Vvbn

(Bewegingswetenschappen Vrije Universiteit) Het effect van Acetazolamide op de gasuitwisseling in de longen en spieren tijdens inspan- Na een goed verlopen samenwerking tijdens eerdere onderzoeksprojecten ontstond spontaan het idee om samen een buitenlandse onderzoeksstage te gaan doen. Onze zoektocht naar een interessant onderwerp op het gebied van inspanning en chronische ziekten of hoogtefysiologie liep via Nieuw-Zeeland en Australië uiteindelijk naar de medische faculteit van de ‘University of California, San Diego’ (UCSD). Aan deze faculteit hebben wij onder begeleiding van Prof. Dr. Peter Wagner het effect van Acetazolamide op de gasuitwisseling in de longen en spieren tijdens inspanning in normoxie en hypoxie onderzocht. Acetazolamide is beter bekend onder de merknaam ‘Diamox’. Dit medicijn wordt veelvuldig gebruikt in de preventie en behandeling van acute hoogteziekte, dat ontstaat door de lagere zuurstofdruk op hoogte. In landen als Nepal is het medicijn op bijna elke straathoek te verkrijgen. De werking van Acetazolamide loopt via inhibitie van koolzuuranhydrase. Dit enzym katalyseert normaalgesproken de hydratie-dehydratie reactie van CO2 en bicarbonaat 3 ) en speelt een belangrijke rol in CO2 transport, zuur-base huishouding, vochthuishou- ding en ademhalingsregulatie. Bekend is dat door inhibitie van koolzuuranhydrase in de nie- ren metabole acidose ontstaat, waardoor Acetazolamide de ademhaling stimuleert. Deze hy- perventilatie zorgt voor een verhoging in de arteriële zuurstofverzadiging, waardoor sympto- men van hoogteziekte gereduceerd worden. Acetazolamide wordt veel gebruikt tijdens recreationele activiteiten of flinke inspan- ning op hoogte. Onderzoeken naar de invloed van Acetazolamide op de inspanningscapaciteit laten echter tegenstrijdige resultaten zien. Drie belangrijke variabelen die bepalend zijn voor de inspanningscapaciteit (op hoogte) en door Acetazolamide beïnvloed kunnen worden, zijn: 1) de zuur-base huishouding, 2) de gasuitwisseling op spierniveau en 3) de efficiëntie van de gasuitwisseling in de longen. De invloed van Acetazolamide op de gasuitwisseling in de lon- gen en spieren tijdens inspanning is nog niet eerder onderzocht. Onze hypothese was dat Ace- tazolamide de efficiëntie van de gasuitwisseling in de longen verbetert door: 1) een verschui- ving van de oxyhemoglobine-dissociatiecurve (daling in β) met als gevolg een verbeterde O2 diffusie en/of 2) een verminderde ophoping van interstitieel vocht door Acetazolamide waar- door de ventilatie-perfusieverhouding beter wordt. Ten slotte verwachtten wij dat Acetazola- mide de gasuitwisseling naar de spieren verbetert (betere zuurstofafgifte) door een naar rechts verschuiving van de oxyhemoglobine-dissociatiecurve. Het idee voor het onderzoek was dus geboren, maar toen we in het zonovergoten San Diego arriveerden bleek dat er naast ‘een idee’ nog niet veel bestond. Na een aantal vergaderingen over de vorm van het onderzoek kregen wij de taak om een projectvoorstel te schrijven en deze zo snel mogelijk goedgekeurd te krijgen door de medisch-ethische commissie. Dit heeft de eerste drie maanden van onze stage in beslag genomen. Na het uiteindelijke groene licht restte ons nog 2,5 maand (!) van de stagetijd voor de daadwerkelijke uitvoering van het on- derzoek en het verzamelen/analyseren van de data. Via flyers op de campus, mailtjes naar de plaatselijke fietsvereniging, en ons zorgvuldig opgebouwde ‘netwerk’ (zeker nuttig, die feest- jes), hebben we proefpersonen bereid gevonden om deel te nemen aan ons onderzoek. De meetperiode startte met ‘prescreeningen’, waarin elke proefpersoon informatie kreeg over de mogelijke risico’s van het onderzoek en medisch gekeurd werd. Vervolgens werden twee maximaaltesten op een fietsergometer uitgevoerd voor de bepaling van de VO2max en het maximale vermogen in zowel normoxie (FIO2 = 0.2093) als acute hypoxie (FIO2 = 0.125). Voor het creëren van een hypoxemische omgeving werd de proefpersoon vijf minuten voor de start van een test aangeloten op een gasmengsel met een concentratie van 12,5% O2. De VO2max en vermogenswaarden verkregen tijdens de prescreening werden als referentiewaarden gebruikt voor inspanningstesten tijdens de studiedagen. De volgorde van hypoxie en normoxie werd random (maar uitgebalanceerd, dus evenveel proefpersonen startten in normoxie als hypoxie) toegewezen. Zes proefpersoon werden gevraagd terug te komen voor de studiedagen, waarbij één dag metingen plaatsvonden na inname van Acetazolamide (3 x 250 mg) en één dag na inname van een placebo. Voor de volgorde van medicijninname gebruikten wij een random en geba- lanceerd, dubbelblind protocol. Tijdens elke studiedag vonden er twee inspanningstesten op de fietsergometer plaats; één in normoxie en één in acute hypoxie. Er werden metingen ver- richt tijdens rust en inspanning op ongeveer 30, 50 en 90% VO2max. Tijdens dit onderzoek hebben wij kennis mogen maken met voor ons veel nieuwe en unieke technieken. Voor het meten van de efficiëntie van de gasuitwisseling in de longen heb- ben wij gebruik gemaakt van de ‘multiple inert gas elimination technique’ (MIGET). Dit is een mathematische methode, in de jaren ‘70 ontwikkeld door o.a. Prof. Dr. Wagner, waarin de longen gemodelleerd zijn als bestaande uit 50 compartimenten. De efficiëntie van de gasuit- wisseling in de longen wordt weergegeven door het verschil in zuurstofdruk tussen de alveoli en het arteriële bloed (AaDO2). Deze wordt bepaald door drie parameters; de ventilatie- perfusieverhouding, diffusielimitatie en shunt. Voor deze techniek is veneuze infusie van een oplossing met daarin zes inerte gassen (van verschillende oplosbaarheid) nodig. Door het ne- men van arteriële samples en samples van de uitgeademde lucht en deze te analyseren met behulp van een gaschromatograaf, kunnen de concentraties van de inerte gassen in het bloed en de uitademingslucht bepaald worden. Aan de hand van o.a. deze concentraties kan de ven- tilatie-perfusieverhouding berekend worden. Tevens is het mogelijk om de mate van diffusie- Om een uitspraak te kunnen doen over de gasuitwisseling op spierniveau hebben wij aan de hand van arteriële en veneuze bloedsamples en het meten van de ‘leg blood flow’ (thermodilutie) verschillende O2 parameters in het bloed bepaald. De zuur-base huishouding evenals verschillende bloedgaswaarden (PO2, SO2, PCO2) werden bepaald door het nemen van arteriële en veneuze bloedsamples. Het hartminuutvolume hebben we gemeten aan de hand van open-circuit acetelyne opname en metabole en ventilatoire data met behulp van een soort Oxycon. Voor de infusie van inerte gassen, de thermodilutietechniek en het nemen van arteriële en veneuze bloedsamples werden bij iedere proefpersoon aan het begin van een meetdag (7:00 a.m.) maar liefst vier katheters ingebracht… Zoals verwacht zorgde Acetazolamide voor een metabole acidose met als gevolg een verhoging in ventilatie. PaO2 en SaO2 bleken significant hoger na inname van Acetazolamide. De efficiëntie van de gasuitwisseling in de longen was verbeterd door Acetazolamide (kleine- re AaDO2). Dit werd veroorzaakt door zowel een betere ventilatie-perfusieverhouding als verminderde diffusielimitatie. Het hartminuutvolume, de ‘leg blood flow’ en de gasuitwisse- ling op spierniveau waren niet veranderd door Acetazolamide. Een mogelijke verklaring voor de verbeterde ventilatie-perfusieverhouding met Aceta- zolamide is onderdrukking van ‘hypoxic pulmonary vasoconstriction’ (HPV). HPV treedt normaalgesproken op in reactie op een lage alveolaire zuurstofdruk (PAO2) zoals in hypoxie of tijdens zware inspanning. HPV gaat gepaard met een verhoogde druk in de pulmonaire arterie (PAP). Verschillende onderzoeken hebben een inverse relatie aangetoond tussen PAP en de efficiëntie van de gasuitwisseling in de longen. Een verhoging in PAP leidt tot een slechtere verdeling van de bloedstroom en interstitiële vochtophoping, wat voor een verslech- tering in ventilatie-perfusieverhouding in de longen zorgt. De door Acetazolamide opgewekte hyperventilatie zorgt voor een hogere PAO2, waardoor de HPV reactie (gedeeltelijk) onder- drukt wordt en de ventilatie-perfusieverhouding tijdens inspanning minder verslechterd. De verminderde diffusielimitatie tijdens inspanning met Acetazolamide kon in ons onderzoek niet verklaard worden aan de hand van verschuivingen in de oxyhemoglobine- dissociatiecurve. Een hogere diffusiegradiënt als gevolg van de hogere PAO2 of de vermin- derde interstitiële vochtophoping door de afgenomen HPV zouden aan de basis van de ver- minderde diffusielimitatie kunnen liggen. In tegenstelling tot onze hypothese had Acetazolamide geen effect op de zuurstofafgif- te naar de spieren. Ondanks dat de metabole acidose door Acetazolamide een naar rechtsver- schuiving van de oxyhemoglobine-dissociatiecurve op spierniveau tot gevolg heeft en de zuurstofafgifte daardoor makkelijker zou kunnen verlopen, zou dezelfde acidose voor een verminderd spiermetabolisme kunnen zorgen. Dit kan verklaren waarom wij geen hogere zuurstofafgifte dan wel opname hebben gemeten met Acetazolamide. Wellicht is het mogelijk om met andere meettechnieken, waarbij de gasuitwisseling in de spieren direct gemeten wordt, een verklaring te vinden voor het ontbreken van de hogere zuurstofafgifte. De conclusie van ons onderzoek luidt dat Acetazolamide zorgt voor een hogere arte- riële zuurstofverzadiging en –druk, niet alleen door de bekende hyperventilatie, maar ook door een meer efficiënte gasuitwisseling in de longen (een betere ventilatie- perfusieverhouding en minder diffusielimitatie). Dit laatste mogelijk door een verminderde interstitiële vochtophoping en een minder slechte bloedverdeling in de longen. Acetazolamide had geen effect op de gasuitwisseling op spierniveau. Nawoord: In Amerika hebben wij een ontzettend leuke en zeker leerzame tijd gehad. Voor Amy is deze stage mogelijk gemaakt door de Gerrit Jan van Ingen Schenau Beurs, beschik- baar gesteld door de faculteit der Bewegingswetenschappen. De resultaten van het onderzoek hopen wij te publiceren in Journal of Applied Physiology en zullen wij d.m.v. een poster pre- senteren op het ‘Experimental Biology 2006’ congres in San Francisco. Dit met dank aan het

Source: http://www.fbw.vu.nl/nl/Images/VvBN_tcm84-81596.pdf