vezmeme do úvahy všetky skupiny spolu, HR sa významne zvýšila o CAH ( P <0, 001). Priemerné hodnoty HR sa zvýšili v dôsledku CAH u väčšiny pacientov bez ohľadu na špecifickú úroveň poškodenia (napr. C4, C7, T4 alebo T5). U pacientov s tetraplegiou bol nárast HR malý, ale účinok skupiny na zvýšenie HR bol sotva významný ( P = 0, 054) (tabuľky la a 4; obrázok 1). Skupinový účinok na HR samotný počas odpočinku na chrbte pred CAH (zvyšok-H) a počas CAH bol významný ( P <0, 01); pacienti s paraplegiou vykázali vyššie hodnoty HR ako u iných subjektov.

Image

Záznamy HR, BP a mCBFV v každej skupine po ručnom ponorení do ľadovej vody. Priemerné hodnoty (dolný signál) a stredné hodnoty + sd (horný signál) od 5 minút pred do 5 minút po CAH. CBFV - na pravej (Ip) hemisfére. CBFV L - v ľavej (Co) hemisfére.

Obrázok v plnej veľkosti

Zložky výkonového spektra HR LF a HF

Druhá odmocnina oblasti výkonového spektra HR LF a HF (HRLF a HRHF) nebola CAH významne ovplyvnená bez ohľadu na skupinu (tabuľky 1b, ca 4; obrázok 2). Skupinový účinok na HRLF počas odpočinku-H a CAH bol významný ( P <0, 001): pacienti vykazovali nižšie hodnoty ako kontrolné subjekty. Skupinový účinok na HRHF v pokoji-H a CAH sa však nezistil významný.

Image

Výkonové spektrum HR pred a počas CAH. Hodnoty výkonu (druhá mocnina fluktuácií HR) sú priemerom (dolná krivka) a priemerom + sd (horná krivka) každej skupiny pri každej fluktuačnej frekvencii.

Obrázok v plnej veľkosti

BP

Celkový účinok CAH na BP bol významný ( P <0, 001): BP sa zvýšil vo všetkých skupinách po ručnom ponorení do ľadovej vody (tabuľky 2a a 4; obrázok 1). Priemerné hodnoty BP sa zvýšili v dôsledku CAH u väčšiny pacientov bez ohľadu na úroveň špecifického poškodenia (napr. C4, C7, T4 alebo T5). Zvýšenie však bolo závislé od skupiny ( P = 0, 013): bolo najvyššie v kontrolných a tetraplegických skupinách ( P <0, 01) a najnižšie v skupine s paraplegiou, kde zvýšenie nebolo štatisticky významné. Významný bol aj skupinový účinok počas zvyšku-H a CAH ( P = 0, 001); Hodnoty BP boli v kontrolnej skupine vyššie ako v skupinách pacientov.

Zložka BP výkonového spektra LF a HF

Druhá odmocnina oblasti BP výkonového spektra LF (BPLF) nebola významne ovplyvnená CAH, bez ohľadu na skupinu, ale pozitívne korelovala s nárastom BP v kontrolnej skupine ( r = 0, 684; P = 0, 029) a negatívne korelovala v skupina tetraplegia ( r = -0, 868; P = 0, 002). Druhá odmocnina oblasti výkonu HF zložky BP (BPHF) bola významne ovplyvnená CAH ( P = 0, 017), bez ohľadu na skupinu: zvýšila sa vo všetkých skupinách, ale hlavne u pacientov s paraplegiou a minimálne u pacientov s tetraplegia (tabuľky 2b, ca 4). Skupinový účinok na BP LF v pokoji H a CAH bol významný ( P <0, 001): pacienti vykazovali nižšie hodnoty ako kontrolné subjekty. Skupinový účinok na BPHF ​​v ​​pokoji-H a CAH však nebol zistený ako významný.

Výkonové spektrum HR a BP LF / HF

Hodnoty HR a BP LF / HF ln neboli významne ovplyvnené ručným ponorením do ľadovej vody bez ohľadu na skupinu ( P > 0, 1). Skupinový účinok na HR LF / HF ln v pokoji-H a CAH sa nezistil ako významný. Skupinový účinok na BP LF / HF ln bol však významný ( P = 0, 012): pacienti s tetraplegiou vykazovali nižšie hodnoty ako kontrolné subjekty.

CBFV

Hodnoty mCBFV v CAH klesli u kontrolných subjektov a zostali takmer nezmenené u pacientov v mozgovej hemisfére ipsilaterálnej (Ip) po vychladenú ruku. Na hemisfére Co sa zvýšila vo všetkých skupinách. Tieto zmeny a rozdiely medzi hemisférickými odpoveďami však neboli významné u všetkých subjektov spolu a v žiadnej zo skupín (tabuľky 3a, b a 4; obrázok 1). Skupinový účinok na mCBFV počas odpočinku-H a CAH bol významný ( P = 0, 018): pacienti s tetraplegiou vykazovali nižšie hodnoty ako kontrolné subjekty.

Cerebrovaskulárna rezistencia

Po ručnom ponorení ľadovej vody nasledovalo významné zvýšenie CVRi ( P = 0, 001), bez ohľadu na hemisféru alebo skupinu (tabuľky 3c, d a 4). Skupinový účinok na CVRi nebol významný v pokoji-H a pri CAH.

diskusia

Účinok CAH

V kontrolnej skupine sa HR a BP počas CAH zvýšili, ako je opísané v predchádzajúcich štúdiách, a súvisel so sympatetickou aktiváciou a vagálnou supresiou vazomotorickým centrom hypotalamu a mozgového kmeňa (BVC). 1 Významné zvýšenie sa však zistilo aj pri CAH v HR u oboch skupín pacientov a pri BP v skupine tetraplegie. Tieto nálezy u pacientov s prakticky úplným SCI nie sú kompatibilné s obvyklým studeným presorovým reflexným modelom, ktorý zahŕňa aferentné senzorické nervové vlákna a efferentné sympatické dráhy, ktoré prechádzajú SC, 1, ani absenciu reakcií za studena presorizovaných v niektorých predtým študovaných štúdiách. pacienti s C5-8 tetraplegiou. 8

Možno tvrdiť, že SCI v tejto štúdii, napriek tomu, že je klinicky kompletný, bol dostatočne neúplný anatomicky, aby umožnil vyššie opísané odpovede. Niektoré fakty však naznačujú, že vysvetlenie nespočíva v neúplnosti zranení, ale skôr v obmedzení obvyklého modelu odozvy na chlad. Tieto fakty zahŕňajú (1) výskyt opísaných reakcií u väčšiny pacientov s ASIA A v tejto štúdii; a (2) skutočnosť, že u pacientov s tetraplegiou, ktorých aferentné a aferentné reflexné končatiny sa podľa modelu majú poškodiť, sa BP, ale nie HR, zvýšila počas CAH významne viac ako u pacientov s paraplegiou, ktorých aferentná reflexná končatina z ruky do mozgového kmeňa je neporušený.

Okrem toho významné zvýšenie TK pri tetraplegii, ale nie pri paraplegii v strednej časti hrudníka počas CAH, znamená, že aktivita v neporušenej hrudnej SC prispieva k zvýšeniu TK, čo chýba pri poškodení hrudnej SC, ale môže byť zrejmé aj napriek poškodeniu krčka maternice. Takáto aktivita sa môže iniciovať aferentnou stimuláciou CAH sprostredkovanou do hrudnej SC segmentmi krčka maternice pod úplným poškodením (C 7, 8 ).

Aferentné vlákna odpovede CAH, ktoré normálne prechádzajú segmentmi SC C6 - T1, sú odpojené od mozgu u pacientov s úplnými senzorickými léziami v segmente C6 alebo vyššie, ale nie u pacientov s nižšími léziami alebo s C 5–6 lézií bez úplnej transekcie. Preto môžu pacienti s tetraplegiou v tejto štúdii, ktorí majú neurologické hladiny ASIA C4 - 7, reagovať na CAH buď priamo, prostredníctvom najvyššieho SC, mozgového kmeňa a vagu alebo prostredníctvom izolovaného SC a baroreflexného mechanizmu, pretože pri autonómnej dysreflexii. Presorická aktivita na izolovanom T 4–6 SC je kompatibilná s opisom zrušenia reakcií presorickej reakcie po spinálnej anestézii na úrovni T3–4, ale nie na úrovni T6–8 . 9

Možnosť, že nervový generátor nachádzajúci sa mimo mozgového kmeňa aktivuje reakcie chladného presného tlaku, je ďalej podporovaná nedostatočnou významnou zmenou HR LF a HF a BP LF počas CAH v ktorejkoľvek zo skupín. Zmeny v výkonovom spektre zmien HR a BP, ktoré predstavujú sympatické a vagálne aktivity 13, pravdepodobne závisia od zmien v kmitaniach signálu v BVC. BVC obsahuje ANS oscilátor vybíjaný synchronizovaným rytmickým spôsobom, ktorý udržuje sympatické nervy nepretržite aktívne a udržuje vaskulárny tonus. Nezanedbateľné zmeny výkonového spektra počas CAH môžu naznačovať, že zmeny v aktivite oscilátora BVC boli pôsobené silným baroreflexom počas CPT a že k hemodynamickým faktorom prispel ďalší neurálny generátor, ktorý nezasahuje do zmien LF alebo HF. zmeny počas CPT. Pozitívna korelácia BP LF s nárastom BP v kontrolnej skupine a jeho negatívna korelácia s BP v skupine tetraplegie môžu podporovať myšlienku, že aktivácia neurálneho generátora BVC normálne významne prispieva k zvýšeniu BP, ale nie v prípade krčka maternice. SCI. Pri cervikálnom SCI môže byť BP zvýšená iným mechanizmom (napr. Nervovým generátorom hrudníka, ktorý neinterferuje s BP LF alebo HF), zatiaľ čo aktivácia nervového generátora BVC je znížená baroreflexom v reakcii na zvýšenie BP.,

Významné zvýšenie CVRi, ktoré zoslabilo zmeny CBFV po zvýšení BP vo všetkých skupinách pacientov, naznačuje, že CAH môže zvýšiť cerebrovaskulárnu rezistenciu, ale nie nevyhnutne prostredníctvom nervového prenosu SC. Zvýšenie CVRi môže byť odpoveďou BVC na vyšší intrakraniálny BP alebo odrazom cerebrovaskulárnej autoregulácie lokálnymi zmenami tkaniva. 15 Zvýšenie CVRi v skupinách pacientov v tejto štúdii však môže alternatívne naznačovať, že počas CAH sa efferentný stimul prenáša na mozgové cievy cez horné krčné segmenty SC u pacientov s nízkou tetraplegiou alebo paraplegiou a cez hrudný SC a sympatický reťazec u pacientov. s hornej krčnej tetraplegie.

Predchádzajúce štúdie u normálnych jedincov však ukázali protichodné výsledky, z ktorých iba niektoré zodpovedajú zisteniam tejto štúdie. Tieto štúdie zistili, že CPT zvýšila alebo znížila CBFV, zvýšila cerebrovaskulárnu rezistenciu alebo zníženú cerebrálnu rezistenciu malých ciev. 3, 4, 5, 6 Preto sú potrebné ďalšie údaje na objasnenie odpovedí mozgového obehu na CPT.

Dôkazy o tom, že chladná presorická reakcia môže byť vyvolaná mimo mozgového kmeňa pomocou hrudného miechového mechanizmu, sú tiež posilnené zisteniami naznačujúcimi zapojenie hrudnej SC do odpovedí na iné podnety, ako je požitie potravy 16 alebo aplikácia chladu na nohu (nepublikované údaje).

Študijné obmedzenia

Ako je opísané v predchádzajúcej publikácii 16, dizajn tejto štúdie priniesol niekoľko obmedzení. Podobne ako v iných štúdiách s ľudským SC, úplnosť SCI je založená na klinických definíciách (triedenie ASIA), ktoré nevylučujú šetrenie autonómnych vlákien. Pravdepodobnosť interferencie takéhoto šetrenia so zisteniami v skupinách s takmer úplnými léziami je však nízka.

Predchádzajúce testy, ktoré sa vykonali s cieľom zhromaždiť dôležité informácie, ktoré možno získať iba od ťažko prijímateľných pacientov, ktorí zodpovedajú kritériám zaradenia, mohli tieto nálezy skresliť. Časový interval medzi týmito testami a CPT bol však dlhý a s najväčšou pravdepodobnosťou na odstránenie tohto účinku stačil.

Pretože viacnásobné analýzy zvýšili pravdepodobnosť náhodných nálezov, iba hodnoty P <0, 01 sa považovali za významné pre hlavné závery.

závery

Významné zvýšenie BP a HR počas CAH v tetraplegii, potlačené zvýšenie BP v paraplegii a nedostatok významnej zmeny v HR LF a HF a BP LF sú nezlučiteľné s obvyklým modelom reflexu za studena a naznačujú príspevok nezávislého hrudníka. miechový mechanizmus na reakciu chladiča za studena Na overenie týchto zistení je potrebný ďalší výskum s ďalšími pacientmi.