Bestimmung der hepatischen Clearance zur Diagnostik der Leberperfusion bei leichter, intensiver und maximaler körperlicher Belastung

Aus dem Zentrum Anästhesiologie Abteilung I der

Medizinischen Hochschule Hannover

Dissertation

zur Erlangung des Doktorgrades der Humanbiologie der Medizinischen Hochschule Hannover

vorgelegt von

Andreas Oberbach aus Leipzig

Bestimmung der hepatischen Clearance zur Diagnostik der Leberperfusion bei leichter, intensiver und maximaler körperlicher

Belastung

Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover

am 15.02.2006

Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover

Präsident: Prof. Dr. Bitter-Suermann Betreuer: Prof. Dr. Bernhard Panning Referenten: Prof. Dr. Martin Wolfgang Busse Koreferent: Prof. Dr. Klaus Friedrich Gratz Koreferent: Prof. Dr. Uwe Tewes

Tag der mündlichen Prüfung: 27.04.2006

Promotionsausschussmitglieder:

Prof.’in Dr. Dr. Mechthild Neises Priv.-Doz. Dr. Uwe Tegtbur Prof. Dr. Gerolf Gros Prof. Dr. Uwe Tewes

Die vorliegende Arbeit verdankt ihren Abschluss der Mitarbeit und Hilfe zahlreicher Personen.

Mein Dank gilt Herrn Prof. Dr. med. Panning sowie Herrn Prof. Dr. med Busse und insbesondere Herrn Dr. rer. nat. Radon für die wertvolle Unterstützung und die hilfreichen Anregungen.

Darüber hinaus bin ich Herrn Peter Peschel, Frau Jacqueline Böck, Frau Grit Böhme, Frau Annett Isaak sowie Frau Barbara Härtwig für die Realisierung der umfangreichen Forschung und ihrem stetigen Bemühen dankbar.

Mein Dank gilt ferner allen Probanden, die sich für die Untersuchung zur Verfügung gestellt haben.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung………

2. Theoretische Grundlagen………

2.1. Physiologische Anpassung an körperliche Belastungen……….

2.2. Die Funktion der Leber und ihre Durchblutung

2.2.1. Anatomischer Aufbau und Funktion der Leber………

2.2.2. Die Physiologie der Leberdurchblutung………

3. Zielstellung und Arbeitshypothesen

3.1. Zielstellung………..

3.2. Arbeitshypothesen…….………..

4. Material und Methode………

4.1. Probandendarstellung………..

4.2. Durchführung allgemeingültig für alle Untersuchungen……….

4.2.1. Kontraindikation für die Infundierung von 40 % Sorbitlösung………

4.2.2. Testdurchführung

4.2.2.1.Serie 1 Leberdurchblutung während eines Drittel Maximaltest auf der Basis der theoretischen Maximalleistung nach Hollmann

und Hettinger………

4.2.2.2 Serie 2 Leberdurchblutung während einer maximalen Ausbelastungsuntersuchung mit 25 Watt Steigerungsstufen

pro 3 Minuten………

4.2.2.3 Serie 3 Leberdurchblutung während einer maximalen Ausbelastungsuntersuchung mit 10 Watt Steigerungsstufen

pro Minute……….

4.2.2.4 Serie 4 Leberdurchblutung während eines Dauertests im

Bereich der ermittelten Dauerleistungsfähigkeitsgrenze……….…

4.3 Analytik

4.3.1 Analyseverfahren der Sorbitkonzentration im Plasma und Urin……….

4.3.2 Analyseverfahren Gesamteiweiß……….

1

2 3

3 4

6 7

8 8 10 13

14

16

17

18

20 22 Seite

4.4 Berechnungen zur Bestimmung der Leberparenchymdurchblutung………..22

4.4.1. Berechnungen für die Sorbit-Clearancewerte………..22

4.4.2. Infusionsrate und Dosisberechnung……….23

4.4.3. Gesamturinausscheidung………..23

4.4.4. Berechnung des Prozentsatzes der mit dem Urin ausgeschiedenen Dosis……24

4.5. Analyseverfahren Laktat 4.5.1. Ziel und Vorgehensweise der Gewinnung………...26

4.5.2. Auswertung der Laktat- Leistungskurven……….26

4.5.3. Ausgewählte Schwellentheorien 4.5.3.1 Die 4mmol/l Schwelle nach MADER……… 4.5.3.2 Individuell anaerobe Schwelle nach KEUL und SIMON………28

4.5.3.3 Individuell anaerobe Schwelle nach STEGMANN………..29

4.5.3.4 Individual anaerobic threshold nach BUNC………...30

4.5.3.5 Der „Senkentest“ nach BRAUMANN……….31

4.6. Analyseverfahren Elektrolyte 4.6.1. Ziel der Elektrolytbestimmung……….32

4.6.3. Analyse.………32

4.7. Analyseverfahren Säure-Basen-Status 4.7.1. Ziel der Bestimmung des Säure-Basen-Status……….33

4.7.2. Analysegerät zur Bestimmung des Säure-Basen-Status………...33

4.7.3. Bestimmung der anaeroben Schwelle anhand des Standardbikarbonats………...34

4.8. Analyseverfahren Spirometrie 4.8.1. Ziel der Spirometrie………..35

4.8.2. Bestimmung der aerob/anaeroben Schwelle (V-Slope-Methode)………35

4.8.3. Zusammenhang VO₂ und Herzminutenvolumen………..35

4.9. Statistik……….……..37

5. Ergebnisdarstellung 5.1. Änderung der Leberdurchblutung in unterschiedlichen Belastungsphasen 5.1.1. Serie 1 Leberdurchblutung während eines Drittel Maximaltest auf der Basis der theoretischen Maximalleistung nach HOLLMANN und HETTINGER 5.1.1.1. Einzelfalldarstellung……….………..….39 5.1.1.2. Mittelwertdarstellung……….………..………

22 22 23 23 24

26 26

27 28 29 30 31

32 32

33 33 34

35 35 35 37

39 42 Seite

5.1.2. Serie 2 Leberdurchblutung während einer maximalen

Ausbelastungsuntersuchung mit 25 Watt Steigerungsstufen pro 3 Minuten

5.1.2.1. Einzelfalldarstellung………..………..49

5.1.2.2. Mittelwertdarstellung………..….51

5.1.3. Serie 3 Leberdurchblutung während einer maximalen Ausbelastungsuntersuchung mit 10 Watt Steigerungsstufen pro Minute 5.1.3.1. Einzelfalldarstellung………...….58

5.1.3.2. Mittelwertdarstellung………...…60

5.2. Vergleich der Leberdurchblutung zwischen Serie 1 – 3 5.2.1 Vergleich der totalen Clearance (CLTOT)……….………..….68

5.2.2 Vergleich der hepatischen Clearance (CLHEP)………69

5.2.3 Vergleich der renalen Clearance (CLREN)………...70

5.2.4 Vergleich des Leberblutflusses (EHBF)………71

5.2.5 intraindividueller Vergleich des Leberperfusion………...72

5.3. Vergleich der Leberdurchblutung im Doppelstufentest versus Dauertest 5.3.1 Serie 4 Leberdurchblutung während eines Dauertests im Bereich der ermittelten Dauerleistungsfähigkeitsgrenze 5.3.1.1. Einzelfalldarstellung………...……….84

5.3.1.2. Mittelwertdarstellung………...86

5.3.2 Vergleich der Belastungsstufen der Serie 3 versus Serie 4………...89

5.4. Leberparenchymdurchblutung im Bereich der aerob/anaeroben Schwelle………….96

5.4.1 Vergleich der relativen Leistung zum Zeitpunkt der AT……….96

5.4.2 Vergleich der abhängigen Variablen zum Zeitpunkt der AT………..107

5.5. Zusammenhang verschiedener Belastungsparameter und der hepatischen Clearance (CLHEP)………111

6. Disskusion 6.1. Vergleich der Serien 1, 2 und 3..………..……….………….………...135

6.1.1 Hepatische Clearance unter Ruhebedingungen……… 6.1.2 Hepatische Clearance unter Belastungsbedingungen………... 6.1.3 EHBF unter Belastung……….144

EHBF unter Ruhebedingungen und in der aeroben Belastungsphase.………..

EHBF in der submaximalen und maximalen Belastungsphase ………..

49 51

58 60

68 69 70 70 72

84 86 89 96 96 107

111

135 138 140 148 148 150 Seite

EHBF in der Nachbelastungsphase……….

Einfluss eines Doppelstufentests auf die EHBF………

6.1.4 Zusammenhang zwischen CLHEP und der Leberdurchblutung……...…….….148 6.2. Methodenkritik………..153

7. Zusammenfassung………..……….156

8. Literaturverzeichnis……….160

Anhang

A Anhang Material und Methoden B Anhang Ergebnisdarstellung

152 154 156 157

162

167 Seite

ACTH ...adrenocorticotropes Hormon AT ...anaerobe Schwelle ATP ...Adenosintriphosphat

BE ...Basenüberschuss (Basenexsess) BF ...Atemfrequenz

ClHEP ...hepatische Clearance ClREN ...renale Clearance ClTOT ...totale Clearance

Cl_HEP/kg ...hepatische Clearance pro Kilogramm Körpergewicht CRP ...C-reaktives Protein

EHBF ...estimated hepatic bloodflow (geschätzte hepatische Blutfluss) EHPF ...estimated hepatic plasmaflow (geschätzter hepatischer Plasmafluss) ERPF ...estimated renal plasmaflow (geschätzter renaler Plasmafluss) EHBF_HZV ...estimated hepatic bloodflow (HZV-korrigiert)

GFR ...glomuläre Filtrationsrate γGT ...Glutaryl-Transaminase GLM ...general linear model

GOT ...Glutamat-Oxalacetat-Transaminase GPT ...Glutamat-Pyruvat-Transaminase H⁺ ...Wasserstoffproton

H0 ...0-Hypothese

HA/gerichtet ...Alternativ-Hypothese (gerichtet) HA/ungerichtet ...Alternativ-Hypothese (ungerichtet) HB ...Hämoglobin

HCO3- ...Hydrogencarbonat (Bicarbonat) Hf ...Herzfrequenz

HGH ...human growth hormone (humorale Wachstumshormon) HMV ...Herzminutenvolumen

HK ...Hämatokritwert HZV ...Herzzeitvolumen

IAS ...individuelle anaerobe Schwelle ICG ……..Indocyanine Green Clearance KG ...Körpergewicht

kg ...Kilogramm

KOF ...Körperoberfläche LDB ...Leberdurchblutung LDH ...Laktatdehydrogenase LLK ...Laktatleistungskurve mmHg ...Millimeter Quecksilbersäule MW ...Mittelwert

NAD⁺ ...Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid

NADH ...Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid (reduziert) n.B. ...nach Belastung

OH^- ...Hydroxidion

p ...property factor (Wahrscheinlichkeitsfaktor) P_max ...maximale Leistungsfähigkeit

PAH ...p-Aminohippursäure PB ...Pufferbasen

pCO₂ ...partialer Kohlendioxiddruck pO₂ ...partialer Sauerstoffdruck

pH-Wert ...negative dekad. Logarhythmus der Wasserstoffkonzentration r ...Korrelationskoeffizient

RPE ...Rating of Perceived Exertion RQ ...Respiratorischer Quotient RRdia ...diastolischer Blutdruck RRsys ...systolischer Blutdruck RRmittel ...mittlerer Blutdruck

SB-Status ...Säure-Basen-Status SD ...Standartabweichung

SPSS ...statistic programs for social sciense ST-Faser ...slow twich faser

UE ...Untersuchungsende U0 ...Untersuchungsbeginn VCO2 ...Kohlendioxidvolumen VE ...Atemminutenvolumen VO₂ ...Sauerstoffvolumen

VO_2max ...maximales Sauerstoffvolumen V_T ...Atemzugvolumen

1. Einleitung

In der Leistungsphysiologie werden unterschiedliche Stoffwechsel-, Elektrolyt-, Ventilations- und Kreislaufparameter zur Kennzeichnung der relativen und absoluten Ausbelastung bei körperlicher Arbeit genutzt. Mittels der Spiroergometrie werden die Veränderungen des respiratorischen Gasaustausches im Verlauf einer körperlichen Belastung untersucht. Die Spiroergometrie gilt heute als die Methode in der kardiopulmonalen Diagnostik und der Bestimmung der psycho-physischen Leistungsfähigkeit, die dem Untersucher von allen nicht-invasiven Untersuchungsverfahren die umfassendste Beurteilung der körperlichen Leistungsfähigkeit ermöglicht (HOLLMANN W. ET AL.1976, 1980). Sie diagnostiziert die kardiopulmonalen Funktionen bei körperlicher Belastung, so z.B. bei der Indikationsstellung von herzchirurgischen Eingriffen, zur Abklärung einer mit anderen diagnostischen Verfahren nicht erklärbaren Belastungsdyspnoe (REINHARD U.1979). In der Literatur werden spiroergometrische Untersuchungen beschrieben, die mit verschiedenen Kollektiven und vor allem anhand verschiedener Untersuchungsprotokolle durchgeführt wurden, so dass eine Vergleichbarkeit der Untersuchungsergebnisse nur bedingt möglich ist. Parameter der Spiroergometrie sind Ausdruck der Ausdauerleistungsfähigkeit und korrelieren mit den biochemischen Prozessen der Energiebereitstellung (ATP) in der Skelettmuskulatur. Da energiereiche Reserven (Kreatinphosphat, Glykogen) nur begrenzt im Skelettmuskel vorliegen, wird der Muskel im Prozess der Belastung durch die Leber und das Fettgewebe unterstützt.

Die in der Leber hormonell induzierte Glykogenolyse garantiert den Nachschub an Glucose im Organismus unter körperlicher Belastung. Deren Abtransport wird von der hepatischen Mikrozirkulation bestimmt, die wiederum durch zahlreiche belastungsspezifische Faktoren beeinflusst wird (vegetatives Nervensystem, Katecholamine, usw.). Die Änderung der Leberperfusion in Ruhe und unter psycho- physiologischer Belastung ist ein Maß für die Änderung der Mikrozirkulation der Leber. In der Vergangenheit wurden zahlreiche Untersuchungen zur Bestimmung der Leberperfusion initiiert (MOLINO 1965, BUSSE, 1989; NORDHUSEN, 1995). Ein besonderes Augenmerk lag auf der Veränderung der Leberperfusion unter Belastungsbedingungen (ZEEH ET AL,1988;BUSSE ET AL.1998).

Welchen Einfluss eine stetige Steigerung der Belastung mit einer anschließenden aktiven Erholungsphase und einer erneuten Belastungssteigerung (Charakter der extensiven Intervallmethode) auf die enzymatische Aktivität der Leber hat, wurde bis zu

1.

diesem Zeitpunkt noch nicht hinreichend untersucht, und soll einer Klärung zugeführt werden. Die Funktion der Leber hängt in hohem Maße von der metabolischen Kapazität der Leberzellen, der Sauerstoffzufuhr und der Versorgung der Leber mit Stoffwechselprodukten ab. Die vorliegende Studie soll insbesondere klären, inwieweit die metabolische Kapazität der Leber durch unterschiedliche Belastungsanforderung, im Sinne unterschiedlicher Belastungssteigerungsstufen, eingeschränkt wird. Die klinische Relevanz dieser Fragestellung findet sich vor allem in der rehabilitativen und präventiven Bewegungstherapie wieder. Von besonderem Interesse sind die Erkenntnisse für therapeutische Belastungsprogramme. Bewegungsprogramme für Adipositaspatienten, Diabetespatienten und anderen Stoffwechselerkrankten beruhen im hohem Maße auf der Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit und somit der Stoffwechselkapazität aller Organe. Vorrangig finden Dauerbelastungen in der Bewegungstherapie unterhalb bzw. im Grenzbereich des aerob-anaeroben Stoffwechselübergangs statt. Zur Verbesserung der Grundlagenausdauer und somit der Regenerationsfähigkeit ist in der Sportwissenschaft und der Sportmedizin der Einsatz von Dauermethoden als auch Intensivintervallmethoden Standard. Die Sorbitclearancemethode gestattet eine indirekte Bestimmung der Leberdurchblutung unter genannten Belastungsbedingungen. Für den erfolgreichen therapeutischen Einsatz von Intervallmethoden in der täglichen Praxis von rehabilitativen und präventiven Maßnahmen sind Kenntnisse über den Einfluss von Belastungsstufen auf die Stoffwechselkapazität und die Durchblutung der Leber von großer Bedeutung.

Diese Studie soll einen Beitrag für die Entwicklung von zukünftigen Belastungsprogrammen hinsichtlich der Verbesserung der aerob-anaeroben Stoffwechselkapazität des Organismus leisten.

2. Theoretische Vorbetrachtung

2.1 Physiologische Anpassung an körperliche Belastungen

Ergometeruntersuchungen werden als Laufband- und Fahrradergometrien, als Dauerbelastungen unterschiedlicher Intensität und Dauer sowie als Maximalbelastungen mit verschiedenen Steigerungsstufen bis zur individuellen Erschöpfung durchgeführt (DETTMER-FLÜGGE, 1995). Die maximale Herzfrequenz bleibt unbeeinflusst von der Belastungsart oder Körperhaltung, sinkt aber mit höherem Lebensalter und ist bei Frauen niedriger als bei Männern gleicher Größe (BERG A. ET AL.1990,BRUCE R.A. ET

1.

AL.1973,JONES N.L ET AL.1985,TURCOTTE LP. ET AL.1992). Die Hauptenergiequelle für den Stoffwechsel bei Belastung sind Fette und Kohlenhydrate, während Eiweiße in der Regel keine Rolle spielen (GOLLNICK P.D. 1985, HENRIKSSON J. 1991, WASSERMAN D.H. ET AL. 1991). Der relative Anteil der einzelnen Substrate am Energiestoffwechsel hängt von der Belastungsintensität, der Belastungsdauer, der Diät vor der Belastung sowie dem Ernährungs- und Trainingszustand ab. Bei kurzdauernden Maximalbelastungen wird neben der Glucose, die aus dem Abbau des Muskelglykogens gewonnen wird, vorrangig die Plasmaglucose verstoffwechselt, die durch die hepatische Glycogenolyse bereitgestellt wird (FELIG P. ET AL.1975, WASSERMAN ET AL.1991).

Die Glycogenolyse wird durch einen belastungsinduzierten Insulinabfall und Glucagonanstieg stimuliert (WASSERMAN ET AL. 1991). Plasma-Adrenalin- und Noradrenalin-Konzentrationen steigen stark an (BERG ET AL.1990,SULLIVAN M.J. ET AL 1987). Ein verbesserter Trainingszustand, im Sinne einer erhöhten Belastungsverträglichkeit durch den Organismus, bedeutet eine Zunahme der oxidativen Kapazität der Muskeln und erlaubt es, dass bei Dauerbelastungen die Aufnahme freier Fettsäuren in der Muskulatur stetig steigt, während Untrainierte stärker auf die Glucoseaufnahme angewiesen sind (TURCOTTE L.P ET AL.1992). Physiologisch kommt es bei einer submaximalen Dauerbelastung zu einem Insulinabfall und zu einem Anstieg von Glucagon, Katecholaminen, Cortisol und Wachstumshormonen (AHLBORG G. ET AL. 1974, CAMPILLO B. ET AL. 1990, FELIG P ET AL. 1975, WAHREN J. ET AL. 1971, WASSERMAN ET AL.1991).

2.2 Die Funktionen der Leber und ihre Durchblutung 2.2.1 Anatomischer Aufbau und Funktion

Die Leber ist mit 1500 Gramm die größte exokrine Drüse des Organismus. Ihre besondere Stellung im Stoffwechsel ergibt sich aus der Spezifität verschiedener Reaktionen (z.B. Ketonkörperbildung) und auf Grund der großen Masse an Zellen. Die Funktion der Leber hängt von der metabolischen Kapazität der Leberzellen, der Sauerstoffzufuhr, dem Antransport der Substrate mit dem Blut über die Pfortader und die Leberarterie ab. Ferner ist ein Transport der Metabolite durch die Lebervenen, die Beschaffenheit und Durchgängigkeit der Gallengänge sowie insbesondere der Perfusion von Bedeutung (WILKINSON UND SHAND 1975). Die Versorgung der Leber zur Aufrechterhaltung ihrer Funktion erfolgt über die Arteria hepatica sowie über den Pfortaderkreislauf. Das Volumen und die Zusammensetzung des Blutes, welches die

2.

Leber durchströmt, sind die Hauptdeterminanten der hepatozellulären Funktion (OHNHAUS,E.E.1979).

Folgende Aufgaben lassen sich der Leber zuschreiben:

Nicht jede Leberzelle nimmt jede Aufgabe gleichzeitig wahr. Innerhalb der Läppcheneinheiten laufen zeitliche und räumliche Funktionsänderungen ab. Auch die Richtung der Läppchendurchblutung übt einen Einfluss darauf aus (von peripher nach zentral). Nach einer Modellvorstellung von Leonhardt (LEONHARDT.H.1985) laufen in der Außenzone mehr oxidative und in der Innenzone mehr anaerobe Prozesse ab.

2.2.2 Die Physiologie der Leberdurchblutung

Die Perfusion eines Organs ist allgemein abhängig von der vom Herzminutenvolumen vorgegebenen Stromstärke, vom Strömungswiderstand und von der Viskosität des Blutes (RÜDIGER, W. 1987). Das Splanchnikusgebiet verfügt über ca. 20 Prozent des gesamten Blutvolumens (PREISIG, R. 1975, WITZLEB, E. 1983). Die Leber weist eine doppelte Versorgung auf. Den Schenkel des nutritiven Kreislaufs bildet die Arteria hepatica und den des funktionellen Kreislaufs die Vena portae. Die Vena portae passieren etwa 1100 ml Blut/min (RÜDIGER,W. 1987), das sind etwa zwei Drittel des Gesamtleberblutflusses. Dieser beträgt bei Tier und Mensch ca. 100 ml Blut/min ^x 100 g Lebergewebe (BAUEREISEN,E. ET AL.1975,GEORGE,C.F.1979,MATERN,S.1987) und entspricht somit etwa 25 Prozent des kardialen Ausstoßes (OHNHAUS, E.E. 1979, PFEIFER, S. ET AL. 1988, PREISIG, R. 1975, WITZLEB, E. 1983). Das Blut der beiden Kreisläufe, etwa 1100 bis 1800 ml/min (KNORRE, W.A. 1981, PREISIG, R. 1975, RÜDIGER,W.1987), vermischen sich in den Lebersinosuiden.

Unter Ruhebedingungen werden etwa 25 Prozent der Sinosuide „aktiv“ durchblutet. Die verbleibenden 75 Prozent des Herzzeitvolumens befinden sich in der Blutspeicherphase (DRAGOSICTS, B. 1979). Neben dem System der Sinosuide existiert ein weitgehend unabhängiges, von den Ästen der Arteria hepatica versorgtes, Blutkapillarnetz. Dieses

- Syntheseleistungen (Bereitstellung von Blutgerinnungsfaktoren, Albumin) - Speicherung von Vitaminen

- Hormoninaktivierung (Insulin, Aldosteron, Cortisol, Noradrenalin) - Biotransformation (Entgiftung/Giftung)

- Homöostatische Regulation des Glucose-, Aminosäure- und Fettsäurespiegels - Aufgaben in der Verdauung (Fettemulgierung durch Gallensäuren)

2.

Kapillarsystem versorgt lediglich ca. 10 Prozent des Leberparenchyms (FÖLDI, M.

1979). Eine zusätzliche Versorgung der Leber kann über akzessorische Leberarterien aus der Arteria gastrica sinistra, der Arteria mesenterica superior oder der Arteria gastroduodenalis erfolgen (DRAGOSICTS,B. 1979,SCHUMACHER,H.J 1985). Die Leber verfügt über intra- und extrahepatische Shunts (BIRCHER,J.1978). Unter funktionellen Gesichtspunkten hat die portalvenöse Leberdurchblutung im Vergleich mit der arteriellen Versorgung eine größere Bedeutung; sie erfüllt wesentliche Aufgaben hinsichtlich der Nutrition, des Metabolismus, der Trophik und der Strukturerhaltung der Leber sowie der Homöostase (THIEL,H.1979). Das Lebervolumen und der scheinbare Leberfluss nehmen mit dem Alter ab (MONTGOMERY,P.R. ET AL.1988,VESTAL,R.E. ET AL. 1979, A.J.J. WOOD ET AL. 1979). Unabhängig vom Alter besteht zwischen dem Lebervolumen und dem scheinbaren Leberblutfluss eine signifikante Korrelation (WYNNE,H.A. ET AL.1989).

Im Focus der Forschung vergangener Jahre (NORDHUSEN 1995, MOLINO ET AL. 1987, ZEEH ET AL. 1988, KARAKATSANIS 1992, FEBBRAIO ET AL. 2002) stand die Herauskristallisierung von Untersuchungsmethoden zur Bestimmung der Leberperfusion und der Blutvolumenbestimmung unter Belastung. Es entwickelten sich verschiedene Herangehensweisen an die Bestimmung der Leberperfusion unter Belastung. Die durch MOLINO ET AL. (1987), ZEEH ET AL. (1988) und NORDHUSEN

(1995) evaluierten Clearance-Methoden, dopplersonographische Blutflussmessungen (DORMANN 1999) und nuklearmedizinische Möglichkeiten für hämodynamische und metabolische Untersuchungen in Ruhe und unter Belastung (BUSKIES 1986, FEINENDEGENET AL. 1972, HARFET AL. 1978, HEIDENREICHET AL.1975,HÖCK ET AL. 1978,KUIKKA ET AL.1975,SCHITTIK 1984,SPOHR 1985,VYSKA ET AL.1982,WIJNS ET AL.1985,YI-MING LE ET AL.2003,CHENG ET AL.2002).

Ein großes Interesse in der Sportmedizin gilt der Untersuchung der Durchblutung innerer Organe bei körperlicher Arbeit. Dem entsprechend befasste sich eine Vielzahl von Autoren mit einschlägigen Untersuchungen (BUBENHEIMER ET AL.1977,EKELUND ET AL. 1967,HECK 1974, HOLLMANN ET AL. 1969,ISKANDRIAN ET AL.1981, OKADA

1979, WADE 1962, ZEEH ET AL. 1988). In der vorliegenden Studie wählten wir das Verfahren zur Bestimmung der hepatischen Clearance durch die Infundierung von Sorbitol auf der Basis der Erkenntnisse von MOLINOET AL. (1987), ZEEH ET AL. (1988), SMITH ET AL. (1946)undNORDHUSEN (1995).

2.

3. Zielstellung und Arbeitshypothesen 3.1 Zielstellung

Das Ziel dieser Studie ist es, mittels der Plasmasorbitkonzentrationsänderung die enzymatische Aktivität der Leber sowie die hieraus ermittelte Leberperfusion und deren Änderung in Abhängigkeit unterschiedlicher spiroergometrischer Belastungsprotokolle zu eruieren. Durch die Bestimmung von Zusammenhangsmaßen zwischen der hepatischen Clearance und den abhängigen Variablen der Spiroergometrie, wie Herzfrequenz, Sauerstoffaufnahme, Laktatkonzentration, Atemminutenvolumen sowie der Kaliumkonzentration, soll zukünftig indirekt auf die Leberperfusion geschlossen werden. Mit der vorliegenden Studie soll weiterhin geprüft werden, inwieweit definierte physische Belastung als Modell für eine reproduzierbar induzierte Minderperfusion der Leber genutzt werden kann. Aus den Erkenntnissen sollen Ableitungen für belastungstherapeutische Programme zur Verbesserung der Grundlagenausdauer und somit der Regenerationsfähigkeit von Patienten erschlossen werden

Folgende Fragen werden einer Klärung zugeführt:

1. Wie verändert sich die Leberparenchymdurchblutung in unterschiedlichen Belastungsphasen in Abhängigkeit differenzierter Belastungsuntersuchungen?

2. Gibt es Unterschiede zwischen den Belastungsserien in ihrer Entwicklung bezugnehmend auf die Leberparenchymdurchblutung sowie die renale Clearance?

3. Unterscheidet sich die Leberdurchblutung im Doppelstufentest von einer Belastung im Steady-State-Test bei gleicher gegebener Leistung von 40 % Pmax

und 60 % Pmax?

4. Wie gestaltet sich die EHBF im Bereich der aerob/anaeroben Schwelle in Abhängigkeit unterschiedlicher Belastungsprotokolle? Welche Schwelle erweist sich als konstruktvalide in den differenzierten Testprotokollen?

5. Ergeben sich Zusammenhänge zwischen der Änderung des extrahepatischen Blutflusses (EHBF) und der Leistung (Prelativ) sowie kardiopulmonalen Belastungsparametern wie Herzfrequenz (Hf), Atemzeitvolumen (VE), Sauerstoffaufnahme (VO2) und klinisch chemischen Parametern (Kalium, Laktat)?

3.

3.2. Arbeitshypothesen

Hypothese 1:

H0: Die Leberdurchblutung ändert sich im Verlauf des Doppelstufentests nicht!

HA/ungerichtet: Die Leberdurchblutung ändert sich im Verlauf des Doppelstufentest!

HA/gerichtet: Die Leberdurchblutung verringert sich im Verlauf des Doppelstufen- tests!

Hypothese 2:

H0: Es gibt keine Unterschiede in der Entwicklung der Leberparenchym- durchblutung zwischen den Testserien 1-3!

HA/ungerichtet: Es gibt einen Unterschied in der Entwicklung der Leberparenchym- durchblutung zwischen den Testserien 1-3!

Hypothese 3:

H₀: Es gibt keine Zusammenhänge zwischen der hepatischen-Clearance und kardiopulmonalen sowie klinisch-chemischen Parametern der Leistungsdiagnostik!

HA/ungerichtet: Es gibt Zusammenhänge zwischen der hepatischen-Clearance und kardiopulmonalen sowie klinisch-chemischen Parametern der Leistungsdiagnostik!

Hypothese 4:

H0: Die Leberdurchblutung unterscheidet sich im Doppelstufentest nicht von der des Steady-State-Tests bei gleicher gegebener Leistung!

HA/ungerichtet: Die Leberdurchblutung unterscheidet sich im Doppelstufentest von der des Steady-State-Tests bei gleicher gegebener Leistung!

HA/gerichtet: Die Leberdurchblutung unterscheidet sich im Doppelstufentest von der des Steady-State-Tests bei gleicher gegebener Leistung dahingehend, dass die Änderung der Leberdurchblutung im Steady- State-Test in Bezug auf Ruhebedingungen niedriger ausfällt als die Änderung der Leberdurchblutung in der Testserie 3 (10 Watt Steigerung pro Minute)!

3.

4. Material und Methode

Die extrarenale Sorbit-Clearance kann als Maß für die Leberparenchymdurchblutung (Leber-Plasmafluß) angesehen werden. Mit Ausnahme der Niere, die zu ca. 3% Sorbit extrahiert, metabolisiert die Leber ausschließlich das Sorbitol (ZEEH ET AL. 1988).

Wahrscheinlich entspricht die renale Sorbit-Clearance der glomulären Filtrationsrate (SMITH ET AL.1946). In der Studie verwendete man die Sorbitmethode zur Bestimmung der Mikrozirkulationsänderung unter verschiedenen Belastungsbedingungen.

Der Zusammenhang zwischen Leberdurchblutung und körperlicher Belastung soll differenziert dargestellt werden. Sorbit (auch Sorbitol) eignet sich hierfür hervorragend als Testsubstanz, denn es erfüllt folgende Anforderungen:

4.1 Probandendarstellung

An der Studie nahmen 10 Probanden, 4 weibliche und 6 männliche im Alter von durchschnittlich 23±1 Jahren teil. Tabelle 4.1.1 (SEITE 9) stellt die Mittelwerte der soziodemographischen Daten sowie der anthropometrischen Messgrößen dar. Tabelle 4.1.2 verdeutlicht die Leberenzymwerte, gemessen 10 Minuten vor Sorbitinfundierung.

Acht Probanden sind zum Zeitpunkt der Studie Studenten der Sportwissenschaftlichen Fakultät und 2 Probanden Studenten der Medizinischen Fakultät. Die Teilnehmer treiben regelmäßig Sport, ohne jedoch leistungssportliche Ambitionen.

Der Umfang ihrer sportlichen Tätigkeit beträgt ca. 2 Stunden pro Woche. Innerhalb der Studie wurden 4 verschiedene Belastungstests (Spiroergometrie) durchgeführt, wobei Test 1 im folgenden als Drittel Maximaltest nach HOLLMANN/HETTINGER (1982), Test 2 als 25 Watt Test und Test 3 als 10 Watt Test bezeichnet werden. Test 4 stellt ein Steady- State-Test dar, welcher zur Validierung bzw. als Referenztest dient. Mit Ausnahme des Tests 4 wurden alle Untersuchungen als Doppelstufentests mit jeweiliger maximaler

- eine hepatische Extraktionsrate von annähernd 1,0 - Metabolisierung vorwiegend in der Leber

- keine Enzymsättigung, sondern eine Kinetik erster Ordnung - gute und einfache Bestimmbarkeit

- gute Reproduzierbarkeit

- keine Toxizität für Probanden ( VGL.NORDHUSEN 1995,S.73 FF).

4.

Ausbelastung durchgeführt. Die unterschiedlichen Belastungstests sind die unabhängigen Variablen und werden im Verlauf der Arbeit in Bezug auf die abhängigen Variablen univariat und multivariat betrachtet.

Tab. 4.1.1: Darstellung der anthropometrischen Messgrößen, deren Mittelwerte und Standardabweichung. Des Weiteren werden die soziodemographischen Daten zur Charakteristik der Grundgesamtheit aufgeführt. Körperdepotfett und Muskelmasse werden relativ in Beziehung zur Gesamtkörpermasse errechnet, sowie absolut dargestellt.

(MW = Mittelwert, SD = Standardabweichung, KOF = Körperoberfläche)

Prob.

Nr. Alter Geschlecht Gewicht In kg

Körpergröße In cm

Körperdepotfett In %

Körperdepotfett In kg

Muskelmasse

%

KOF In m²

1 24 M 85 189 12,5 10,6 44,5 2,12

2 24 M 88 180 19,0 16,7 45,8 2,08

3 24 W 60 162 18,7 11,2 43,8 1,64

4 21 W 60 171 12,5 7,5 45,1 1,70

5 23 M 71 181 13,8 9,8 45,4 1,91

6 24 M 75 183 10,2 7,7 50,4 1,97

7 22 M 73 185 12,0 8,8 44,0 1,96

8 23 M 70 174 10,6 7,4 47,6 1,84

9 24 W 60 170 14,7 8,8 43,3 1,69

10 25 W 63 168 16,0 10,1 44,7 1,70

MW 23 70,5 176,3 14,0 9,9 45,5 1,86

SD 1 9,6 8,1 2,9 2,6 2,0 0,2

Tab. 4.1.2: Die Darstellung charakterisiert die Probanden im Rahmen der klinisch chemischen Leberfunktionsdiagnostik für Test 1-4. (GOT = Glutamat-Oxalacetat-Transaminase, GPT = Glutamat-Pyruvat-Transaminase, γGT = Glutaryl-Transaminase, MW = Mittelwert, SD = Standardabweichung)

Drittel max.-Test 10 Watt Steigerung 25 Watt Steigerung Dauertest

Prob.Nr. GOT GPT γ GT GOT GPT γ GT GOT GPT γ GT GOT GPT γ GT

1 10,3 16,6 6,56 7,48 12,9 9,70 7,11 9,67 10,3 13,4 3,84 11,5 2 11,7 13,4 4,50 10,6 14,9 6,20 10,2 13,2 5,40 12,1 13,4 5,90 3 12,1 15,0 7,37 12,2 14,7 7,10 12,8 13,6 7,90 12,2 15,3 7,50 4 11,9 17,3 12,20 11,0 17,6 12,4 10,5 14,3 12,6 10,7 13,5 12,6 5 11,8 13,9 6,99 10,1 12,6 5,98 11,6 13,0 6,30 12,1 12,4 5,70 6 9,20 14,3 5,10 7,80 17,8 4,76 8,20 16,4 6,20 10,1 12,5 8,20 7 9,30 12,7 4,50 9,80 10,2 5,10 8,70 14,2 5,00 9,80 11,7 5,10 8 16,6 29,6 33,00 10,3 28,1 31,0 7,33 27,4 30,3 16,4 29,9 32,7 9 10,2 13,3 8,3 7,48 17,1 6,99 10,5 17,6 5,09 10,5 12,5 12,6 10 11,1 14,2 10,2 11,8 13,9 7,18 11,0 14,6 12,4 10,7 14,3 12,9 MW 11.4 16.0 9.9 9.9 16.0 9.6 9.8 15.4 10.1 11.8 13.9 11.5 SD 2.0 4.7 8.1 1.6 4.6 7.4 1.8 4.5 7.3 1.9 6.1 7.7

Proband 8 hat durchgängig pathologische Leberenzymwerte im Verlauf aller Testserien.

Klinische Untersuchungen ergaben jedoch keinen Hinweis auf Lebererkrankungen.

4.

4.2. Durchführung allgemeingültig für alle 4 Serien

Nach Anamnese, klinischer Voruntersuchung vor jedem Test sowie Aufklärung über eventuelle Nebenwirkungen und Risiken der Untersuchungen (ANHANG A1), gaben alle Probanden ihre schriftliche Einverständniserklärung (ANHANG A2). Alle Untersuchungen fanden unter Aufsicht eines approbierten Arztes statt. Abbildung 4.2.1 gibt Auskunft über die Vor-, Haupt-, und Nachuntersuchungen im Verlauf aller 4 Testserien. Anamnese, echokardiographische Befunderhebung, Lungenfunktionstest sowie anthropometrische Befundung erfolgten nur einmalig, ca. 1 Woche vor Studienbeginn. Ruhe-EKG und die Parameter der klinischen Chemie wurden vor jedem Test erhoben.

Den nüchternen Probanden wurden jeweils ein peripher-venöser Zugang (VENENVERWEILKANÜLE JOHNSON UND JOHNSON,4070BL,22G–16G) am rechten und linken Unterarm gelegt. Da die Studie gleichsam das Ziel verfolgte, arteriell-venöses Blut mit kapillar-Blut zu vergleichen (BÖHME ET AL. 2003), war es notwendig, am rechten Unterarm im Bereich Vena cephalica, Vena basilica bzw. Vena intermedia cubiti die Punktion durchzuführen.

Nur in 2 Fällen musste im Verlauf der Untersuchung eine erneute Punktion erfolgen, da aus der peripheren Vene nicht hinreichend Blut extrahiert werden konnte. Der Zugang im linken Arm über die Vena intermedius cubiti diente der Sorbit-Infusion mit einer Infusionsrate von 8 ml/h (entspricht 53 mg/min) (ZEEH ET AL.1988) sowie einer NaCL 0,9 % (PHYSIOLOGISCHE KOCHSALZLÖSUNG, FRESENIUS DEUTSCHLAND, IC 1802) mit einer Infusionsrate von 40 ml/h über ein Dreiwegehahnsystem (BRAUN-DISCOFIX-3, 04082060) Die Infusion mittels Perfusor (FM-BRAUN,TYP 871422/3 BZW.FM-BRAUN, TYP 871582/3) wurde jeweils 2 Stunden vor dem eigentlichen Testbeginn angelegt.

Die Blutentnahme erfolgte mittels heparinisierten S Monovetten (2,5 ML DER FIRMA

SARSTEDT GMBH) und mit Calciumheparinat (20000 E, RATIOPHARM® GMBH, PZN - 3029814) präparierten 2 ml Einwegspritzen (HEILAND, BEST.NR. 9197001). Die Infusionsrate wurde zur Vermeidung von Venenschäden (VGL.NORDHUSEN,1995) mit 8 ml/h niedrig gewählt.

4.

Abb. 4.2.1: Darstellung der allgemeinen und speziellen Untersuchungen im Verlauf der Studie. Unter allgemeinen Untersuchungen verstehen wir die Überprüfung des allgemeinen Gesundheitszustandes des Herz- Kreislaufsystems und unter speziellen Untersuchungen verstehen wir die Diagnostik am Tag der jeweiligen Testserie.

Allgemeine Voruntersuchungen:

- Anamnese-Fragebogen - Anthropometrie

- Lungenfunktionstest - Echokardiographie

- Ruhe EKG, Blutdruck, Hf

- Klinische Chemie (CRP. GOT, GPT, GT, HK, HB)

Spezielle Voruntersuchung am Testtag:

- Anamnese - Ruhe EKG

- Sorbitkonzentration im Urin und venösen Blut

- Klinische Chemie (CRP, GOT, GPT, GT, Blutzucker, HK, HB, SB-Status) - Fragebogen Abele und Brehm

Spezielle Untersuchungen während des Tests:

- EKG Diagnostik - Spirometrie

- Klinische Chemie/Hämatologie

° Elektrolyte (Na, K, Cl)

° SB-Status (Astrup), Sauerstoffsättigung

° Laktat

° Blutzucker

° Sorbitkonzentration

Spezielle Untersuchungen im Testanschluss:

- EKG Überwachung

- Sorbitkonzentration im Urin - Fragebogen Abele und Brehm

4.

Während der gesamten Untersuchungsdauer achtete man darauf, dass keinerlei Schmerzen durch Intimareizung auftraten. Die Ausgangswerte wurden jeweils vor dem Anlegen der Infusion erhoben. Die Applikation der Sorbitinfusionslösung erfolgte mittels Perfusor (FM-BRAUN, TYP 871422/3 BZW. FM-BRAUN, TYP 871582/3) sofort nach Erstblutentnahme. Vor jeder Blutentnahme, die genauen Zeitpunkte sind den einzelnen Serien zu entnehmen, wurden 2,5 ml Blut durch eine S Monovette abgezogen und als Totraumvolumen verworfen. Das gesamte Totraumvolumen, einschließlich Venenverweilkanüle und Dreiwegehahnsystem, berechneten wir mit 1,0 ml.

Direkt nach jeder Blutentnahme wurden Elektrolyte (RADIOMETER COPENHAGEN ABL 330 SOWIE PH, PCO2, PO2 (KONE,TYP 493CLASS I) gemessen. Der pO2 im gemischt arteriell-venösen Blut diente als Indikator für eine hinreichende Arterialisierung der Hautareale des rechten Unterarms. Das Maß der Auslenkung der Arterialisierung spielt jedoch in der hiesigen Studie keine wesentliche Rolle und wird nur randständig erwähnt.

Nach der Blutextraktion wurden die Proben in eisgekühltem Wasser gelagert. Nach Versuchsende erfolgte ihre Aufbereitung zur Bestimmung folgender Parameter:

In allen Untersuchungen mussten die Probanden vor Untersuchungsbeginn (U0) sowie nach Untersuchungsende (UE) die Harnblase vollständig entleeren, um mit Hilfe der exakten Urinvolumina die renale Sorbit-Clearance zu ermitteln.

In allen Serien wurden zusätzlich Lungenfunktionsparameter (ABB.4.2.1 SEITE 11) mittels Spiroergometriemessplatz der Firma Jäger Deutschland (JÄGER OXYCON ALPHA, TYP 39593003) erhoben und zur Kreislaufdiagnostik ein Dauer-EKG (ERGOLINE,TYP

ERGOSCRIPT EK 3012) angeschlossen. Die Reihenfolge der Tests wurde per Losverfahren ermittelt. Der zeitliche Abstand zwischen den Untersuchungen betrug mindestens 4 Tage, jedoch maximal 8 Tage. Die Vergleichbarkeit der Tests ist durch die randomisierte Aufteilung gegeben. Ein Trainingseffekt innerhalb der Testserien ist somit

- Gesamteiweiß - Blutlaktat

- Plasmasorbitkonzentration - Elektrolyte (Na, K, Cl)

- pCO₂, pO₂, pH, HCO₃^-, O₂-Sättigung

4.

nicht zu erwarten. Zur Erhebung der subjektiven Belastungsempfindung, welche als Ausbelastungskriterium zählt, nutzte man die RPE 10 von BORG (1995). Die Angaben erfolgten aller 3 Minuten nach Testbeginn.

Abb. 4.2.2: Darstellung der gemessenen und errechneten Lungenfunktionsparameter

4.2.1 Kontraindikation für die Infundierung von 40 % Sorbitlösung

Die hereditäre Fruktoseintoleranz (CHAMBERS UND PRATT 1956,FROESCH ET AL.1957, WAGNER UND WOLF 1984,ENDRESS 1988) gilt als Kontraindikation für den Einsatz der Sorbit-Infusion. Sie ist wegen der Gefahr einer Hypoglycämie und deren unabdingbaren Folgen dringend zu beachten (VGL.NORDHUSEN,1995).

Ein weiteres Problem der Anwendung von Sorbit (40%) stellt die Gefahr einer Intimareizung dar, die in einigen Fällen eine Thrombose verursachen kann. Diese Einschränkung der Methode kann bei einer Infusionsrate von 8 ml/h (53 mg/min) vernachlässigt werden (MOLINO ET AL. 1987, ZEEH ET AL. 1988, NORDHUSEN ET AL. 1995).

Allgemeine Kontraindikationen zur Durchführung des Belastungstests können dem Anhang entnommen werden (ANHANG A3).

- Sauerstoffaufnahme (VO2 in ml/min) - Respiratorischer Quotient (RQ)

- Kohlendioxydabgabe (VCO2 in ml/min) - Atemminutenvolumen (VE in L/min)

- Endexpiratorische CO2 Konzentration (FEV CO2 in vol.%) - Endexpiratorische O2 Konzentration (FEV O2 in vol.%)

- Endexpiratorischer Kohlendioxidpartialdruck (PET CO2 in mmHg) - Endexpiratorischer Sauerstoffpartialdruck (PET O2 in mmHg) - Atemäquivalent für Kohlendioxyd Produktion (EQ CO2) - Atemäquivalent für Sauerstoffverbrauch (EQ O₂)

- Atemzugvolumen (V_T in ml) - Atemfrequenz (BF in 1/min)

4.

4.2.2 Testdurchführung

4.2.2.1 Serie 1: Leberdurchblutung während eines Drittel Maximaltest auf der Basis der theoretischen Maximalleistung nach Hollmann und Hettinger 1982

Alle 10 Probanden (TABELLE 4.1.1, SEITE 9) nahmen an diesem Test teil. Die Untersuchungsbedingungen können der Abbildung 3 entnommen werden. Der Drittel Maximaltest wurde auf der Basis der theoretischen Maximalleistung dahingehend durchgeführt, dass aller 3 Minuten eine Steigerung pro errechnete Stufe erfolgte.

Abb. 4.2.3: Untersuchungsbedingungen zur Serie 1

Durchführung

Die eigentliche Versuchsdauer betrug 30 bis 40 Minuten, inklusive der Infusion vor dem Testbeginn ca. 2.30 h- 2.40 h. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Äquilibrierungszeit des Sorbit im Verteilungsraum ca. 2 Stunden beträgt (MOLINO ET AL. 1987). In einer Studie (VGL. NORDHUSEN, 1995) wurden Untersuchungen mit Bolusapplikation im Verlauf der Infundierung durchgeführt, um die Äquilibrationszeit zu verringern. Sie zeigte jedoch keinen wünschenswerten Effekt. Der Testablauf verlief an allen Untersuchungstagen, an denen Belastungsuntersuchungen im Sinne eines maximalen Spiroergometrie-Tests stattfanden, gleichermaßen. Im Vorfeld wurden die Probanden prämediziert und nach den Ausschlusskriterien mittels Echokardiographie, Ruhe EKG sowie klinischer Chemie untersucht (ABB.4.2.1,SEITE 11).

Zur Ermittlung psychophysischer Dispositionen verwendete man einen standardisierten Fragebogen nach Abele/Brehm vor sowie im direkten Anschluss nach jeder Untersuchung (ANHANG A4). Die Ermittlung der theoretisch maximalen Leistungsfähigkeit erfolgte auf der Basis einer publizierten Liste nach HOLLMANN UND

HETTINGER 1982 (ANHANG A5,A6). Der maximale Leistungswert wurde gedrittelt und die somit errechneten Stufen dienten als Steigerungsstufen aller 3 Minuten bis zur subjektiven Erschöpfung bzw. bis objektive Kriterien zum Testabbruch erreicht wurden (ANHANG A7). Die abhängigen Variablen (GRAFIK 4.2.1 – 4.2.3, SEITE 15-17) wurden

• Luftdruck 988 hPa ± 30 hPa

• Raumfeuchte 54 % ± 4 %

• Raumtemperatur 20 °C ± 1,5°C

4.

beginnend mit dem Ruhewert vor Belastung, aller 3 Minuten sowie mit Beginn der 3.

Minute der jeweiligen Belastungsstufe ermittelt. Die spirometrischen Daten konnten online im Mittel von 10 Sekunden Abständen gemessen werden. Im Anschluss der maximalen Ausbelastung fuhren die Probanden weitere 9 Minuten bei 25 % der maximalen Leistungsfähigkeit. Die Erhebung der abhängigen Variablen erfolgte nach 1, 3, 5, 7, 9 Minuten. Diese Phase der Belastung wird im Folgenden Erholungsphase genannt und ist als aktive Erholungsphase zu verstehen. Zur direkten Reproduktion der Untersuchungsergebnisse sowie zum Ermitteln einer Laktatsenke schloss sich unmittelbar an die aktive Erholung des 1.Tests ein weiterer an. Die Steigerungsstufen und die Zeitpunkte der Datengewinnung haben sich im Vergleich zum ersten Test nicht verändert. Abermals limitierte das subjektive Befinden bzw. objektive Ausbelastungkriterien den Zeitpunkt des Abbruchs mit anschließender aktiver Erholungsphase von 9 Minuten.

Grafik 4.2.1: Darstellung des Belastungsschemas der Testserie 1 mit Sorbit-Infusion zur Bestimmung der Leberperfusion. Die Leistungssteigerung erfolgte per definierten Testprozedere. Die theoretische Maximalleistung nach Hollmann und Hettinger 1982 wurde gedrittelt und der resultierende Wert als Basis der Steigerungsstufen aller 3 Minuten gewählt. Alle aufgeführten Parameter wurden, beginnend mit dem Ruhewert, in der 3. Minute der Belastungsstufe registriert, mit Ausnahme der spirometrischen Daten und der Herzfrequenz.

4.

EKG

Herzfrequenz Blutdruck Herzzeitvolumen Schlagvolumen

Lactat Kalium Natrium Chlorid

Sorbitkonzentration pO2, pCO2, pH V_E

VO2 VCO2 Atemfrequenz Atemzugvolumen (siehe Tab. 2)

Kardiale Parameter Pulmonale Parameter Klinische Chemie

3 Min.

3 Min.

9 Min.

25 % P

max

3 Min.

3 Min.

3 Min.

9 Min.

25 % P

max

3 Min.

Test 1 Pause 1 Test 2 Pause 2

Voruntersuchung, Ruhewerte

Belastungsstufen 1/3 der theoretischen Maximalleistung nach Hollmann/Hettinger 1982

4.2.2.2 Serie 2: Leberdurchblutung während einer maximalen Ausbelastungs- untersuchung mit 25 Watt Steigerungsstufen pro 3 Minuten (NACH WHO- RICHTLINIEN)

Die Untersuchungsbedingungen können der Abbildung 4.2.4 entnommen werden. Der Unterschied im Testprozedere findet sich in den Steigerungsstufen während der Belastungsphasen. Hier wählten wir eine Steigerung um 25 Watt pro 3 Minuten, beginnend mit 25 Watt, bis zum Zeitpunkt der Ausbelastung. Die aktive Erholungsphase wurde mit 25 % der jeweilig erreichten maximalen Leistung durchgeführt. Nach Ablauf von 9 Minuten aktiver Erholung begannen wir erneut mit 25 Watt Ausgangsbelastung (siehe Grafik 2).

Abb. 4.2.4: Mittelwertdarstellung der Untersuchungsbedingungen der Serie 2

Grafik 4.2.2: Darstellung des Belastungsschemas der Testserie 2 mit Sorbit-Infusion zur Bestimmung der Leberperfusion. Die Leistungssteigerung erfolgte per definierten Testprozedere in 25 Watt-Stufen aller 3 Minuten. Alle aufgeführten Parameter wurden in der 3. Minute der Belastungsstufe registriert, mit Ausnahme der spirometrischen Daten und der Herzfrequenz.

• Luftdruck 1001 hPa ± 21 hPA

• Luftfeuchte 53 % ± 5 %

• Raumtemperatur 21 °C ± 1,5°C

4.

EKG

Herzfrequenz Blutdruck Herzzeitvolumen Schlagvolumen

Lactat Kalium Natrium Chlorid

Sorbitkonzentration pO2, pCO2, pH VE

VO2 VCO2 Atemfrequenz Atemzugvolumen (siehe Tab. 2)

Kardiale Parameter Pulmonale Parameter Klinische Chemie 9 Min.

25 % P

max

3 Min.

3 Min.

3 Min.

9 Min.

25 % P

max

3 Min.

3 Min.

3 Min.

Belastungsstufen 25 Watt Steigerung aller 3 Minuten

Pause 1 Test 2 Pause 2

Voruntersuchung, Ruhewerte Test 1

4.2.2.3 Serie 3: Leberdurchblutung während einer maximalen Ausbelastungs- untersuchung mit 10 Watt Steigerungsstufen pro Minute

Das Probandenkollektiv unterlag demselben Testprozedere wie unter 4.2.2.1 beschrieben, mit Ausnahme der Steigerungsstufe, welche auf 10 Watt pro Minute festgelegt wurde und mit 30 Watt begann. Die aktive Pausengestaltung erfolgte mit 25 Prozent der jeweiligen maximal erreichten Leistung. Die Zeitpunkte der Datenerhebungen blieben identisch. Der Urinstatus wurde ebenfalls vor und nach dem Test erhoben. Die Testbedingungen können der Abbildung 4.2.5 entnommen werden.

Abb. 4.2.5: Mittelwertdarstellung der Untersuchungsbedingungen der Serie 3

Grafik 4.2.3: Darstellung des Belastungsschema einer spiroergometrischen Studie mit Sorbit-Infusion zur Bestimmung der Leberperfusion. Die Leistungssteigerung erfolgte per definierten Testprozedere in 10 Watt-Stufen pro Minute. Alle aufgeführten Parameter wurden aller 3 Minuten registriert, mit Ausnahme der spirometrischen Daten und der Herzfrequenz. Sie wurden online im Mittel von 10 Sekunden erhoben. Der Urin wurde vor und direkt im Anschluss an den Test entnommen.

• Luftdruck 990 hPA ± 27 hPa

• Luftfeuchte 53 % ± 6 %

• Raumtemperatur 20 °C ± 1,5°C

4.

EKG

Herzfrequenz Blutdruck Herzzeitvolumen Schlagvolumen

Lactat Kalium Natrium Chlorid

Sorbitkonzentration pO2, pCO2, pH V_E

VO2 VCO2 Atemfrequenz Atemzugvolumen (siehe Tab. 2)

Kardiale Parameter Pulmonale Parameter Klinische Chemie 9 Min.

25 % P_max

1 Min.

1 Min.

1 Min.

9 Min.

25 % P_max

1 Min.

1 Min.

1 Min.

Belastungsstufen 10 Watt Steigerung pro Minute

Test 1 Pause 1 Test 2 Pause 2

Voruntersuchung, Ruhewerte

3.2.2.4 Test 4: Leberdurchblutung während eines Dauertests im Bereich der ermittelten Dauerleistungsfähigkeitsgrenze

Dieser Test weicht zu der Durchführung von den vorangegangenen Untersuchungen ab.

Die Prämedikation sowie die Injektion der Sorbitlösung und die Bestimmung der abhängigen Variablen waren identisch (ABBILDUNG 4.2.1, SEITE 11). Zur Bestimmung der Dauerleistungsfähigkeitsgrenze und der daraus abgeleiteten Leistungsstufen nutzte man den Senkentest von BRAUMANN ET. AL. (1989). Nach 2-stündiger Sorbitinjektion mit 8 ml/h Infusionsrate zur Äquilibration der Sorbitkonzentration begann der Test 4 mit einer 9-minütigen Einfahrzeit mit 40 % der maximalen Leistungsfähigkeit. Hierbei diente Test 3 (10 Watt Steigerungsstufen pro Minute) als Referenztest für die Maximalleistung aller Probanden. Nach der Einfahrzeit fuhren die Probanden 18 Minuten mit jeweils 60 Prozent der maximalen Leistungsfähigkeit, und somit nur ca. 3-6 Prozent unter der Dauerleistungsfähigkeitsgrenze, welche im Senkentest ermittelt wurde.

Im Anschluss fuhren sie weitere 9 Minuten mit 25 Prozent ihrer maximalen Leistungsfähigkeit (GRAFIK 4.2.4,SEITE 19).

Die Datenerhebung erfolgte aller 3 Minuten für die Werte des subjektiven Belastungsempfindens, der klinischen Chemie und in den gemittelten 10- Sekundenabständen für die Lungenfunktionsparameter. Ein Dauer-EKG (ERGOLINE,TYP

ERGOSCRIPT EK 3012) diente der Überwachung der kardialen Leistungsfähigkeit. Der Fragebogen von Abele/Brehm (ANHANG A4) zur Ermittlung psychophysischer Dispositionen wurde unmittelbar vor und nach dem Test erhoben bzw. durch den Probanden selbst ausgefüllt.

Das Arterialisieren des rechten Unterarms war für diese Serie nicht indiziert. Somit nutzten wir die Vena intermedia cubitalis dexter als Punktionsort zur Extraktion des Blutes. Die Untersuchungsdauer betrug durchschnittlich 2,5 bis 3 Stunden. Die Rahmenbedingungen für die Testserie können Abbildung 4.2.6 entnommen werden.

Abb. 4.2.6: Mittelwertdarstellung der Untersuchungsbedingungen der Serie 4

• Luftdruck 987 hPa ± 19 hPa

• Luftfeuchte 60 % ± 3 %

• Raumtemperatur 20 °C ± 1,5°C

4.

Grafik 4.2.4: Darstellung des Belastungsschemas einer spiroergometrischen Studie mit Sorbitinfusion zur Bestimmung der Leberperfusion. Die Leistungssteigerung erfolgte durch vorgegebene Belastungsstufen, welche in der Testserie 3 auf der Basis der maximalen Ausbelastung ermittelt wurden. Der Test begann mit 40 % der max. Leistung. Nach 15 Minuten Belastung erfolgte eine Steigerung auf 60 % der max. Leistungsfähigkeit. Alle aufgeführten Parameter wurden aller 3 Minuten registriert, mit Ausnahme der spirometrischen Daten und der Herzfrequenz. Sie wurden online im Mittel von 10 Sekunden erhoben.

4.

EKG

Herzfrequenz Blutdruck Herzzeitvolumen Schlagvolumen

Lactat Kalium Natrium Chlorid

Sorbitkonzentration pO2, pCO2, pH V_E

VO2 VCO2 Atemfrequenz Atemzugvolumen (siehe Tab. 2)

Kardiale Parameter Pulmonale Parameter Klinische Chemie

9 Min.

25 % der maximalen Leistung 18 Min.

60 % der maximalen Leistung 9 Min.

40 % der maximalen Leistung

Dauertest auf der Basis der maximalen Leistungsfähigkeit

Test 1

Voruntersuchung, Ruhewerte Pause 2

4.3 Analytik

4.3.1 Analyseverfahren der Sorbitkonzentration im Plasma und Urin

Im Folgenden wird auf die Herstellung und Verarbeitung der notwendigen Standardlösungen, Verdünnungen und Plasmaproben zur enzymatischen Bestimmung der Sorbitkonzentration im Plasma (BÖHRINGER MANNHEIM, TESTKITT: D-SORBIT

0670057) verwiesen.

4.3.1.1 Herstellung der Standard-Lösung

Beide Standard-Lösungen dienten, in der enzymatischen Bestimmung der Sorbitkonzentration, der Qualitätskontrolle. Sie wurden in der Analytik aller 6 Proben mit bestimmt, finden aber in der Ergebnisdarstellung keine Berücksichtigung. Innerhalb der analytischen Bestimmung traten keine Abweichungen von den Standardwerten auf.

- Stamm-Lösung 1

10 g Sorbit (99%) (ART.NR. 7759, D-SORBIT 99%, MERK, DARMSTADT) wurden in bidestilliertem H₂O gelöst und im Anschluss auf ein Volumen von 1 Liter mit H₂O aufgefüllt. Die Konzentration der Lösung entspricht 9,9 g/l und somit 54,34 mmol/l Sorbit

- Standard-Lösung 1

10 μl der Stamm-Lösung 1 wurden in 1 ml bidestilliertem H2O gelöst. Das Verdünnungsverhältnis beträgt 1:101

- Stamm-Lösung 2

5 g Sorbit (99%) wurden in bidestilliertem H2O gelöst und auf ein Volumen von 1 l mit H2O aufgefüllt. Die Konzentration der Lösung entspricht 4,95 g/l und somit 27,17 mmol/l Sorbit.

- Standard-Lösung 2

10 μl der Stamm-Lösung 2 wurden in 1 ml bidestilliertem H2O gelöst. Das Verdünnungsverhältnis beträgt 1:101. Die Konzentration der Lösung entspricht 0,049 g/l und somit 0,269 mmol/l Sorbit.

4.

Verarbeitung der Plasmaproben

0,4 ml Plasma wurde mit 0,2 ml Perchlorsäure (MERCK,DARMSTADT, ART.-NR. 518) enteiweißt, aufgeschüttelt und 20 Minuten zentrifugiert bei 20 g. Im Nachgang wurden 0,2 ml des Überstandes mit 0,02 ml 2 molarer K₂CO₃ (MERCK,DARMSTADT,NR.4928) neutralisiert, aufgeschüttelt und abermals 20 Minuten zentrifugiert. Der Verdünnungsfaktor beträgt 1,65. Der Überstand wurde dekantiert und konnte in diesem Zustand bis zur Weiterverarbeitung im Kühlschrank bei -18° C aufbewahrt werden. Vor jeder weiteren Analyse mussten die Proben abermals aufgeschüttelt und zentrifugiert werden. Die Analyse erfolgte für jede Probe als Doppelbestimmung. 25 μl jeder Lösung (Standard-Lösungen, enteiweißte Plasmaproben, verdünnte Urinproben und verdünnte Infusionslösungen) wurden nun im TESTKITT D-SORBIT,BEST.- NR.670057 DER FIRMA

BOEHRINGER eingesetzt, photometrisch bei 492 nm bestimmt und mit den entsprechenden Verdünnungsfaktoren und dem Faktor des Test-Kitts multipliziert. Die Verdünnungsfaktoren setzen sich, wie nachfolgend gezeigt, zusammen.

3.3.2 Analyseverfahren Gesamteiweiß

- Verdünnung des Urins vor Versuchsbeginn „U_O“

100 μl „U_O“ wurden mit 900 μl bidestilliertem H₂0 verdünnt. Der Verdünnungsfaktor beträgt 1:10

- Verdünnung des Urins nach Versuchende „U_E“

10 μl „UE“ wurden mit 1 ml bidestilliertem H2O verdünnt. Der Verdünnungsfaktor beträgt 1:101.

- Verdünnung der Infusionslösung „IO“

10 μl der Infusionslösung wurden erst mit 1 ml bidestilliertem H2O verdünnt (1:101), dann wurden 100 μl davon mit 10 ml bidestilliertem H2O aufgefüllt.

Dies ergab eine Gesamtverdünnung von 1: 10100.

- Verdünnung der Infusionslösung „Ip“

Im Anschluss des Versuches lief die Infusion 10 Minuten mit derselben Geschwindigkeit von 8 ml*h -1 in einen 100 ml Messkolben, wurde mit bidestilliertem H2O aufgefüllt und gemischt. Hiervon wurden 100 μl in ein 10 ml Messkolben mit bidestilliertem H2O aufgefüllt und gemischt. Das

Verdünnungsverhältnis entspricht 1:100.

Zusammensetzung des Verdünnungsfaktors:

0,4 ml Plasma + 0,1 ml Perchlorsäure / 0,4 ml Plasma = 1,5 0,2 ml Überstand + 0,02 ml K2CO3 / 0,2 ml Plasma = 1,1

d.h.: 1,5 x 1,1 = 1,65

4.

4.3.2. Analyseverfahren Gesamteiweiß

Von den bekannten Proteinbestimmungsmethoden ist die Biuret-Methode für die Bestimmung der Serumproteine sehr gut geeignet und daher als Standardmethode bekannt. Sie hat sich deshalb als quantitative Gesamteiweißbestimmung im Serum durchgesetzt.

4.3.2.1 Praktische Durchführung

Die Biuret-Methode wird in vielfacher Variation des Biuret-Reagenzes angewendet. Als Reagenz verwendeten wir „Protein Total liquicolor“ (BESTELLNUMMER 10 570, DER

FIRMA HUMAN,WIESBADEN). Wie bereits erwähnt, wird die Änderung der Farbintensität unter Zuhilfenahme eines Filters, dessen Wellenlänge 546 nm beträgt, bestimmt. Die Bestimmung der Gesamteiweiße unter Belastung dient der Sorbit-Plasmakonzentrations- Korrektur.

4.3.2.2 Berechnungen für die Ermittlung der Protein-Konzentration

4.4 Berechnungen zur Bestimmung der Leberparenchymdurchblutung

4.4.1 Berechnungen für die Sorbit-Clearancewerte

Da durch physiologisch bedingte Plasmavolumenveränderungen während der Belastung die Sorbitkonzentrationen falsch positiv gemessen werden, war es nötig, die Werte mit Hilfe der gemessenen Plasmaproteinkonzentration zu korrigieren. Geht man davon aus, dass die Plasmaproteinkonzentration konstant ist, so kann angenommen werden, dass ein niedriger gemessener Proteingehalt als der Ausgangswert auf ein vergrößertes

E (Probe) = E (Probe) – E (Leerwert) E (Standard)= E (Standard) – E (Leerwert)

Berechnung der Proteinkonzentration unter Verwendung des Standards:

C = 80 x E (Probe) (g/l) E (Standard)

oder Berechnung der Proteinkonzentration mit Faktor:

C = 190 x E (g/l)

4.

Plasmavolumen zurückzuführen ist und umgekehrt. Schlussfolgernd sind in diesem Fall die gemessenen Sorbit-Plasmakonzentrationen zu niedrig, d.h. sie müssten im Fall eines vergrößerten Plasmavolumens korrigiert werden. Mathematisch erfolgte diese Korrektur durch Division der Plasmaproteinkonzentration der jeweiligen Belastungsstufe mit der Ausgangskonzentration der Plasmakonzentration und Multiplikation der entsprechenden Sorbit-Plasmakonzentration. Die korrigierten Sorbit-Plasmakonzentrationen wurden in ein Konzentrations-Zeitdiagramm für jeden Probanden und jeder Serie sowie als Mittelwertgrafik für jeden Test eingetragen. In der nachfolgenden Grafik 4.4.1 wird eine Plasmasorbitkonzentrationsänderung für eine Konzentrations-Zeitkurve dargestellt.

Grafik 4.4.1: Plasmasorbitkonzentrationsänderung im Verlauf eines Doppelstufentests mit 10 Watt- Steigerungsstufen pro Minute (Proband 1)

4.4.2 Infusionsrate und Dosisberechnung

Eine exakte Zeitpunktnahme für den Beginn und das Ende der Infusion war nötig, um die Dosisberechnung durchführen zu können. Der bestimmte Wert der Infusionslösung

„Ip“ geteilt durch 10 ergibt die Infusionsrate in mmol * min^-1. Die Gesamtdosis in mmol/l erhält man durch Multiplikation mit der Versuchsdauer (die Infusionsrate betrug 8 ml _* min^-1; entspricht 53 mg/h).

4.4.3 Gesamturinausscheidung

Die Urinkonzentration für „U_O“ (Urinkonzentration vor Testbeginn) und „U_E“ (Urinkonzentration im unmittelbaren Testanschluss) ergaben sich aus den Konzentrationsbestimmungen (mmol/l) und wurden in mmol umgerechnet, indem man

0 0,0100 0,0200 0,0300 0,0400 0,0500 0,0600 0,0700

0:00:00 0:28:48 0:57:36 1:26:24 2:24:00 2:52:48

Sorbitkonzentration in g/l

Zeit in Stunden

Serie 3

4.