- Kan erythopoietin beskytte hjernens gennemblødning og iltning

Kan erythopoietin beskytte hjernens gennemblødning og iltning
     under simuleret dyk?
    
      Lægmandsrapport



     Af
     Thomas Kjeld, læge
     Peter Rasmussen, cand. scient.
     Niels Vidiendal Olsen, overlæge, dr. med
     Erik Christian Jansen, overlæge, dr. med
     Bjørn Quistorff, prof., dr. med. og
     Niels H. Secher, prof., overlæge, dr. med.

Anæstesiologisk afdeling, Abdominalcentret, Neuroanæstesiologisk klinik, Neurocentret,
Trykkammeret, Hovedortocentret,
Rigshospitalet
Blegdamsvej, 2100 København Ø
samt Biokemisk institut, Panum instituttet, Blegdamsvej, 2100 København Ø


Baggrund
Pattedyr og også mennesker besidder en dykker-reflex, som aktiveres ved ansigtskøling og forstærkes, når man holder vejret. Dykke-reflexen medfører en centralisering af blodet til hjerne, hjerte og lunger og virker dermed beskyttende på disse organer, som er følsomme for iltmangel.
Man kan måle hjernens blodgennemstrømning med ultralyd og ved forhøjelse af kuldioxidniveauet i blodet, når vejret holdes, øges gennemblødningen i flere områder af hjernen. Hjernens gennemblødning stiger også ved ansigtskøling i liggende hvile med normal vejrtrækning uden at blodtrykket påvirkes. Ved atmosfærisk tryk og højere tryk under indåndig af ren ilt nedsættes gennemblødning i flere regioner af hjernen hos professionelle dykkere; professionnelle dykkere og erfarne sportsdykkere har endvidere nedsat følsomhed for kuldioxid og lav iltning.
Men det vides ikke, hvorledes hjernegennemblødning påvirkes af samtidigt arbejde under simuleret dyk med ansigtsafkøling.

Formål
Med undersøgelsen ønsker vi at vurdere, om hjernens gennemblødning nedsættes under fysisk aktivitet samtidigt med ansigtskøling når vejret holdes under simuleret dyk i et trykkammer. Desuden undersøger vi om behandling med en stor dosis rhEPO under et simuleret dyk har en beskyttende effekt på hjernens gennemblødning og iltning.

Design
Undersøgelsen strækker sig over 5 dage. Den første dag cykler forsøgspersonen, (FP) på et ergometer med intermitterende vejrhold á 30 sekunders varighed, 12 gange i 12 minutter. Forinden holder FP vejret længst muligt 3 gange med 30 sekunders pause mellem hvert vejrhold. Der anbringes et kateder i den ene arm til måling af blodtryk og udtagelse af blodprøver til forsøget. Desuden anbringes et kateder i en halsvene, ligeledes til måling af blodtryk og udtagelse af blodprøver. Der placeres endvidere en ultralyds-probe med pandebånd over tindingeregionen til måling af hjernens blodgennemstrømning.
Der vil blive placeret elektroder på bryst og ryg til optagelse af elektrokardiogram af hjertet.
Under arbejdet måles iltoptagelse ved at opsamle FP udåndingsluft med en slange i forlængelse af snorklen, som er forbundet til en pose
Afslutningsvis cykler FP ved en højere belastning.
Efter selve forsøgets afslutning udtages en prøve fra væske omkring hjernehinderne ved et stik mellem ryghvirvlerne i lænderegionen. Forsøgspersonen lejres fladt på ryggen i 4 timer efter.
De næste forsøgsdage forløber på samme måde, bortset fra at dag 2 og dag 4 skal cykles med ansigtet kølet i et 10 O C tempereret vandbad, og dag 3, 4 og 5 foregår i et trykkammer indstillet til et tryk svarende til 3 meters dybde.


ETISKE OVERVEJELSER

Undersøgelserne foregår på Rigshospitalet, i kredsløbslaboratoriet, i trykkammeret og på Anæstesiafdelingen, Abdominalcentret, AN 2041.
Undersøgelserne strækker sig over 5 forsøgsdage à ca. 5 timer og forventes at være afsluttet ca. 6 måneder efter første forsøgsdag.

Forsøgsomstændighederne med hensyn til brug af trykkammeret simulerer de omstændigheder, som forsøgspersonen udfører i forbindelse med sin idræt eller daglige arbejde.
Alle øvrige procedurer har tidligere været anvendt i laboratoriet uden betydende problemer. Undersøgelse af hjernens og musklernes iltsaturation med NIRS er non-invasiv metode og er kun forbundet med ubehag, hvis pandebåndet, der beskytter mod udefra kommende lys, trykker mod panden. Ved at løsne pandebåndet fjernes dette ubehag umiddelbart. Tilsvarende er registrering af hastigheden i MCA kun forbundet med ubehag i den udstrækning, som det lignende pandebånd trykker mod hovedet, og dette tryk lettes også umiddelbart ved at løsne pandebåndet.

Arteriel katerisation gennemføres via a. brachialis på den ikke-dominante arm, da huden her er tyndere end over a. radialis, der ofte benyttes i klinisk sammenhæng. Har forsøgspersonerne prøvet begge typer katerisation, “foretrækker” de, at det er a. brachialis, der benyttes. Når kateteret fjernes, komprimeres indstiksstedet i 10 min, hvilket som regel er tilstrækkeligt til at forhindre dannelse af et hæmatom. Er blødningen ikke standset, forlænges kompressionen med yderligere 10 min. Blod fra armens muskler opsamles via et retrogradt kateter i en vene i albuen, og det forventes ikke at give anledning til hæmatom eller andre gener.
Katerisation af v. jugularis interna gennemføres ultralyds vejledt for at sikre, at a. carotis ikke læderes (Swiatek, 2000). Specielt, hvis a. carotis påvirkes, kan der optræde blødning på halsen. Med identifikation af venen med ultralyd sker katerisation med Seldinger teknik som regel glat og uden blødning efter, at kateteret er fjernet.
Anlæggelse af CVK og arteriekanyle udføres af og overvåges af speciallæge i anæstesi.
(Ehrenreich et al, 2004).

Udtagelse af spinalvæske sker under sterile forhold og udføres af og overvåges af speciallæge i anæstesi, og giver kun i sjældne tilfælde anledning til infektion, og da næsten altid kun lokalt i huden. Der ses kun sjældent blødningskomplikationer.

Blodprøverne vil kun blive brugt til de i forsøget omtalte formål. Herefter vil de blive destrueret.
Bivirkninger til behandling med erythropoietin er sjældne. Hyppigst forekommer hypertension. Arterielle og venøse tromboser er set (f.eks. i fistler). Generaliserede epileptiske anfald er også beskrevet, ligesom influenzalignende symptomer med knoglesmerter og kulderystelser. Allergiske reaktioner fra hud, led og slimhinder forekommer overordentlig sjældent, og årsagssammenhæng med epoetinbehandling er usikker (Korbet 1999, Macdougall IC 2001, Casadevall N 2002).

Forsøgspersonerne vil indgå anonymt i studiet, og projektet gennemføres i overensstemmelse med Helsinki II deklarationen, og den lokale videnskabsetiske komite.
Datatilsynet har modtaget anmeldelse af studiet 19/6 2005 over internettet. Forsøget er registreret og godkendt hos Datatilsynet
Forsøgspersonerne vil være omfattede af patientforsikringen. Undersøgelsen forventes at vare 4 timer.

Forsøgspersonerne kan til enhver tid træde ud af undersøgelsen.

Der udbetales et honorar à kr. 4500, hvilket vurderes rimeligt i relation til tidsforbrug og ubehag, og samtidig fordrer en personlig interesse hos forsøgspersonerne.
Vederlag til forsøgspersoner finansieres af Muskelcentret på Rigshospitalet. Ansvarlige og medarbejdere aflønnes ikke. Kanyler m.v. og apparatur til målingen af laktatindholdet findes på afdelingen.
Det er hensigten at sammenskrive og udgive resultaterne i et internationalt tidsskrift.

Ansvarsfordeling
Klinisk ansvarlig: Professor, overlæge dr.med Niels. H. Secher
Projektleder: læge Thomas Kjeld

Øvrige deltagere: cand. scient , Peter Rasmussen, trykkammerleder Tejs Jansen stud. Med, overlæge, dr. med Erik C. Jansen, Prof, dr. med. Bjørn Quistorff Prof., dr. med, Niels Vidjendahl Olsen, overlæge dr. med, Frank Pott afdelingslæge dr. med., Teit Mantoni læge

  • Litteraturliste

    • Aaslid R, TM Markwalder and H Nornes. Noninvasive transcranial Doppler ultrasound recording of flow velocity in     basal cerebral arteries. J Neurosurg 57. 769-774, 1982
    • Asmussen E, Kristiansson NG. The “diving bradycardia” in exercising man. Acta Physiol Scand 73. 527-535, 1968
    • Brines ML et al. Erythropoietin crosses the blood-brain barrier to protect against experimental brain injury. Proc Natl Acad Sci USA. 12;97:10526-31, 2000.
    • Brown C M, EO Sanya and MJ Hilz: Effect of cold face stimulation on cerebral blood flow in humans; Brain Res Bull 61. 81–86, 2003
    • Casadevall N, Nataf J, Viron B et al. Pure red-cell aplasia and antierythropoietin antibodies in patients treated with recombinant erythropoietin. N Engl J Med. 2002; 346: 469-75.
    • Colebatch JG, MP Diber, RE Passingham, KJ Friston and RSJ Frackowiak. Regional cerebral blood flow during voluntary arm and hand movements in human subjects. J Neuophysiol 65. 1392-1401, 1991
    • Dahl A, KF Lindegaard, D Russel, R, Nyberg Hansen, K Rootwelt, W Sorteberg and H Nornes. A comparison of regional cerebral blood flow and middle cerebral artery blood flow velocities: simultaneous measurements in healthy subjects. J Cerebr Blood flow Metab 12. 1049-1054, 1992
    • Dalsgaard MK, S Ogoh, EA Dawson, CC Yoshiga, B Quistorff and NH Secher. The cerebral cost of physical exercise in humans. Am J Physiol 287. R534-R540, 2004
    • Dalsgaard MK, L Nybo, Y Cai and NH Secher. Cerebral metabolism is influenced by muscle ischaemia during exercise in humans. Exp Physiol 88: 297-302, 2003
    • Dalsgaard, K Ide, Y Cai, B Quistorff and NH Secher. The intent to exercise influences the cerebral O2/carbohydrate uptake ratio in humans. J Physiol 540: 681-689, 2002
    • Dalsgaard MK, P Ott, F Dela, A juul, BK Pedersen, J Warberg, J Fahrenkrug and NH Secher,: The CSF and arteriel to internal jugular venous hormonal differences during exercise in humans. Exp Physiol 89. 271-277, 2004
    • Di Pieroa V, M. Cappaglib, L. Pastenaa, F. Farallic, G. Mainardic, F. Di Stania, G. Brutia, A. Colib, G. L. Lenzia and R. Gagliardic. Cerebral effects of hyperbaric oxygen breathing: a CBF SPECT study on professional divers. Eur J Neurol 9. 419–421, 2002
    • Ehrenreich H et al. Erythropoietin: a candidate compound for neuroprotection in schizophrenia. Mol Psychiatry. 9:42-54, 2004
    • Foster GE, Sheel AW. The human dive response, its function, and its control. Scand J Med Sci Sports 15. 3-12, 2005.
    • Fox PT, Raichle ME. Focal physiological uncoupling of cerebral blood flow and oxidative metabolism during somatosensory stimulation in human subjects. Proc Natl Acad Sci USA 83: 1140-1144, 1986
    • Gaudard A, E Varlet-Marie,F Bressolle and M Audran. Drugs for Increasing Oxygen Transport and Their Potential Use in Doping. Sports Med.33:187-212, 2003
    • Halsey JH, HA McDowell and S Gelman. Transcranial Doppler and rCBF compared in carotid endarterectomy. Stroke 17. 1206-1208, 1986
    • Hornbein TF et al. The cost to the central nervous system of climbing to extremely high altitude. New Engl J Med. 321: 1714-9. 1989.
    • Jelkmann W. Molecular biology of erythropoietin. Internal Medicine. 43: 649-659
    • Kastrup A, G Kruger, GH Glover, Tobias Neumann-Haefelin, and ME Moseley. Regional Variability of Cerebral Blood Oxygenation Response to Hypercapnia; Neuroimage. 10. 675-81, 1999
    • Korbet SM. Anaemia and erythropoietin in hemodialysis and CAPD.
    Kidney Int (Suppl 40). 1999; 43: 5111-9.
    • Kusano Eet al. Human recombinant erythropoietin inhibits interleukin-1beta-stimulated nitric oxide and cyclic guanosine monophosphate production in cultured rat vascular smooth-muscle cells. Nephrol Dial Transplant. 14:597-603, 1999
    • Larsen FS, BA Hansen, F Pott, O Poulson, E Ejlersen, NH Secher and GM Knudsen. Dissociated cerebral vasoparalysis in acute liver failure. A hypothesis of gradual cerebral hyperaemia. J Hepatol 25. 145-151, 1996
    • Macdougall IC. An overview of the efficacy and safety of novel erythropoiesis stimulating protein (NESP). Nephrol Dial Transplant (Suppl). 2001; 16: 14-21.
    • Madsen PL, NF Cruz, L Sokoloff and GA Dienel. Cerebral oxygen/glucose ratio is low during sensory stimulation and rises above normal during recovery: excess glucose consumption during stimulation is not accounted for by lactate efflux from or accumulation in brain tissue. J Cereb Blood Flow Metab. 1999; 19: 393-400.
    • Madsen PL, SG Hasselbach, LP Hageman, KS Olsen, J Bülow, S Holm, G Wildschiødtz, OB Poulson, NA Lassen. Persistent resetting of the cerebral oxygen/glucose uptake ratio by brain activation: evidence obtained with the Kety-Schmidt technique. J Cereb Blood Flow Metab 15: 485-491, 1995
    • Marti H H. Erythropoietin and the hypoxic brain. J Exp Biol 207, 3233-3242
    • Nybo L, B Nielsen, BK Pedersen, and NH Secher: Interleukin-6 release from the human brain during prolonged exercise. J Physiol 542. 697-704, 2002
    • Nybo L, MK Dalsgaard, A Steensberg and NH Secher. Cerebral ammonia uptake and accumulation during prolonged exercise in humans. J Physiol 563. 285-90, 2005
    • Nybo L, K Møller, S Volianitis, B Nielsen, and NH Secher. Effect of hyperthermia on cerebral blood flow and metabolism during prolonged exercise in humans. J Appl Physiol 93. 58-64, 2002
    • Ogoh S, PJ Fadel, R Zhang, C Selmer, Ø Jans, NH Secher and PB Raven. Dynamic cerebral autoregulation during exhaustive exercise in humans. Am J Physiol 285. H1526-H1531, 2005
    • Parisotto R, Wu M, Ashenden MJ, Emslie KR, Gore CJ, Howe C, Kazlauskas R, Sharpe K, Trout GJ, Xie M. Detection of recombinant human erythropoietin abuse in athletes utilizing markers of altered erythropoiesis. Haematologica 86:128-37, 2001
    • Schmalbruch IK, R Linde, OB Poulson and PL Madsen. Activation-induced resetting of cerebral metabolism and flow is abolished by beta-adrenergic blockade with propranolol. Stroke 33. 251-255, 2002
    • Slosman D O, S de Ribaupierre, C Chicherio, C Ludwig, M-L Montandon, M Allaoua, L Genton, C Pichard, A Grousset, E Mayer, J-M Annoni, A de Ribaupierre: Negative neurofunctional effects of frequency, depth and environment in recreational scuba diving: the Geneva ‘‘memory dive’’ study; Br J Sports Med 2004; 38:108–114.
    • Squadrito F et al. Recombinant human erythropoietin inhibits iNOS activity and reverts vascular dysfunction in splanchnic artery occlusion shock. Br Jour Pharm 127, 482-488, 1999