Az autonóm idegrendszeri tónust és reflexaktivitást kialakító tényezok vizsgálata – az érrendszer tulajdonságainak szerepe
PhD-tézisek
Dr Studinger Péter
Semmelweis Egyetem Elméleti Orvostudományi Doktori Iskola Klinikai Kísérleti Kutató- és Humán Élettani Intézet
Programvezeto: Dr Monos Emil Témavezeto: Dr Kollai Márk
Budapest, 2004
1. Bevezetés Az artériás baroreflex a vérnyomás rövidtávú szabályozásáért felelos: vérnyomásemelés hatására akár a következo szívciklusban reflexes szívfrekvencia-csökkenés, valamivel nagyobb latenciaidovel pedig a perifériás rezisztenciaerek dilatatioja jön létre. A baroreflex cardiovagalis ágának érzékenysége azt mutatja, hogy egységnyi vérnyomásváltozás milyen mértéku szívfrekvencia-változást (RR- intervallumváltozást) hoz létre. Az artériás baroreflex muködészavara következtében a vérnyomás-szabályozás hatékonysága csökken, hypertonia alakulhat ki. Bár essentialis hypertoniában a BRScsökkenés etiológiai szerepe nem bizonyított, a vérnyomás fokozott ingadozása hozzájárul a szervek károsodásához, és a betegség kedvezotlen kimeneteléhez. A baroreflex funkciózavara nem csupán a vérnyomás szabályozását érinti. Az artériás baroreflex részt vesz a vagustonus kialakításában. A BRS növekedésével a szív arrhytmiaküszöbe megno, a magas BRS csökkenti a kamrai tachyarrhytmiák kialakulásának valószínuségét. Az artériás baroreflex-érzékenység vizsgálatának klinikai jelentoségét az ATRAMI tanulmány alapozta meg. Myocardialis infarktuson átesett betegek körében az alacsony BRS a mortalitás önálló, ejekciós frakciótól és elektromos instabilitástól független rizikótényezojének bizonyult. Szívelégtelenségben is végeztek többszáz alanyra kiterjedo vizsgálatot; az alacsony BRS e kórállapotban is rontotta a túlélés esélyét.
Az elmúlt években lehetoség nyílt a cardiovagalis baroreflex összetevoinek vizsgálatára. Azt, hogy milyen hatékonysággal tevodik át a vérnyomásváltozás a baroreceptorok ingerét jelento érátméro- változássá, a baroreceptor-régiók tágulékonysága határozza meg. Amennyiben az artériás tágulékonyság csökkent, azaz kisebb az egységnyi nyomásváltozásra
kialakuló
komponensének
értéke
átmérováltozás, kisebb.
Az
akkor
a
baroreflex
érátméro-változás
mechanikus
áttevodése
RR-
intervallumváltozássá összetett folyamat, a baroreceptorok érzékenysége, az ingerület terjedésének jellemzoi, az ingerület központi idegrendszeri feldolgozása és a szív vagalis válaszkészsége egyaránt befolyásolják. Ezen összetevok együttesen alkotják a baroreflex neurális komponensét.
2
A baroreceptor-érterületek szerepe az autonóm reflexaktivitás kialakításában kétféle szempontból tanulmányozható: a baroreceptorok ingerét és a baroreflex érzékenységét az artériák viszko-elasztikus tulajdonságainak megváltozása egyaránt befolyásolja. A baroreflex bemenetét a carotis sinusban és az aortaívben az ér simaizmával párhuzamosan kapcsolt mechanoreceptorok alkotják. A baroreceptorok ingere az érfal feszülése, a kialakuló receptorpotenciál amplitúdója az átlagos érátméro- változástól, a pulzusszinkron érátméro- változás amplitúdójától és sebességétol függ. Amennyiben az érfal megfeszül, a baroreceptorok ingerületleadása fokozódik, ha az ér kontrahál, a receptorok tehermentesítodnek. A baroreflex érzékenységét részben az határozza meg, milyen hatékonysággal tevodik át a vérnyomásváltozás érátméro-változássá. Amennyiben a vérnyomás és az érátméro vérnyomásemelés alatti folyamatos monitorozása lehetséges, a BRS mechanikus komponense közvetlenül meghatározható. Feltételezve, hogy az ér nyomás-átméro összefüggése széles nyomástartományban lineárisnak tekintheto, a mechanikus komponens az egy szívciklus alatt létrejövo nyomás- és átmérováltozás alapján is kiszámítható.
A rendszeres fizikai aktivitás egyik kedvezo hatása, hogy kivédi az a. carotis tágulékonyságának és a BRS-nek az életkor elorehaladtával jelentkezo csökkenését. Az érfalrugalmasság megorzésének jelentosége a BRS szempontjából vitatott: Monahan és mtsai szerint a mechanikus komponens javulása az egyedüli, BRS-növekedésért felelos tényezo, míg Hunt és mtsai a neurális komponens jelentos BRS-t befolyásoló hatását mutatták ki. Az akut fizikai terhelés hatásáról jóval kevesebb információval rendelkezünk: bár a BRS terhelés alatti és utáni változását többen leírták, az érfalrugalmasság szerepét a változás hátterében még nem vizsgálták. Az aerob sporttal ellentétben az antioxidáns terápia BRS-re gyakorolt hatása szinte teljes egészében feltáratlan terület. A kutatások dönto része az atherosclerosisra fókuszál, ezért a táplálékkal bevitt antioxidánsoknak (E- vitamin, C-vitamin, karotinoidok) elsosorban vascularis hatását vizsgálták. Az E-vitamin több tanulmány szerint javította az érfal funkcióját: növelte a szisztémás artériás compliance-t, és fokozta az endothelfüggo vasodilatatio mértékét. E tanulmányokban a globális
3
érfalfunkciót jellemezték, speciális érterületekkel, így pl. a baroreceptor-régiókkal nem foglalkoztak. A BRS mechanikus komponensét részben a carotis sinus, részben az aortaív rugalmassága határozza meg. A vizsgálatok többsége az a. carotisra irányul, mivel az aortaív tágulékonyságának egyszeru, nagy pontosságú, jól reprodukálható és noninvazív mérése nem megoldott. Néhány tanulmány szerint a baroreflex szervezésében az aortaívbol származó ingerületek dominálnak, ezért egy olyan technika kidolgozása, amellyel az aortaív és a carotis sinus rugalmassága egyaránt mérheto, nagy jelentoséggel bír.
Kérdések és célkituzések 1. Hogyan változik az a. carotis falfeszülésének statikus és dinamikus komponense, valamint az a. carotis nyomás-átméro összefüggése maximális intenzitású fizikai terhelés során egészséges fiatalokban? 2. A maximális intenzitású terhelést követo órában jelentkezo vérnyomásváltozás hogyan alakul át a baroreceptorok ingerét jelento a. carotis átmérováltozássá? 3. Összefügg-e az artériás baroreflex érzékenységének terhelés utáni változása az a. carotis nyomás-átméro összefüggésének változásával? 4. Hogyan változik az a. carotis tágulékonysága és az artériás baroreflex érzékenysége E-vitaminszedés hatására egészséges fiatalokban? 5. A baroreflex-érzékenységben létrejövo változás milyen mértékben magyarázható az a. carotis rugalmasságá nak megváltozásával? 6. Az E-vitamin szedésének abbahagyása után 1 hónappal fennállnak-e a vitaminszedéssel összefüggo cardiovascularis és autonóm idegrendszeri változások? 7. Felveheto-e disztenziós hullám az aortaívrol az automatikus falmozgásköveto technika (WTS) alkalmazásával? 8. Mennyire reprodukálható az a. carotis és az aortaív átmérojének és rugalmassági mutatóinak mérése a WTS technikával? 9. A WTS technikával reprodukálható-e az aortaív átmérojének és rugalmassági mutatóinak életkorfüggo változása?
4
Módszerek Valamennyi tanulmányban egészséges, nem dohányzó, normotoniás személyeken történtek mérések (n = 10 a terheléses vizsgálatban, n = 20 az antioxidáns vizsgálatban, n = 56 az aortaív mérésében). A vizsgálatokban részt vevo alanyok mindegyikének testtömegindexe 25 kg/m2 -nél alacsonyabb volt, anamnesisükben semmilyen krónikus betegség nem szerepelt, vérnyomásuk a vizsgálatok kontroll fázisai során egyszer sem haladta meg a 140/90-es értéket. A vizsgált személyek egyike sem volt élsportoló, átlagos fizikai aktivitásuk alapján az inaktív - mérsékelten aktív életmódot folytató csoportba voltak sorolhatók. Az alanyok a vizsgálatsorozatok alatt sem étrendjükön, sem fizikai aktivitásukon nem változtattak, és nem szedtek vitaminkészítményt. Alanyaink valamennyi tanulmány során megfelelo írásbeli és szóbeli tájékoztatást kaptak a mérésrol, és a vizsgálat írásbeli beleegyezésük után történt. A vizsgálatsorozatokat a Semmelweis Egyetem Etikai Bizottsága és az Egészségügyi Tudományos Tanács Tudományos Kutatásetikai Bizottsága engedélyezte.
A terheléses vizsgálatot randomizált kontrollált crossover elrendezésben végeztük; minden alanyon két mérés történt. Így lehetoség nyílt arra, hogy az a. carotis érátméro és az artériás nyomás terhelés alatti és utáni vá ltozásait összehasonlítsuk egy terhelést nem tartalmazó idoszak értékeivel. A két vizsgálat 7-14 nap különbséggel történt egyazon laboratóriumban, hasonló körülmények között. Az E-vitamin hatását randomizált placebo-kontrollált kettos vak kísérletben vizsgáltuk. Az aktívan kezelt csoportba tartozó 10 személy vitaminkapszula formájában, per os napi 700 IU/nap E- vitamint (DL-? -tokoferol, Bioextra, Magyarország) szedett 1 hónapig, míg a placebo csoportba tartozó 10 személy ugyanennyi ideig placebót kapott. Minden alanyt 3 alkalommal vizsgáltunk, a kezelés megkezdése elott, E-vitamin vagy placebo egy hónapos szedése után, és a kezelés abbahagyása után egy hónappal. Az aortaív vizsgálatában részt vevo 56 személy közül 40-et egy alkalommal, egy személy vizsgált, 8 alanyról egy alkalommal egymástól függetlenül két személy készített teljes méréssorozatot, míg 8 alanyról két alkalommal - 7-14 nap eltéréssel a két vizsgálat között - ugyanazon személy készített teljes méréssorozatot.
5
Valamennyi mérést a kora délutáni órákban, standardizált körülmények között, elsötétített, 20-24 °C-os laboratóriumban végeztük. A vizsgált személyek étkezés után 2-3 órával érkeztek, a vizsgálat napján egyikük sem fogyasztott alkohol- vagy koffeintartalmú italt, és a vizsgálatot megelozo 48 órában mindannyian tartózkodtak a megerolteto izommunkától. A terheléses vizsgálat mintegy 90 percet vett igénybe, ezalatt folyamatosan regisztráltuk a vérnyomást és az EKG-t, valamint 2 percenként ultrahangos felvételt készítettünk az a. carotisról. A teszt (kerékpározás vagy nyugalmi fekvés) elott 10 percig regisztráltuk a nyugalmi kontroll paramétereket. A kiindulási kontroll szakaszt követoen a terhelés kerékpár-ergométeren (Jaeger, ER 900L, Németország), Wassermann 25/2 protokoll alapján történt. Azért volt szükség maximális, lépcsozetesen növekvo intenzitású terhelésre, mivel korábban a BRS terhelést követo akut változását hasonló protokoll hatására figyelték meg. Az alanyok fekve kerékpároztak, a standardizált testhelyzet az ultrahangos felvételek készítéséhez optimális körülményeket biztosított. Ha az alany izomfáradtság miatt nem bírta a kívánt pedálozási frekvenciát fenntartani, vagy a szívfrekvencia és az oxigénfogyasztás a növekvo terhelési intenzitás ellenére változatlan maradt, a terhelést leállítottuk. A kontroll vizsgálat napján az alanyok 15 percig kerékpározás nélkül feküdtek. A kerékpározás vagy a 15 perces nyugalmi fekvés után az alanyok további 60 percig nyugalomban feküdtek. Az E- vitamin hatásainak vizsgálatához szükséges biokémiai méréseket a Semmelweis Egyetem II. Számú Belgyógyászati Klinikáján végezték, a vérminták levétele reggel, az ultrahangos
méréssel
azonos
napon,
éhgyomorra
történt.
Az
a.
carotis
tágulékonyságának és a BRS- nek meghatározásához szükséges mérések mintegy 15 percet vettek igénybe. A vizsgálat során folyamatosan regisztráltuk a vérnyomást és az EKG-t, az elso 5 percben pedig ultrahangos felvételeket készítettünk az a. carotisról. Az alanyok a mérés során nyugalomban feküdtek, a vizsgálat utolsó 10 percében pedig arra szólítottuk fel oket, hogy egy 0.1 Hz frekvenciára beállított metronómot követve lassan, egyenletesen lélegezzenek. Az aortaívet vizsgáló protokoll során a bal a. carotis communisról és az aortaívrol egyaránt legalább 5 jó minoségu ultrahangos felvételt készíttetünk. Az intraobserver intrasession variabilitás meghatározásához, amely azt fejezi ki, hogy adott vizsgáló
6
személy egy mérésen belüli felvételei mennyire reprodukálhatók, az egyes felvételek között a transducert a borfelszínrol elvettem, majd visszahelyeztem. Az interobserver intrasession variabilitás meghatározása céljából 8 alanyról munkatársammal egymástól függetlenül egy-egy teljes méréssorozatot készítettünk; ez arról nyújt információt, hogy két, független vizsgáló egy mérésen belül nyert mérési eredményei mennyire egyeznek. 8 alanyról 2 héten belül 2 teljes méréssorozatot készítettem, amelyek alapján az intersession variabilitást - az alkalmazott technika mérések közötti reprodukálhatóságát - számítottam.
Az artériás vérnyomást a vizsgálatok során több módszerrel mértük. Az a. brachialis nyomását az aortaív vizsgálata során hagyományos auszkultációs technikával határoztuk meg; a terheléses vizsgálat és az E-vitamin hatásának tanulmányozása során pedig egy non- invazív vérnyomásméro eszközhöz (Colin CBM-7000, AD Instruments, Hastings, Nagy Britannia) kapcsolt automata vérnyomásmérovel mértük. A BRS meghatározását is magukba foglaló tanulmányokban a vérnyomást folyamatosan az a. radialison mértük,
applanációs
tonometriával.
A
centrális
artériák
nyomás-átméro
összefüggésének felvételéhez szükséges centrális nyomást a SphygmoCor számítógépes szoftver (SCOR, PWV Medical, Sydney, Ausztrália) non- invazív módon számította. A Colin-készülék révén az a. radialisról felvett nyomáshullámot a SphygmoCor program frekvenciakomponensekre bontva elemzi, majd általános érvényu átviteli függvény (ún. generalizált transzfer funkció) segítségével meghatározza az aorta nyomáshullámának alakját. A SphygmoCor által kiszámított centrális nyomáshullám és az érátméro magában a WTS készülékben került együttes elemzésre, így lehetové vált az érátméro és a centrális nyomás szinkron, ütésrol ütésre történo értékelése. Amikor az aortaív vizsgálatát végeztük, sem a Colin-készülék, sem a SphygmoCor program nem állt még rendelkezésünkre, ezért e tanulmányban a vérnyomás mérése kizárólag a hagyományos sphygmomanometerrel történt. Az a. carotis és az aortaív átmérojét, az érfalvastagságot és az átméro pulzusszinkron változását ultrahangos, automatikus falmozgásköveto technikával határoztuk meg. A rendszer egy hagyományos ultrahangos készülékbol (Scanner 200, Pie Medical, Hollandia) és a hozzákapcsolt speciális számítógépes szoftverbol (Wall Track System, Pie Medical, Maastricht, Hollandia) áll. Az a. carotis átmérojét 7,5 MHz-es lineáris
7
tranducerrel, a bifurcatiótól 1.5 cm- re proximalisan mértük. Az aortaívet a suprasternalis árokból 3,5 MHz-es sector típusú transducerrel vizsgáltuk, az érátmérot az a. brachiocephalica és a bal a. carotis communis között mértük. A WTS algoritmus lehetové teszi az elso és hátsó érfal mozgásának nagy pontosságú követését. A két fal elmozdulásának különbsége adja meg a disztenziós hullámot, az érátméro változását az ido függvényében. Mindhárom vizsgálat során regisztráltuk az EKG-t valamely standard végtagi elvezetésben. Az EKG regisztrálásának célja kettos volt: a WTS algoritmus indítása, és a BRS számításához szükséges RR- intervallum meghatározása. A biokémiai mérések a Semmelweis Egyetem II. Számú Belgyógyászati Klinikáján történtek. Az éhgyomri vércukor-, koleszterin-, triglicerid-, HDL- és LDL-szintet rutin laboratóriumi módszerekkel határoztuk meg. A plazma és lipidfrakcióinak Evitamintartalmát a Somogyi és mtsai által továbbfejlesztett HPLC módszerrel határoztuk meg.
Az érfal-rugalmasság jellemzésére a regisztrált érátméro, érfalvastagság, érátmérováltozás és vérnyomás alapján meghatároztuk a nyomás-átméro összefüggés meredekségét (PDR), a keresztmetszeti compliance koefficienst (CC), a disztenzibilitási koefficienst (DC) és az inkrementális elasztikus modulust (Einc). A változókat az alábbi képletekkel számítottuk ki: PDR = ? D/? P, CC = (? ?Ds2 /4 -? ?Dd2 /4)/? P, DC=2 (? D/Dd)/? P és Einc = [3 (1 + (? ?Dd2 /4)/ (? ?(D d/2 + IMT)2 - ? ?Dd2 /4 ))]/ (2 (? D/Dd )/? P). A Dd a végdiastolés érátméto, a Ds a csúcssystolés érátméro, a ? D a disztenzió, a ? P a pulzusnyomás, az IMT pedig az érfalvastagság rövidítése. A cardiovagalis baroreflex érzékenységének jellemzésére meghatároztuk a vérnyomás és RR- intervallum idobeli és frekvencia szerinti összefüggését. Az ún. szekvencia módszerrel a systolés vérnyomás és az RR- intervallum közti idobeli kapcsolat vizsgálható. A szekvencia-analízis során a számítógépes program elkészíti a systolés vérnyomás- és az RR- intervallumértékek sorozatát, majd azonosítja azokat a szakaszokat, ahol legalább 3 egymást követo szívcikluson keresztül vérnyomásnövekedést
RR-intervallumnövekedés,
vagy
vérnyomáscsökkenést
RR-
intervallumcsökkenés kísért. Az elobbiek az ún. felszálló, míg az utóbbiak az ún. leszálló szekvenciák. A BRS számértékét a systolés vérnyomás-RR- intervallum
8
összefüggés regressziós egyenesének meredeksége adja meg. A szekvencia- módszerrel a következo paramétereket határoztuk meg: a felszálló szekvenciákból számított baroreflex-érzékenységet (sBRS+), a leszálló szekvenciákból számított baroreflexérzékenységet (sBRS-), az összes szekvenciából számított baroreflex-érzékenységet (sBRS) és a baroreflex effektivitási index (BEI), amely azt mutatja meg, hogy a systolés nyomásváltozás
hány
százalékban
tevodik
át
baroreflex
közvetítette
RR-
intervallumváltozássá. A spektrális analízis a systolés vérnyomás és az RR- intervallum közti frekvenciakapcsolat vizsgálatát teszi lehetové. Az elemzés során a jeleket cubic spline
interpoláltuk,
a
szívfrekvenciának
megfeleloen
újra-mintavételeztük és
teljesítményspektrumukat a fast Fourier-transzformáción alapuló Welch- módszerrel számítottuk. Az RR- intervallum és a systolés vérnyomás teljesítményspektrumának négyzetgyöke azon alacsony frekvenciájú (LF: 0,05–0,15 Hz) tartományokban átlagolva, amelyekben a két spektrum koherenciája a 0,5-t meghaladja, megadja az alfa koefficiens (LF ? ) értékét. Az alacsony frekvenciájú transzfer funkciót (LF gain) a 0,05– 0,15 Hz frekvenciatartományban a két jel keresztspektrumának és a systolés vérnyomás teljesítményspektrumának hányadosaként számítottuk.
A terheléses vizsgálatban a terhelést megelozo állapottól való eltérést eloször kétfaktoros repeated measures variancia analízissel (ANOVA) elemeztük. Miután a kontroll mérés során egyik általunk meghatározott paraméter sem változott, a terhelést tartalmazó mérés értékeléséhez egyfaktoros repeated measures ANOVÁ-t használtunk, a normáleloszlást nem mutató paraméterekre (sBRS, LF ? , LF gain) pedig Friedman repeated measures ANOVA on ranks tesztet alkalmaztunk. Post- hoc tesztként Dunnetttesztet választottunk, kontrollként a terhelés elotti adatokat jelöltük ki. Az átlagnyomás és az átlagos érátméro közti összefüggést valamint az érfal-tágulékonyság és a BRS közti összefüggést lineáris regressziós analízissel elemezt ük. Az E-vitamin hatását vizsgáló tanulmányban a placebo és aktívan kezelt csoport vitaminszedés elott mért adatait páratlan t-próbával hasonlítottuk össze. A kezelés hatékonyságát kétfaktoros, repeated measures ANOVÁ- val vizsgáltuk, és Duncan posthoc tesztet alkalmaztunk. Az E- vitaminszint, az érfal- tágulékonyság és a BRS közti összefüggéseket lineáris regressziós analízissel határoztuk meg.
9
Az aortaívet vizsgáló tanulmányban a mérés reprodukálhatóságát a variációs koefficienssel jellemeztük, amelyet a mérés szórásának és átlagának hányadosaként százalékban fejeztünk ki. Az aortaív és az a. carotis disztenzibilitását páros t-próbával hasonlítottuk össze. Az életkor és az érfalrugalmasság közti összefüggést lineáris regressziós analízissel vizsgáltuk. Az adatokat minden vizsgálat során átlag ± 1 S.E.M. formában tüntettem fel. Szignifikáns különbségként a p < 0,05 állapotot értelmeztem.
Eredmények Aerob izommunkát alanyaink 13,9 ± 0,6 percig végeztek, a maximális terhelési intenzitás 205 ± 7 W volt. Egyik alanynak sem kellett EKG-abnormalitás miatt abbahagynia a kerékpározást. Az alanyok szívfrekvenciája a nyugalmi 70 ± 4 ütés/percrol a terhelési fázis utolsó harmadára 170 ± 4 ütés/percre emelkedett, a maximális oxigénfogyasztás 50,2 ± 6,8 ml/perc/kg volt. A terhelés hatására a systolés vérnyomás jelentosen megemelkedett, míg a diastolés vérnyomásban csak az izommunka utolsó harmadában tapasztaltunk szignifikáns növekedést. Az artériás átlagnyomás 24%-kal nott. A vérnyomás-növekedéssel párhuzamosan az a. carotis systolés és diastolés átméroje is megnott, az átlagos érátméro jelentosen, 6%-kal változott. Az átlagos érátméro egyenes arányosságban változott az átlagnyomással (r=0,72, p<0,001). A pulzusnyomás több mint kétszeresére növekedett, a disztenzió viszont változatlan maradt, mivel az a. carotis systolés és diastolés átméroje parallel nott. A nyomás-átméro összefüggés a terhelés intenzitásának növekedésével felfelé tolódott. A végdiastolés és csúcssystolés értékekbol számított PDR az izommunka utolsó harmadára 50%-kal csökkent a terhelés elotti állapothoz képest. A terhelés utáni elso tíz percben a systolés vérnyomás magasabb, a diastolés vérnyomás pedig alacsonyabb volt az alapállapothoz képest, ezért az átlagos artériás nyomás visszatért az alapállapotba. Ugyanakkor az a. carotis systolés és diastolés átméroje egyaránt csökkent, az átlagos érátméro csökkenését eredményezve. Az átlagos érátméro a terhelés harmadik fázisában mért értékekhez képest 9%-kal, a kiindulási értékhez képest 3%-kal csökkent. A pulzusnyomás magas maradt, a disztenzió viszont nem
10
változott. A nyomás-átméro összefüggés a kiindulási állapothoz és a terheléshez képest lefelé tolódott, a PDR alacsony maradt. A terhelés utáni elso órában a systolés vérnyomás fokozatosan csökkent, a csökkenés egy órával az izommunka megszakítása után szignifikáns volt. A diastolés vérnyomás már 15 perccel a terhelés után visszatért a terhelés elotti értékre. Az a. carotis systolés és diastolés átméroje a terhelést követoen folyamatosan emelkedett, és egy órával a terhelés után szignifikánsan megnott. Az átlagos artériás nyomás nem változott, viszont az a. carotis átlagos érátméroje 3%-kal nagyobb lett a kiindulási állapothoz képest. A nyomás-átméro összefüggés felfelé tolódott, a PDR 24%-kal nott. A BRS értéke a terhelés után közvetlenül szignifikánsan csökkent, (17,1 ± 2,7 vs. 5,8 ± 1,2 ms/Hgmm az LF gain, p<0,05) majd fokozatosan emelkedett, és a terhelés után 60 perccel már visszatért a terhelés elotti állapotra (14,7 ± 2,4 ms/Hgmm). A szekvenciák számának és a baroreflex effektivitási indexének terhelés utáni változása hasonló trendet mutatott az sBRS és a spektrális baroreflex-indexek változásával. A BRS minden alanyban szoros lineáris korrelációt mutatott a PDR-rel.
A placebo és az E- vitaminnal kezelt csoportok biokémiai, hemodinamikai és az a. carotist leíró paraméterei nem különböztek egymástól. A placebo csoport paraméterei nem változtak a vizsgálat folyamán. Az aktívan kezelt csoport E- vitaminszintje 123%kal, LDL-hez kötött E- vitaminszintje 91%-kal nott az egy hónapos E- vitaminszedés hatására, majd a kezelés abbahagyása után egy hónappal visszatért a kezelés elotti értékre. Az aktívan kezelt csoport systolés vérnyomása csökkeno, míg diastolés vérnyomása növekvo
tendenciát
pulzusnyomásban
mutatott
szignifikáns
a
kezelés
csökkenést
során,
amelynek
figyeltünk
meg
eredményeként (p
=
0,035).
a A
szívfrekvencia, az a. carotis átméroje, disztenziója és falvastagsága nem változott. Az E-vitamin hatására a vizsgált 10 alany közül 7-nél az a. carotis PDR és DC megnövekedett csoportszinten mintegy 20%-os növekedést eredményezve (p = 0,041 a PDR és p = 0,05 a DC vonatkozásában). Az Einc nem változott. Az E-vitamin szedésének abbahagyása után egy hónappal már nem volt különbség az érfalrugalmassági paraméterekben a kiindulási állapothoz képest. A placebót szedo csoportban az érfalrugalmasság változatlan maradt.
11
Az aktívan kezelt csoportban az egy hónapos E-vitaminszedés szignifikánsan növelte a sBRS+, sBRS- és LFgain értékeket (p = 0,041 a sBRS+, p = 0,004 a sBRS- és p = 0,042 az LFgain vonatkozásában), a szekvenciák számának és a baroreflex effektivitási indexének változtatása nélkül. A változások egy hónappal a vitaminszedés abbahagyása után megszuntek. A placebo csoport BRS-e a vizsgálat során állandó volt. A kiindulási állapotban a plazma E-vitaminszintje sem az érfal-tágulékonysági mutatókkal, sem a BRS-sel nem korrelált. A kezelt csoport kezelés elotti, alatti és utáni értékeit figyelembe véve a plazma E-vitaminszint és az LDL-hez kötött E-vitaminszint összefüggött az a. carotis rugalmasságával és a BRS-sel. Ugyanezen csoportban az a. carotis PDR és a BRS közt is szignifikáns összefüggést találtunk.
Az aortaív mérését megcélzó tanulmányban a vizsgált 56 alany közül 50-nél sikerült disztenziós hullámot regisztrálnunk. Az 1. ábrán egy 22 éves fiatalról a kilégzés végén regisztrált, reprezentatív disztenziós hullám látható. A bal kamrai ejekció kezdetén a nyomáspulzus tágító hatására az elso és hátsó aortafal ellentétes irányba mozdul. A Laplace-törvény értelmében az elso és hátsó falra ható erok iránya ellentétes, ezért az aorta kitágul. A hátsó fal helyzetváltozásáért részben a nyomáspulzus, részben pedig az aortaív egészének hátrafelé történo elmozdulása felelos. A systole késoi szakaszában mind az elso, mind a hátsó fal távolodik a transducertol, mivel a kamrakontrakció hatására a szív bázisa és a szívbol eredo nagy erek lefelé mozdulnak. A diastole során az aorta összehúzódik és a transducer irányába mozdul. Összességében a szívciklus során a hátsó fal mozgása nagyobb az elso falhoz képest. A két fal mozgásának különbsége adja meg a disztenziós hullámot, amely nagyon hasonlít az aortaívben intravascularis katéterrel regisztrált nyomáshullámhoz. Az érátmérore és az érfalrugalmasságra vonatkozó intrasession intraobserever és intrasession interobserver variabilitás mindkét ér esetén 10 %- nál kevesebb volt. Az intersession variabilitásra valamelyest magasabb értéket számítottunk, ám ez sem haladta meg a 18%-ot. Az aortaív mérésének variabilitását a carotis communis mérésének variabilitásánál nagyobbnak találtuk. Az aortaív és az a. carotis communis disztenzibilitási koefficiense nem különbözött egymástól. Az aortaív átméroje az életkor elorehaladtával nott (r = 0,60, p < 0,001), míg a disztenzió, a DC és a CC csökkent (r = -0,63, p < 0,001 a disztenzió, r = -0,68, p <
12
0,001 a DC és r = -0,50, p < 0,001 a CC vonatkozásában). Az összefüggés meredeksége (a regressziós koefficiens értéke) -0,07 a DC-életkor, míg -0,02 a CC-életkor összefüggés
esetében.
Az
a.
carotis
communis
disztenzibilitása
az
életkor
elorehaladtával az aortaívhez képest nagyobb ütemben csökkent (meredekség: - 0,10, r = 0,76, p < 0,001)
1. ábra. Az aortaív elso és hátsó falának elmozdulása a szívciklus során egy 22 éves fiatalról készült felvételen (felso panel). A disztenziós hullámot (alsó panel) a két fal mozgásának különbsége adja meg. A kereszt az EKG R-hullámának idejét, a függoleges vonal pedig a maximális disztenzió helyét jelöli.
Megbeszélés Vizsgálatainkban elsoként tanulmányoztuk az a. carotis rugalmasságának szerepét a baroreceptorok ingerének és a baroreflex érzékenységének kialakításában akut fizikai terhelés és diétás antioxidáns (E-vitamin) bevitele során. Emellett olyan módszert validáltunk, amellyel nemcsak a carotis sinus, hanem az aortaív rugalmassága is egyszeru, noninvazív módon meghatározható, így a baroreflex mechanikus komponense komplex módon tanulmányozható.
13
Intenzív terhelés alatt a szimpatikus vasoconstrictor aktivitás és a plazma noradrenalinkoncentrációja egyaránt fokozódik. Mivel az a. carotishoz szimpatikus efferens idegrostok futnak, simaizma pedig ? 1 adrenerg receptorokat tartalmaz, az eret izommunka során eros vasoconstrictor hatás éri. A szimpatikus vasoconstrictor hatást a megnövekedett transmuralis nyomás okozta értágító hatás ellensúlyozza, eredojük azonban nem ismert. Tanulmányunkban kimutattuk, hogy az a. carotis átméroje az intenzív izommunka alatt növekszik, tehát a szimpatikus idegrendszer közvetítette simaizom-kontrakció erosségét a passzív értágító erok felülmúlják. Eredményeinkhez hasonlóan, humán vizsgálatokban phenylephrine által kiváltott vérnyomás-emelés során is kitágul az a. carotis. A terhe lés során a centrális systolés nyomás és az a. carotis systolés átméroje egyaránt növekedett, a diastolés átméro azonban nagyobb mértékben változott, mint a diastolés nyomás. A jelenséget az érfal viszkózus tulajdonságával magyarázhatjuk. Az érfalviszkozitás következtében a nyomás-átméro összefüggésben hiszterézis jön létre: azonos nyomásértékhez a diastole során a systoléhoz képest nagyobb érátméro tartozik. Az intenzív izommunka hatására a szívfrekvencia megnövekszik, és elsosorban a diastole ideje rövidül. A szívciklus hosszának rövidülése miatt az a. carotis átmérocsökkenése a diastole során nem teljes, ezért a diastolés átméro változatlan vérnyomás mellett is megno. Az artériás átlagnyomás és az a. carotis átlagos átméroje a terhelés során arányosan növekedett, amely a baroreceptorok ingerületének változatlanságát eredményezi. A központi idegrendszer tehát érzékeli a vérnyomás aktuális szintjét, és megakadályozza a vérnyomás túlzott emelkedését. Az a. carotis nyomás-átméro összefüggésének meredeksége a terhelés alatt csökkent, azaz egységnyi vérnyomás-növekedés a kontroll állapothoz képest kisebb érátméronövekedést eredményezett. A baroreflex mechanikus komponensének változása magyarázhatja a BRS izommunka során megfigyelt csökkenését. Nem zárható ki azonban, hogy a centrális parancs és az izom eredetu kemoreflex aktivációja révén a neurális komponens arányos növekedése miatt a BRS változatlan marad.
Ismert, hogy maximális intenzitású terhelés megszakítása után közvetlenül a BRS hypertoniás és normotoniás személyekben egyaránt csökken. Tanulmányunkban mi is
14
kimutattuk a BRS maximális terhelés utáni csökkenését, és azt vizsgáltuk, mennyiben magyarázza e megfigyelést az a. carotis tágulékonyságának változása. Az izomunka megszakítása után az a. carotis átméroje a terheléses és a kiindulási fázishoz viszonyítva egyaránt csökkent, és a vasoconstrictio mintegy 5-10 percig állt fenn. Az érösszehúzódás a nyomás-átméro összefüggés lefelé történo eltolódásához vezetett: terhelés után adott vérnyomásértékhez kisebb érátméro tartozott a terhelés elotti állapothoz képest. A terhelés utáni vasoconstrictiót magyarázhatja, hogy az izommunka alatti magas vérnyomás és az érfal fokozott feszülése az a. carotis simaizmában eros myogen választ indukál, viszont a terhelés abbahagyása után a myogen simaizomkontrakciót a vérnyomás hirtelen csökkenése miatt nincs, ami ellensúlyozza. Az a. carotis
baroreceptorai
az
ér
simaizmával
párhuzamosan
kapcsoltak,
ezért
vasoconstrictio esetén a receptorok tehermentesítodnek, és a következményes szimpatikus aktivitásfokozódás magyarázhatja a terhelés abbahagyása utáni idoszak arrhytmiák kialakulása szempontjából veszélyes voltát. A terhelés után 1 órával a vérnyomás-RR-intervallum összefüggés meredeksége megno, e kedvezo hatás pedig akár 24 órán keresztül is fennállhat. E tanulmányokban a BRS-t iv. bolus phenylephrine kiváltotta vérnyomás-emelkedés során, vagy nyaki kamra alkalmazásával határozták meg. Piepoli és mtsai az LF ? -t mérve – hasonlóan a mi vizsgálatunkhoz – nem találtak terhelés utáni BRS-fokozódást. Mivel csak az izommunkát követo órában monitoroztuk a BRS változását, nem tudjuk, hogy ezt követoen nem növekedett-e még tovább, meghaladva a terhelés elotti értéket. A terhelés utáni vasoconstrictiót követoen az a. carotis átméroje növekedett, a nyomás-átméro összefüggés felfelé tolódott. Egy órával a terhelés megszakítása után a PDR fokozódott, tehát adott mértéku nyomásváltozás nagyobb átmérováltozást eredményezett, mint a terhelés elott. A baroreceptorok aktivitása is feltételezhetoen megnott, amely magyarázhatja a vérnyomás csökkenését. Megfigyeléseink kiegészítik Halliwill és mtsai eredményeit, akik azt találták, hogy az egységnyi nyomásváltozás hatására létrejövo szimpatikus idegi aktivitásváltozás csökkent. A terhelés után az a. carotis rugalmasságának és a baroreflex érzékenységének változása közt valamennyi vizsgált alanyban szoros korreláció állt fenn. E megfigyelés alapján feltételezhetjük, hogy a mechanikus komponens szerepe dönto jelentoségu a BRS javulásában, míg a neurális komponensé elenyészo. E hipotézisnek ellentmond, hogy a
15
baroreflex szimpatikus és paraszimpatikus ágának érzékenysége ellentétes módon változik, amely csak a neurális komponens módosulásának lehet a következménye. A neurális komponens növekedése mint a terhelésre adott primer válasz szimpatikus idegrendszeri gátlást és az a. carotis vasodilatatióját is eredményezheti. Így az a. carotis átméronövekedése a BRS-változás következménye is lehet. E feltételezés tisztázása a neurális komponens direkt meghatározását igényli, és további kutatás tárgyát képezheti.
Az atherosclerosis egyik elmélete szerint az oxidatív stressz jelentos szerepet játszik az érfalkárosodás
kialakításában.
Ismert,
hogy
az
oxidatív
stressz
egészséges
személyekben is jelentkezik, részt vesz fiziológiás szabályozómechanizmusokban, ugyanakkor az artériafal öregedéséhez is hozzájárul. Az antioxidánsok a kóros mennyiségu szabadgyökök inaktivációjával a káros hatásokat kivédhetik, ezért a 90-es években számos antioxidáns, köztük az E- vitamin szív- és érrendszerre kifejtett hatása intenzív kutatás tárgyát képezte. A több ország lakosságára kiterjedo keresztmetszeti vizsgálatok negatív korrelációt fedtek fel a táplálékkal bevitt E-vitamin mennyisége és a cardiovascularis mortalitás közt. A kezdeti lelkesedést hamarosan szkepticizmus váltotta fel: a prospektív kontrollált vizsgálatok többségében és az ezekre épülo meta-analízisben az E-vitamin jótékony hatása nem nyert megerosítést. Egy közelmúltban megjelent tanulmány arra hívja fel a figyelmet, hogy az életkor és a cardiovascularis status jelentosen befolyásolhatja a vizsgálatok eredményét. A keresztmetszeti vizsgálatokban részt vevo személyek E-vitaminbevitele fiatal korban kezdodik, amikor érrendszerük még egészséges, és a jótékony hatás az évtizedes magas E-vitamintartalmú táplálék fogyasztásának következménye. A prospektív vizsgálatok többségében relatíve idosek vagy különféle cardiovascularis betegségben szenvedok vettek részt, akiknek érrendszere feltehetoen már irreverzíbilisen károsodott, ezért még a nagy dózisú E-vitamin sem volt képes kedvezo hatást kifejteni. Mottram és mtsai egészséges középkorú személyekben megfigyelték, hogy egy hónapos E-vitaminszedés után a szisztémás artériás tágulékonyság fokozódott. Az a. carotis rugalmasságát vizsgálva mi is 20% érfalrugalmasság-növekedést találtunk egészséges fiatalokon, tehát az E- vitamin szedésével már a huszonéves korosztályban is kedvezo hatás érheto el. Alapállapotban a plazma E- vitaminszintje és az a. carotis rugalmassága nem függött össze. Korábbi vizsgálatokban sem találtak összefüggést az a. brachialis
16
disztenzibilitása és a plazma E- vitaminszintje vagy az antioxidáns státusz között. Esetünkben az is hozzájárulhat e negatív eredményhez, hogy a vitaminszedés megkezdése elott alanyaink E-vitaminszintjének szórása meglehetosen alacsony volt. A kiindulási, kezelés alatti és a kezelés abbahagyása után adatokat együtt vizsgálva viszont szignifikáns összefüggés mutatkozott a plazma E-vitaminszintje és az a. carotis rugalmassági mutatói között. Az E-vitamin érfalra gyakorolt hatása összetett és részleteiben tisztázatlan. Feltételezésünk szerint az E- vitamin a NO inaktivációjának gátlásával és a következményes simaizomtónus-csökkenéssel javíthatja az endothelfunkciót, amely funkcionális változás az a. carotis tágulékonyságának növekedését eredményezheti. Mivel a disztenzibilitás relatíve gyorsan no a vitaminszedés során, majd szintúgy gyorsan csökken a kezelés abbahagyása után, az érfalstruktúra változása valószínutlen. E hipotézist az inkrementális elasztikus modulus változatlansága is alátámasztja. Az a. carotis rugalmasabbá válásával egyidejuleg a BRS is fokozódott: a baroreflexindexekben 30-60 %-os növekedést tapasztaltunk. A BRS tehát nagyobb mértékben növekedett, mint az a. carotis rugalmassága, amelyért a neurális komponens változása lehet felelos. Az antioxidáns kezelésrol kimutatták, hogy megelozi a szabadgyökök okozta baroreceptor-aktivitás csökkenését, és a NO elérhetoségének sinuscsomóbeli növelésével a szív válaszkészségét is javíthatja.
A 90-es években kifejlesztett ultrahangos, automatikus falmozgásköveto rendszerrel idáig csak a testfelszínhez közeli, nagy artériákat vizsgálták. Az ultrahangforrás és a célszerv közti kis távolság lehetové tette a nagy felbontású, 7,5-10 MHz-es transducerek használatát, ami jó térbeli feloldóképességet (50-200 ? m) eredményezett. Mivel az aortaív a suprasternalis ároktól 4-7 cm mélyen helyezkedik el, vizsgálata során 3,5 MHz-es transducert alkalmaztunk, amelynek 0,5 mm a felbontóképessége. Ily módon a mintegy 25 mm széles aortaív átméroje kb. 1 mm pontossággal határozható meg. A WTS alkalmazása a disztenzió mérése szempontjából sokkal kedvezobb. Miután a program meghatározta az érfal helyzetét, és beállította a mintavételezési ablakot, az alkalmazott keresztkorrelációs algoritmus révén pár mikrométer pontossággal képes követni az érfal elmozdulását.
17
A vizsgálatban részt vevo 56 személy közül 6-nál nem tudtunk az aortaívrol disztenziós hullámot regisztrálni. Kétféle anatómiai helyzet tette sikertelenné a mérést. Az egyik esetben az a. brachiocephalica és az a. carotis communis sinistra olyan közel eredtek egymáshoz, hogy a köztük lévo szakasz nem tette lehetové az elso és hátsó fal parallel mozgásának vizsgálatát. A másik esetben az ultrahanghullámok a sup rasternalis árokból nem merolegesen érkeztek az elso és hátsó érfalra. Az általunk mért érátméro és érfal-rugalmassági mutatók jól egyeznek a korábban számos más módszerrel nyert adatokkal, az egyezés különösen a disztenzibilitási koefficiens szempontjából figyelemreméltó. A WTS módszer alkalmazásával az aortaív rugalmasságának az életkor elorehaladtával bekövetkezo csökkenését is reprodukálni tudtuk. A felületesen elhelyezkedo a. carotis vizsgálatának reprodukálhatóságát Kool és mtsai határozták meg, eredményeik megegyeznek a mieinkkel. Az aorta átmérojét és rugalmasságát
vizsgáló
eljárások
reprodukálhatóságáról
kevesebb
ismerettel
rendelkezünk, az aortaív mérésérol pedig egyáltalán nem közöltek e tekintetben eredményeket. Az általunk meghatározott reprodukálhatósági mutatók (2,3-4,2 % az érátmérore és 8-18 % az érfalrugalmasságra) az aorta más szakaszain mért adatokkal közel egyeznek, vagy azoknál jobbak. A legmagasabb értékeket (17-18 %) az intersession vizsgálat kapcsán mértük; e variabilitás részben az átlagnyomás és a pulzusnyomás mérések közti változásának következménye. Az artériás átlagnyomás intersession variabilitása 3,3 %, a pulzusnyomásé 8,2 % volt. Az artériás nyomás pontosabb, intravascularis katéterrel vagy a SphygmoCor készülékkel történo mé rése lehetséges, hogy csökkentette volna az intersession mérések variabilitását. Elobbit etikai megfontolásból nem alkalmaztuk, utóbbi a vizsgálat idején nem állt rendelkezésünkre.
Következtetések 1. Intenzív izommunka során a baroreceptorok ingere fokozódik, az a. carotis nyomásátméro összefüggése felfelé tolódik. A dinamikus nyomás-átméro összefüggés meredeksége, a baroreflex-érzékenység mechanikus komponense csökken. 2. Közvetlenül az izommunka megszakítása után az artériás vérnyomás még magas, az a. carotis összehúzódik. A vasoconstrictio a baroreceptorokat tehermentesíti. Egy
18
órával a terhelés után hypotonia lép fel, az a. carotis átméroje megno, az a. carotis nyomás-átméro összefüggésének meredeksége is fokozódik. 3. Az artériás baroreflex érzékenysége minden vizsgált alanyban jól korrelált az a. carotis rugalmasságának változásával, ami arra utal, hogy a baroreflex mechanikus komponensének változása dönto szereppel bír a BRS terhelés utáni alakulásában. 4. Egy hónapnyi E-vitaminszedés szignifikánsan javította az a. carotis rugalmasságát és a baroreflex érzékenységét egészséges fiatalokban. 5. E-vitaminszedés
hatására
a
baroreflex-érzékenysége
nagyobb
mértékben
fokozódott, mint az a. carotis rugalmassága, ami a javulás hátterében neurális tényezok részvételét is feltételezi. 6. Egy hónappal az E-vitaminszedés abbahagyása után az a. carotis rugalmassága és a BRS visszatér a vitaminszedés elotti értékre. E megfigyelés is megerosíti, hogy az E-vitaminszedés az érfal funkcionális és nem strukturális jellemzoit befolyásolja. 7. Az automatikus falmozgásköveto technikával elsoként regisztráltuk non- invazív módon az aortaív disztenziós hullámát. 8. Az aortaív átmérojének és rugalmassági mutatóinak mérése jól reprodukálható a WTS technikával. 9. Az aortaív rugalmasságának életkorfüggo csökkenése a WTS technikával reprodukálható. A WTS módszer tehát az aortaív rugalmasságának rutin meghatározására alkalmas eljárás.
19
Saját közlemények jegyzéke Az értekezés témájában írt közlemények
1. Studinger P, Lénárd Z, Reneman RS, Kollai M. Measurement of aortic arch distension wave with the echo-track technique. Ultrasound Med and Biol 2000; 26(8): 1285–1291.
IF: 1,822
2. Studinger P, Lénárd Z, Kováts Z, Kocsis L, Kollai M. Static and dynamic change s in carotid artery diameter in humans during and after strenuous exercise. J Physiol 2003; 550: 575–583.
IF: 4,650
3. Studinger P, Mersich B, Lénárd Z, Somogyi A, Kollai M. Effect of Vitamin E on carotid artery elasticity and baroreflex gain in young, healthy adults. Auton Neurosci 2004. In press.
IF: 1,305
Az értekezés témájától eltéro közlemények
1. Lénárd Z, Studinger P, Kováts Z, Reneman RS, Kollai M. Comparison of aortic arch and carotid sinus distensibility in humans – relation to baroreflex sensitivity. Auton Neurosci 2001; 92: 92–99.
IF: 1,305
2. Visontai Z, Lénárd Z, Studinger P, Rigó J Jr, Kollai M. Impaired baroreflex function during pregnancy is associated with stiffening of the carotid artery. Ultrasound Obstet Gynecol 2002; 20(4): 364–369.
IF: 1,806
3. Lénárd Z, Studinger P, Mersich B, Kollai M. Static versus dynamic distensibility of the carotid artery in coronary artery disease. Cardiologica Hungarica 2004; 34: 2–7
20
4. Mersich B, Rigó J Jr, Lénárd Z, Studinger P, Visontai Z, Kollai M. Carotid artery stiffening does not explain baroreflex impairment in preeclampsia. Clin Sci 2004. In press.
5.
IF: 2,336
Lénárd Z, Studinger P, Mersich B, Kocsis L, Kollai M. Maturation of cardiovagal autonomic function from childhood to young adult age. Circulation 2004. In press.
IF: 11,164
Idézheto eloadáskivonatok
1. Fülöp D, Lénárd Z, Studinger P, Jokkel G, Kollai M. Pressure–diameter relation in the carotid artery during and after dynamic exercise. Joint Meeting of the Physiological Society and the Hungarian Physiological Society, May 27–29, 2000. Budapest , J Physiol 526: 146, 2000.
IF: 4,727
2. Kollai M, Kováts Z, Studinger P, Lénárd Z. Carotid artery distensibility and baroreflex sensitivity are reduced in young normotensives with a parental history of hypertension. Clin Auton Res 3(11): 211, 2001.
IF: 0,942
3. Kollai M, Lénárd Z, Studinger P, Mersich B, Kocsis L. Simple non-invasive assessment of the mechanical baroreflex gain. Experimental Biology, San Diego, U.S.A. 2003. FASEB J.
IF: 8,817
21
