Doppler-Ultraschall-basierte Beurteilung des Beinblutflusses bei einbeinigen Kniestreckübungen in einer unkontrollierten Umgebung

Zusammenfassung

In dieser Test-Retest-Studie wurde der Blutfluss in den Beinen untersucht, der mit der Doppler-Ultraschalltechnik während einer einbeinigen Kniestreckerübung gemessen wurde. Die Within-Day-, Between-Day- und Inter-Rater-Reliabilität der Methode wurde untersucht. Der Ansatz zeigte eine hohe Zuverlässigkeit innerhalb eines Tages und eine akzeptable Zuverlässigkeit zwischen den Tagen. Die Inter-Rater-Reliabilität war jedoch in Ruhe und bei geringer Arbeitsbelastung inakzeptabel niedrig.

Zusammenfassung

Der Doppler-Ultraschall hat die Beurteilung des Organblutflusses revolutioniert und wird häufig in der Forschung und im klinischen Umfeld eingesetzt. Während die Doppler-Ultraschall-basierte Beurteilung des Blutflusses der kontrahierenden Beinmuskeln in Studien am Menschen üblich ist, erfordert die Zuverlässigkeit dieser Methode weitere Untersuchungen. Daher zielte diese Studie darauf ab, die Reliabilität von Doppler-Ultraschall innerhalb eines Tages, eines Test-Wiederholungstests zwischen den Tagen und der Inter-Rater-Reliabilität zur Beurteilung des Beinblutflusses in Ruhe und bei abgestuften einbeinigen Kniestreckungen (0 W, 6 W, 12 W und 18 W) zu untersuchen, wobei die Ultraschallsonde zwischen den Messungen entfernt wurde. Die Studie umfasste dreißig gesunde Probanden (Alter: 33 ± 9,3 Jahre, männlich/weiblich: 14/16 Jahre), die das Labor an zwei verschiedenen Versuchstagen im Abstand von 10 Tagen aufsuchten. Die Studie kontrollierte nicht auf größere Störfaktoren wie Ernährungszustand, Tageszeit oder Hormonstatus. Über verschiedene Trainingsintensitäten hinweg zeigten die Ergebnisse eine hohe Reliabilität innerhalb des Tages mit einem Variationskoeffizienten (CV) von 4,0 % bis 4,3 %, eine akzeptable Reliabilität zwischen den Tagen mit einem CV von 10,1 % bis 20,2 % und eine Inter-Rater-Reliabilität mit einem CV von 17,9 % bis 26,8 %. Daher kann in einem realen klinischen Szenario, in dem die Kontrolle verschiedener Umweltfaktoren eine Herausforderung darstellt, Doppler-Ultraschall verwendet werden, um den Blutfluss in den Beinen während einer submaximalen einbeinigen Kniestreckerübung mit hoher Zuverlässigkeit innerhalb des Tages und akzeptabler Zuverlässigkeit zwischen den Tagen zu bestimmen, wenn sie von demselben Sonographen durchgeführt wird.

Einleitung

Der in den 1980er Jahren eingeführte Doppler-Ultraschall wurde in großem Umfang eingesetzt, um den kontrahierenden Muskelblutfluss zu bestimmen, insbesondere im einbeinigen Kniestreckermodell, das die Messung des Blutflusses in der Arteria femoralis communis (CFA) während der Aktivierung kleiner Muskelmasse ermöglicht 1,2,3,4,5,6 . Die Doppler-Ultraschall-basierte Blutflusstechnologie hat wertvolle Einblicke in die Gefäßregulation in verschiedenen Bevölkerungsgruppen geliefert, darunter gesunde Erwachsene ^7,8, Personen mit Diabetes⁹, Bluthochdruck 10, COPD 11,12 und Herzinsuffizienz ^13,14.

Ein Vorteil des Doppler-Ultraschalls ist seine Nicht-Invasivität im Vergleich zu anderen Methoden zur Bestimmung des Blutflusses wie der Thermodilution, und er kann bei Bedarf mit einer arteriellen und venösen Katheterisierung kombiniert werden 3,4,6,15. Es ermöglicht auch die Messung der Blutflussgeschwindigkeit von Schlag zu Schlag, wodurch schnelle Veränderungen erkannt werden^{können 16}. Doppler-Ultraschall-basierte Blutmessungen haben jedoch Einschränkungen, einschließlich Schwierigkeiten bei der Erzielung stabiler Aufzeichnungen bei übermäßiger Bewegung der Gliedmaßen bei nahezu maximaler Belastungsintensität und die Anforderung einer Ultraschallzugänglichkeit zum Zielblutgefäß, mit Ausnahme von Auswertungen während des Ergometer-Radfahrens¹⁵. Daher eignet sich das einbeinige Kniestreckermodell gut für die LBF-Bewertung mittels Doppler-Ultraschall während dynamischer Belastung bei submaximalen Intensitäten¹⁷, minimiert den Einfluss von belastungsbedingten Herz- und Lungeneinschränkungen und erleichtert Vergleiche zwischen gesunden Probanden und Patienten mit kardiopulmonalen Erkrankungen¹¹.

Obwohl es weit verbreitet ist, wurde die Reliabilität zwischen den Tagen des einbeinigen Kniestreckermodells mittels Doppler-Ultraschall in den letzten Jahrzehnten nicht in größerem Maßstab untersucht, wobei frühere Studien kleine Populationen (n = 2) umfassten3,18,19,20.

Ziel dieser Studie war es, (1) die Reliabilität innerhalb eines Tages zu untersuchen, (2) die Reliabilität zwischen den Tagen und (3) die Inter-Rater-Reliabilität von Doppler-Ultraschall für die LBF-Bewertung während einer einbeinigen Kniestreckerübung bei 0 W, 6 W, 12 W und 18 W. Die Messungen wurden in einem klinisch realistischen Szenario durchgeführt, bei dem die Sonde zwischen den Messungen entfernt wurde. Es ist wichtig zu beachten, dass mehrere intrinsische und extrinsische Umweltfaktoren, von denen bekannt ist, dass sie LBF beeinflussen, während der Messungen nicht kontrolliert wurden, was zu Variabilität führen und die Zuverlässigkeit beeinträchtigen könnte. Unter Berücksichtigung der Fortschritte in der Doppler-Ultraschalltechnologie und der Software zur Blutflussanalyse stellten wir die Hypothese auf, dass selbst in einer unkontrollierten Umgebung eine akzeptable Zuverlässigkeit von LBF-Messungen innerhalb und zwischen den Tagen bei allen Intensitäten erreicht werden kann, wenn sie vom selben Sonographen durchgeführt werden.

Protokoll

Die Studie wurde von der regionalen Ethikkommission der Hauptstadtregion Dänemarks (Aktenzeichen H-21054272) bewertet, die feststellte, dass es sich um eine Qualitätsstudie handelte. In Übereinstimmung mit der dänischen Gesetzgebung wurde die Studie daher vor Ort vom internen Forschungs- und Qualitätsverbesserungsausschuss der Abteilung für klinische Physiologie und Nuklearmedizin, Rigshospitalet, genehmigt (Aktenzeichen. KF-509-22). Die Studie wurde nach den Richtlinien der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Alle Probanden gaben vor der Einschreibung eine mündliche und schriftliche Einverständniserklärung ab. Männer und Frauen im Alter von ≥18 Jahren wurden in die Studie eingeschlossen. Personen mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit, Herzinsuffizienz, neurologischen und muskuloskelettalen Erkrankungen, die die KEE-Anstrengung behindern, und Krankheitssymptomen innerhalb von 2 Wochen vor der Studie wurden ausgeschlossen.

1. Einrichtung des Teilnehmers

1. Platzieren Sie den Teilnehmer auf dem einbeinigen Kniestreckstuhl, wobei der Rücken des Teilnehmers gegen den Stuhl lehnt (Ergänzende Abbildung 1). Ziehen Sie dem Teilnehmer Unterwäsche an, die den Zugang zur Leistenregion mit einer Ultraschallsonde ermöglicht.
2. Platzieren Sie drei EKG-Elektroden (siehe Materialtabelle) auf dem Teilnehmer. Platzieren Sie die Elektroden auf der rechten Seite der Brustwand im dritten Zwischenrippenraum, auf der linken Seite im dritten Zwischenrippenraum und auf der linken Seite im elften Zwischenrippenraum, so dass die Elektroden gleich weit vom Herzen entfernt sind.
3. Platzieren Sie den Teilnehmer in einem >90-Grad-Winkel zwischen Bauch und Oberschenkel.
4. Stellen Sie den Arm, der den Einkniestreckstuhl mit dem Schwungrad verbindet, so ein, dass der Teilnehmer das Knie vollständig ausstrecken kann.
5. Binden Sie das Bein des Teilnehmers fest an das Pedal des Stuhls, um den Einsatz von Muskeln im unteren Teil der Gliedmaße zu vermeiden.
6. Stellen Sie einen Stuhl oder eine Bank auf, um das inaktive Bein zu stabilisieren.
   HINWEIS: Der Winkel von >90 Grad gilt als Minimum. Durch die Vergrößerung des Winkels wird der Leistenbereich geöffnet und ermöglicht einen besseren Zugang zur Oberschenkelarterie mit der Ultraschallsonde. Dieser Ansatz wird häufig verwendet, wenn Probanden eine abdominale Adipositas haben, die das Scannen beeinträchtigen kann.
   Das Hinzufügen von Widerstand zum einbeinigen Kniestreckstuhl erfolgt je nach Typ und Modell unterschiedlich und wird daher nicht im Detail beschrieben. Es kann sowohl absolute als auch relative Intensität angegeben werden. Um die relative Intensität zu ermitteln, führen Sie am Vortag einen Test bis zur Erschöpfung durch.

2. Aufbau des Ultraschallgerätes

1. Drücken Sie die Taste Einschalten .
2. Klicken Sie auf Patient , um eine Datei zu erstellen, in der die Untersuchung gespeichert wird. Bewegen Sie den Cursor auf "Neuer Patient" und drücken Sie die Eingabetaste. Füllen Sie die "Patienten-ID" aus, bewegen Sie den Cursor auf "Erstellen" und drücken Sie die Eingabetaste (ergänzende Abbildung 2 und ergänzende Abbildung 3).
3. Drücken Sie auf Sonde, wählen Sie die lineare Sonde (9 MHz) und tragen Sie Ultraschallgel (siehe Materialtabelle) auf die Sonde auf.
   HINWEIS: Es ist nicht möglich, die Daten des Teilnehmers zu speichern, ohne eine "Patienten-ID" zu vergeben. Die Zuordnung weiterer Daten zu diesem Blatt ist möglich, aber für die Durchführung der Untersuchung nicht erforderlich.

3. Doppler-Ultraschalluntersuchung

1. Bedienen Sie die lineare Sonde mit der Hand, die dem Teilnehmer am nächsten ist, und platzieren Sie sie in der Leistenregion. Finden Sie sorgfältig den besten arteriellen Abschnitt für LBF-Messungen. Diese befindet sich unterhalb des Leistenbandes und 3-4 cm oberhalb der Bifurkation der Arteria femoralis communis auf einem geraden Segment der Arterie.
2. Halten Sie die Sonde senkrecht zum Gefäß. Drücken Sie die 2D-Taste und machen Sie ein Querschnittsbild der Arteria femoralis communis (CFA).
3. Optimieren Sie die Verstärkung und Tiefe, die während des gesamten Experiments beibehalten werden müssen, um sicherzustellen, dass sich die Arterie in der Mitte des Bildschirms befindet und das Blut schwarz ist. Drehen Sie die Gain-Taste im Uhrzeigersinn, um die Verstärkung zu erhöhen, und gegen den Uhrzeigersinn, um die Verstärkung zu verringern. Drehen Sie die Tiefe im Uhrzeigersinn, um die Tiefe zu erhöhen, und gegen den Uhrzeigersinn, um sie zu verringern.
   HINWEIS: Siehe Ergänzende Abbildung 2 und Ergänzende Abbildung 3 für die Lokalisierung der Tasten und Ergänzende Abbildung 4 für ein Ultraschallbild, das mit Verstärkung und Tiefe optimiert ist.
4. Drücken Sie im 2D-Modus einmal auf "Einfrieren " und scrollen Sie mit dem Trackball, um ein endsystolisches Bild zu finden. Führen Sie dies unter EKG-Kontrolle durch, indem Sie das Bild am Ende der T-Welle anhalten.
5. Drücken Sie einmal Messen , bewegen Sie den Cursor auf die oberflächliche Intimschicht der Arterie und drücken Sie die Eingabetaste. Bewegen Sie den Cursor in die tiefe Intimaschicht der Arterie und drücken Sie dann die Eingabetaste , um den Durchmesser an der Endsystole zu erhalten. Der Durchmesser wird in der oberen linken Ecke angezeigt.
6. Drücken Sie Freeze und drehen Sie die Sonde um 90 Grad im Uhrzeigersinn, während Sie die Arterie in der Mitte des Bildschirms halten und parallel zur Arterie halten, um eine Längsansicht zu erstellen. Drücken Sie die Pulswellentaste PW und drücken Sie dann Messen. Dadurch wird ein Dropdown-Menü auf der rechten Seite des Bildschirms erstellt. Bewegen Sie den Cursor auf CFA und drücken Sie die Eingabetaste.
7. Bewegen Sie den Cursor auf "Auto" und drücken Sie die Eingabetaste. Bewegen Sie den Cursor auf "Durchflussvolumen" und drücken Sie die Eingabetaste. Bewegen Sie den Cursor auf "Live", und drücken Sie die Eingabetaste , um die Ablaufverfolgung abzurufen, und beenden Sie den Vorgang mit einmaligem Drücken von Messen .
8. Ermitteln Sie die Geschwindigkeit bei einem möglichst geringen Beschallungswinkel und immer unter 60 Grad. Drehen Sie die Taste Lenkwinkel im Uhrzeigersinn, um ihn zu verringern, und gegen den Uhrzeigersinn, um ihn zu erhöhen. Drehen Sie die Schaltfläche Winkelkorrektur , um sicherzustellen, dass die Spur mit dem Cursor horizontal zur Arterie erstellt wird, wie in der ergänzenden Abbildung 4 dargestellt.
9. Drücken Sie Sample vol ., um die Breite der Arterie anzupassen und sich von den Wänden der Arterie fernzuhalten. Um die Stichprobengröße zu verringern, drücken Sie den Pfeil nach links. Um die Stichprobengröße zu erhöhen, drücken Sie den Pfeil nach rechts.
10. Erfassen Sie die Spur der Blutflussgeschwindigkeit mit gleichzeitiger 2D-Visualisierung der Arterie und audiovisueller Rückmeldung der Blutgeschwindigkeit. Stellen Sie sicher, dass der Ton eingeschaltet ist, indem Sie die Tontaste im Uhrzeigersinn drehen.
11. Rufen Sie die erste Ablaufverfolgung ab, während Sie mindestens 30 Sekunden lang im Sitzen ruhen, und drücken Sie zweimal auf Image Store , um die Ablaufverfolgung zu speichern. Weisen Sie den Teilnehmer dann an, während des Tests ein Tempo von 60 Umdrehungen pro Minute (RPM) einzuhalten und nur den Quadrizepsmuskel für die Beinstreckung zu verwenden und den hinteren Oberschenkelmuskel entspannt zu halten. Halten Sie die Sonde während des gesamten Experiments fixiert.
12. Weisen Sie den Teilnehmer an, ein Tempo von 60 Umdrehungen pro Minute (RPM) bei 0 W einzuhalten und nur den Quadrizepsmuskel zu verwenden, um die Beinstreckungen auszuführen und den hinteren Oberschenkelmuskel entspannt zu halten. Halten Sie die Sonde während des gesamten Experiments fixiert und drücken Sie zweimal auf Image Store , um die Ablaufverfolgung zu speichern.
13. Fügen Sie Widerstand hinzu und lassen Sie den Teilnehmer mindestens 150 Sekunden Training absolvieren, bevor er die 30 Sekunden Ablaufverfolgung erhält, und drücken Sie dann zweimal auf Image Store , um die Ablaufverfolgung zu speichern.

4. Quantifizierung des Blutflusses

1. Sobald Sie alle Bilder erhalten haben, klicken Sie auf Überprüfen.
2. Drücken Sie Track Ball , bewegen Sie den Cursor auf das gewünschte Bild und doppelklicken Sie auf Enter.
3. Sobald die gewünschte Spur erscheint, drücken Sie Messen und bewegen Sie den Cursor im Dropdown-Menü auf der rechten Seite des Bildschirms auf "Durchflussvolumen" und drücken Sie die Eingabetaste.
4. Bewegen Sie den Cursor auf das 2D-Ultraschallbild, drücken Sie die Eingabetaste, ziehen Sie den Cursor, bis er den im Ruhezustand gemessenen Durchmesser erreicht, und drücken Sie erneut die Eingabetaste.
5. Drehen Sie die Cursor-Auswahltaste zweimal im Uhrzeigersinn und wählen Sie die 30 s Leiterbahn, die zwischen zwei vertikalen Linien angezeigt wird, indem Sie den Trackball scrollen und die Eingabetaste drücken.
6. Berechnen Sie den LBF als Produkt aus der mittleren Blutgeschwindigkeit (cm/s) und der Querschnittsfläche der Oberschenkelarterie (² cm), die in der oberen linken Ecke angezeigt wird.
   HINWEIS: Führen Sie vor der Datenanalyse eine Qualitätskontrolle durch visuelle Inspektion der Spur durch und schließen Sie Pulswellen aus, die von Bewegungsartefakten sowie unregelmäßigen Herzschlägen beeinflusst werden. Es ist möglich, die Winkelkorrektur nach Abschluss der Untersuchung anzupassen, indem Sie die Taste Winkelkorr . im Uhrzeigersinn drehen, um sie zu verringern, und gegen den Uhrzeigersinn, um sie zu erhöhen, um sicherzustellen, dass sich der Cursor horizontal zur Arterie befindet.

Ergebnisse

Teilnehmer
Von Mai 2022 bis Oktober 2022 wurden insgesamt dreißig gesunde Männer und Frauen für die Teilnahme an der Studie rekrutiert. Alle Teilnehmer hatten keine Vorgeschichte von Herz-Kreislauf-, Stoffwechsel- oder neurologischen Erkrankungen. Sie wurden nicht angewiesen, ihre üblichen Gewohnheiten zu ändern, einschließlich Koffein, Alkohol, Nikotin, intensiver Bewegung oder anderer Faktoren, die möglicherweise die Gefäßfunktion beeinträchtigen könnten.

Diskussion

In dieser Studie wurde die Zuverlässigkeit der Doppler-Ultraschallmethodik zur Beurteilung des Beinblutflusses (LBF) während einer submaximalen einbeinigen Kniestreckerübung bei gesunden Teilnehmern untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Reliabilität innerhalb eines Tages und eine akzeptable Reliabilität zwischen den Tagen, während die Inter-Rater-Reliabilität im Ruhezustand und bei 0 W als inakzeptabel eingestuft wurde.

Obwohl das Entfernen der Sonde zwischen den Messungen nur ge...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
EKO GEL	EKKOMED A7S	DK-7500 Holstebro
RStudio, version 1.4.1717	R Project for Statistical Computing
Saltin Chair			This was built from an ergometer bike and a carseat owned by Professor Bengt Saltin. The steelconstruction was built from a specialist who custommade it.
Ultrasound apparatus equipped with a linear probe (9 MHz, Logic E9)	GE Healthcare	Unknown	GE Healthcare, Milwaukee, WI, USA
			Ultrasound gel