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Markus Czimbaras

• Zusammenfassung und Ausblick Wissenschaftliche Untersuchungen der quantitativen und qualitativen Erfassung von Mikroperfusion, sowie der peripheren Durchblutung, erfolgen seit dem 19. Jahrhundert. Anfangs registrierte man die Blutströmungsgeschwindigkeit mit mechanischen Stromuhren und durch direkte Beobachtung durchtrennter Muskelvenen (Hürthle 1939). Erst Ende der dreißiger Jahre bestand anhand der Entwicklung elektromagnetischer Strömungsmessung die Möglichkeit, die Durchblutung quantitativ zu erfassen (Leyk 1999). Mit Verfahren wie Ultraschall und Laser Doppler Methoden stehen heutzutage wichtige diagnostische Messverfahren zur Verfügung. Dazu dienen kontinuierliche und nicht-invasive Erfassungsmöglichkeiten der Durchblutungsdynamik, d.h. ohne die biologischen Funktionen traumatisch oder thermisch zu beeinflussen. Die Laser Doppler Fluxmetrie wurde erstmalig von Riva et al.1972 verwendet. Damit konnte erstmalig der Bluttfluss in kleinen Gefäßen aufgezeichnet werden. Ähnlich wie bei der herkömmlichen Dopplermessung mit Hilfe von Schallwellen, basiert die Technik auf dem von Christian Doppler (1803-1853) beschriebenem Prinzip der Frequenzverschiebung von reflektierten Schallwellen durch sich bewegende Teile und ermöglicht in Echtzeit-Analyse, Blutflussdaten der Hautdurchblutung zu erheben. Als Weiterentwicklung ermöglicht die Methodik der Laser Doppler Spektroskopie, die Durchblutung tieferer Gewebeschichten darzustellen. Die Beurteilung des Blutflusses und der Strömungsgeschwindigkeit des Blutes - als die elementaren Größen zur Beschreibung der Kreislaufsituation und Gewebsdurchblutung - ist von hoher klinischer Relevanz. In dieser Studie dienten dazu (n=19) gesunde Proband(-innen), welche auf einem Fahrrad-Spiroergometer mit ansteigender, erschöpfungslimitierter Belastung nach BAL und kontinuierlicher Steadystate-Belastung (100W; 70W), untersucht worden sind. Die Durchblutungsmessung mit der Methode der Laser Doppler Spektrokopie (LDS) erfolgte jeweils vor und nach Intervention über fünf Minuten an der rechten Wade als Vertreter der arbeitenden, peripheren Muskulatur und am absteigenden Teil des Trapezmuskels der rechten Schulter als repräsentativer Charakter einer zentralen nicht-arbeitenden, ruhenden Muskulatur. Die Messungen wurden unter standardisierten Bedingungen durchgeführt. Das wesentliche Ziel dieser Studie war, Informationen über die Unterschiede in der Durchblutung der peripheren, arbeitenden Muskulatur und der ruhenden, nicht-arbeitenden Muskulatur darzustellen, sowie die thermoregulatorischen Vorgänge anhand unterschiedlicher Belastungsformen nicht-invasiv und atraumatisch mit Hilfe der Laser Doppler Spektroskopie darzustellen. Des Weiteren bestand die Intention eine Korrelationen zwischen der Durchblutung und der Vitalparamter, wie Herzfrequenz und Hauttemperatur, zu zeigen. Die geschlechtsunspezifischen Ergebnisse der nahezu identischen Ruhedurchblutungswerte innerhalb der wöchentlichen Messabständen der beiden unterschiedlichen Belastungsprotokolle (kontinuierlich vs. ansteigend-erschöpfend) für die Mikrogefäßdurchblutung der Muskulatur sowie der kutanen Durchblutung, sind beweisend für die Validität der Methode der Laser Doppler Spektroskopie. Gleichzeitig fanden sich signifikante Unterschiede in der Durchblutung der peripheren Arbeitsmuskulatur in Abhängigkeit von der Belastungsform, während die Hautdurchblutung keine signifikanten Unterschiede aufwies. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass bereits aerobe Belastungsintensitäten die thermoregulatorischen Vorgänge im Gefäßbett aktivieren. Weiterhin kann man aus den Ergebnissen erkennen, dass über zentral gesteuerte Mechanismen die gesamte kutane Mikrozirkulation des Organismus aktiviert wird, um die bei der körperlichen Aktivität im gesteigerten Zellstoffwechsel und im Rahmen der Energieerzeugung anfallende Abfallwärme optimal an die Umgebung abzuleiten. Obwohl es zu einer signifikanten Steigerung der Durchblutung der ruhenden Muskulatur - sowohl nach der kontinuierlichen als auch nach der ansteigend-erschöpfenden Belastungsmethode - kommt, finden sich keine signifikanten Unterschiede zwischen beiden Belastungsformen. Zusammenfassend und in Übereinstimmung mit der aktuellen Literatur scheint die LDS in der Lage zu sein, bei einer Standardisierung der Untersuchungsmethodik, Veränderungen im mikrozirkulatorischen Blutfluss valide in verschiedenen Gewebetiefen, eindrucksvoll darzustellen. Neben den durch die beschriebenen Aktivitäten bedingten Durchblutungserhöhungen, zeigen die Ergebnisse, dass es durch die LDS ermöglicht wird, rasche Veränderungen im Blutfluss, in unterschiedlichen Gewebetiefen, in Echtzeit - noch bevor klinische Warnzeichen eintreten –darzustellen. Dies ist am Beispiel der ausgeschlossenen Probanden dieser Arbeit zu beobachten. Thermoregulatorische Vorgänge mit Blutflussumverteilung und kutanen Mehrperfusion waren eindrücklich, insbesonders über der beanspruchten und stoffwechselaktivierten Muskulatur (M.gastrocnemius) darstellbar. Die hohe Korrelationen zu anderen Kreislaufparameter, wie die Herzfrequenz lassen den weiteren Einsatz in Diagnostik und Therapie diverser Krankheitsbilder wünschenswert erscheinen. In der Leistungsdiagnostik liegt die Vermutung nahe, dass aufgrund der Artefaktanfälligkeit der Laser Doppler Methode, sowie dem erhöhten Mehraufwand, der Gebrauch eine eher untergeordnete Rolle spielen wird. Trotzdem veranschaulichen die in dieser Studie zusammengetragenen und ermittelten Resultate, dass die Technik der Laser Doppler Spektroskopie auch im Bereich der Sportmedizin zur nicht-invasiven Messung der Durchblutungsdynamik und der terminalen Mikrozirkulation als kleinster und wichtigster Vertreter des Kreislaufes, anwendbar ist.
• Summary and Outlook Since the middle of the 19th century scientists and clinicians have been exploring methods for the quantitative and qualitative detection of microperfusion, and the peripheral circulation. Initially the blood stream velocity was registered with mechanical watches and by direct observation of cut muscle veins (Hürthle 1939). Until the end of the nineteen-thirties that facility for blood electronic flow measurement in quantifying the blood flow, developed(Leyk 1999). Nowadays, accurate diagnostic methods like ultrasonic and laser doppler are available, continuous and non-invasively, without disturbing (traumatic or thermal) biological functions to analyze the flow dynamics as well. The laser doppler fluxmetrie method was used at first-time by Riva et al.1972 to record the blood flow in small vessels. Similar to the conventional doppler measurement technique with the help of sound waves, the main principle of frequency shift of reflected sound waves, described by Christian Doppler (1803-1853), based on moving parts and enables real-time analysis of skin blood flow data to be collected. As a further development, the laser doppler spectroscopy provides an opportunity to present the perfusion in deeper cellular tissue. The assessment of blood flow and the blood flow velocity are elementare variables to describe the cardiovascular system and cellular tissue perfusion with clinically high relevance. In this study, nineteen healthy persons (n = 19) were examined on a bicycle ergometer with increasing and exhausting exposure, according to BAL and continuous steady state exposure (100W, 70W). The blood flow measurement with the laser doppler spectroscopy (LDS) was out fined in each case pre and after intervention for 5 minutes on the right calf as a representative of the working peripheral muscles and on the descending part of the trapezoid muscle in the range of the right shoulder, as a representative character of a central non-working, resting muscles. All measurements with the atraumatic non-invasively laser Doppler spectroscopy were carried out under standardised conditions. The fundamental ambition of this study was to demonstrate the differences between the peripheral blood flow in the working muscles and the dormant, non-working muscles. Furthermore we tried to present the effect of thermoregulatory scenes with laser doppler spectroscopy on the basis of different conditions of stress. Moreover, it was an intention to show correlations between the circulation and vital signs, such as heart rate and skin temperature. The results of almost identical resting perfusion values within the weekly measurement under different conditions (continuous vs. increasing/exhaustive) adduced the evidence of the method for laser doppler spectroscopy in micro-vascular perfusion of the skeletal muscles and the cutaneous circulation. At the same time, there were significant varieties in the peripheral circulation of the working muscles, depending on the load shape, while the skin blood flow, did not show any significant differences. These findings permit the conclusion, that already aerobic stress intensity activates the thermoregulation in the vascular bed. Furthermore the findings in this study show, that the total cutaneous microcirculation of the organism is activated by centrally controlled mechanisms, to dissipate the arising generated heat, which is generated by physical activity while increasing cell metabolism during power generation, optimal in the environment. Although, it becomes a significant increasing blood flow in both continuous and rising-exhausting load method in the resting muscles, there are by comparison of the resting blood flow, no significant differences between the two forms of stress. In summary and concordance with the current literature, it seems that the LDS is in a position to demonstrate imposingly variances in the microcirculatory blood flow dependably in various tissue depths, by standardization of research methods. In addition to the described activity-related increases in blood flow, our results offer, that the LDS is in the position to show rapid changes in blood flow, even before clinical warning signs are present. This can be seen at the example of the excluded subjects in this work, due to orthostatic dysregulation and hypotension, in different tissue depth, in real time. The high correlation of the LDS to other circulatory parameters, such as the heart rate, can desirably further used in diagnosis and therapy of various diseases. In the sports medicine performance diagnostics, the LDS will play potentially a secondary role, because of the artefact sensitivity and complexity. Nevertheless, all the determined and assembled results of this study demonstrate, that the LDS - as the smallest and most important representative - is also applicable as a technique in the field of sports medicine for non-invasive measurement of perfusion dynamic in the terminal micro circulation.