title: Non-invasive assessment of the exercise induced change in lower leg muscle perfusion using computer assisted dynamic magnetic resonance imaging and its correlation with an isometric and auxotonic pedal ergometer stress test
title: Nicht-invasive Messung der belastungsinduzierten Durchblutungsänderung cruraler Muskelgruppen - Korrelation der iso- und auxotonen Pedalergometrie mit der quantitativen computerassistierten dynamischen Kernspintomographie
Creators: name: Azzam, Simon
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: MRI
Unterschenkel
Medizin, Gesundheit
Regionale Durchblutung
Isometrische Kontraktion
Periphere arterielle Verschlusskrankheit
Muscle
lower leg
Perfusion
Computerassistiert
Skelettmuskel
Ergometer
Muskel
Stress Test
NMR-Tomographie
Auxotonische Kontraktion

description: Eine objektive Erhebung von Daten
      zur Quantifizierung der peripheren Muskeldurchblutung und
      Muskeldurchblutungsreserve ist schwierig, und bis vor wenigen
      Jahren vorwiegend mit invasiven Verfahren erfolgt. Objektive
      Daten sind dabei für die Früherkennung von diagnostisch
      schwierigen präklinischen und asymptomatischen
      Durchblutungsminderungen und somit für die Prävention einer
      klinisch manifesten behandlungsbedürftigen pAVK von großer
      Wichtigkeit, um so mehr wenn man bedenkt, dass die pAVK einen
      systemisch komplexen Krankheitsprozess darstellt, der alle
      arteriellen Gefäßregionen des Körpers betreffen kann. Eine
      untersucherunabhängige standartisierte und schonende Messung
      der Perfusion und Durchblutungsreserve am Erfolgsorgan, der
      Muskulatur, ist daher wünschenswert. Dies ist auch Anlass und
      Ziel dieser Studie. Nötig hierfür waren ein nichtinvasives
      Schnittbildgebendes Untersuchungsverfahren ohne
      Strahlenbelastung, eine geeignete Methode zur Erzeugung einer
      definierten Muskelarbeit als Stresstest und ein
      Softwareassistent als Plattform zur objektiven und
      standardisierten Auswertung der Ergebnisse. Gewählt wurden
      die kontrastmittelverstärkte Kernspintomographie, ein eigens
      entwickeltes MRT-taugliches Pedalergometer und das ebenfalls
      speziell entwickelte Softwareprogramm Dynavision. Es wurden
      drei Probandenkollektive mit unterschiedlicher Disposition
      und Trainingsstatus zur Untersuchung rekrutiert, darunter 11
      Leistungssportler, 14 Normalpersonen und 16 Patienten mit
      bekannter KHK. Es wurde ein Aktivitätsprofil, die Anamnese
      und die körperlichen Kenndaten sowie die sportphysiologischen
      Daten (isometrische Maximalkraft und 2-minütige auxotonische
      Kraftausdauer) ermittelt sowie eine kernspintomographische
      Messungen vor und nach 1-minütiger auxotonischer Belastung.
      Zentrale Frage der Untersuchung war, ob sich diese Kollektive
      durch die Pedalergometrie als Belastungstest und gekoppelt
      mit der dynamischen Kernspintomographie zur Bestimmung der
      Durchblutungsreserve stratifizieren lassen und welche
      Parameter dazu geeignet sind. Hierzu wurden
      Signalintensitäts-Kurven als Surrogat der Perfusion über
      ROI´s (regions of interest) ermittelt und analysiert. Die
      ROI´s wurden in den Bereich der Flexoren-, Extensoren-, und
      Fibularisloge des Unterschenkels gelegt. Die Sportlergruppe
      hob sich von den beiden anderen Kollektiven durch höhere
      Werte beim Aktivitätsscore, bei der isometrischen
      Maximalkraft und der Arbeit im MRT-Stresstest ab, während
      sich die Patienten durch ein höheres Durchschnittsalter und
      geringere Leistung beim Ausdauerbelastungstest abgrenzten.
      Eine analoge Abgrenzung des Patientenkollektivs konnte auch
      in den Kurvenanalysen der Mm. gastrocnemius caput mediale et.
      tibialis anterior bei den Parametern Integral, Peak
      enhancement, Time to peak und Washout vor Belastung
      beobachtet werden. Eine Korrelation von Ruhedurchblutung und
      Ausdauerbelastung scheint über dispositionelle, alters- oder
      krankheitsbedingte Änderungen von lokalmetabolischen oder
      vaskulär-anatomischen Faktoren zu bestehen.
      Belastungsbedingte Änderungen der SI-Kurven aller
      untersuchten Unterschenkelmuskeln konnten regelhaft und bei
      jedem Kollektiv gemessen werden. Kennzeichnend für die
      bedarfsadaptierte Mehrperfusion, die Durchblutungsreserve,
      der Muskeln war die Formung eines frühen spitzgipfeligen
      Peaks mit initial steilem Kurvenanstieg und merklichem
      postinitialen Abfall, welches häufig bei den Mm. peronei am
      deutlichsten zu sehen war, gefolgt vom M. tibialis anterior
      und schließlich beim M. gastrocnemius caput mediale am
      geringsten ausgeprägt war. Belastungsabhängige
      Gruppenunterschiede des Patientenkollektivs versus Sportler-
      und Normkollektiv bestandenen bei dem Parameter Peak
      enhancement des M. gastrocnemius caput mediale. Zudem ließ
      sich die Sportlergruppe belastungsabhängig von der
      Patientengruppe bei dem Parameter Peak enhancement der Mm.
      peronei und bei dem Parameter Washout des M. tibialis
      anterior signifikant unterscheiden. Die Methode in dieser
      Studie liefert erste Hinweise auf eine mögliche
      Stratifizierung von Probanden mit unterschiedlichem
      muskulären und vaskulären Status über die
      Durchblutungsreserve cruraler Muskelgruppen und somit auch
      ein potenziell präventivdiagnostisches Werkzeug für
      Durchblutungsminderungen der Unterschenkelmuskulatur oder als
      diagnostisches Verfahren für das Therapiemonitoring bei der
      Behandlung derselben.
description: This study describes the potential
      of dynamic contrast- enhanced magnetic resonance tomography
      (DCE-MRT) for the visualization and quantification of blood
      flow of lower leg muscles at rest and after individually
      adjusted muscular exercise. 41 volunteers (11 athletes, 14
      individuals with a normal physical activity and 16 patients
      with arteriosclerosis risk without a peripheral circulatory
      disorder) were included in this study with a lower leg
      isometric stress test and a two-minute auxotonic stress test
      as well as a DCE-MRI beforehand and immediately following a
      one-minute auxotonic lower leg muscle strain on a pedal
      ergometer. Signal intensity curves of regions of interest
      (ROI) representing the peroneus, anterior tibial and
      gastrocnemius muscles showed a relative increase indicating
      blood flow reserve mobilization after exercise. Aim was to
      find out which parameters might allow volunteer group
      stratification. The lower leg two-minute stress test
      performance level differentiated the patient group from the
      other subject groups by analogy to the pre-exercise curve
      analysis of integral, peak enhancement, time to peak and
      washout of the anterior tibial and gastrocnemius muscles.
      Group differences were also indentified in the analysis of
      post exercise SI-curve parameters. Patients peak enhancement
      values of the gastrocnemius muscle differed significantly
      from those of the other two groups. Furthermore patients were
      distinguished from athletes by peak enhancement values of the
      peroneus muscles and washout values of the anterior tibial
      muscle. Due to direct visualization and quantitative
      evaluation of the peripheral microcirculation DCE-MRI linked
      to an adequate stress test has a diagnostic potential for
      monitoring therapeutic response in peripheral circulation
      disorders, screening and sports medicine.