The Influence of Saturation-Guided Protocols on the Remote Ischemic Conditioning Effect

Abstract

In der plastischen Chirurgie sind die meisten Komplikationen von Lappenplastiken perfusionsbedingt. Die bedeutendsten beitragende Faktoren sind die Ischämie und der folgende Ischämie-Reperfusionsschaden. Andere Bereiche der Medizin, wie die Transplantationschirurgie, sind ähnlicher Problematik ausgesetzt. Sie haben in wissenschaftlichen Arbeiten gezeigt, dass es möglich ist, Gewebe zu konditionieren, um zukünftige Ischämie Ereignisse mit anschließender Reperfusion besser zu tolerieren. Eine etablierte Methode ist das ischämische Konditionieren durch wiederholte Zyklen von Ischämie und darauffolgender Reperfusion. Weitere Forschung auf diesem Gebiet ergab, dass das begrenzte Konditionieren einer Region systemisch konditionierende Effekte hat. Diese Entdeckung ermöglicht das sogenannte „Remote Ischemic Conditioning“ um perfusionsbedingte Komplikationen zu minimieren. Im muskulo-kutanen Modell haben aktuelle Studien mit der Anwendung verschiedener RIC-Protokolle an gesunden Probanden den RIC-Effekt am Menschen gezeigt. Ziel dieser Arbeit ist es, die treibenden Faktoren des RIC- Effektes zu differenzieren und die Protokolle daraufhin zu optimieren. Bisher verwendete Protokolle basieren auf zeitabhängigen Ischämie Phasen gefolgt von 10-minütiger Reperfusion. Es liegen keine Studien mit sättigungsabhängigen Ischämie Phasen vor. In dieser Arbeit wird das klassische zeitgesteuerte RIC Protokoll (Protokoll 1) mit mehreren sättigungsabhängigen Protokollen verglichen. Die untersuchten sättigungsabhängigen Protokolle definieren sich über eine Entsättigung auf 10% (Protokoll 2), eine Entsättigung auf 30% (Protokoll 3) und eine Entsättigung auf 10% bei gleichzeitiger Muskelarbeit (Protokoll 4). Zu diesem Zweck wurden alle vier Protokolle an 24 Probanden/-innen durchgeführt. Die Parameter SO2, rHb, und Flow wurden mit dem etablierten O2C Gerät mittels Laser-Doppler-Spektroskopie und Weißlichtspektroskopie gemessen. Die Protokolle wurden hinsichtlich dieser Parameter durch das statistische Verfahren der rmANOVA miteinander verglichen. Allein in Protokoll 4 zeigte SO2, mit wechselhafter Signifikanz, eine Zunahme in allen Intervallen. Zudem lag ein signifikanter Unterschied im Vergleich zu den anderen Protokollen vor. Der Parameter rHb war in Protokoll 4 in manchen Intervallen signifikant erhöht und signifikant höher im Vergleich zu den anderen Protokollen. Eine signifikante Flow Zunahme wurde teilweise ebenfalls im Protokoll 4 erzeugt. Der Vergleich des Flow zwischen den Protokollen lieferte positiv signifikante Unterschiede, vor allem des Protokoll 4 gegenüber den anderen Protokollen. Die Ergebnisse zeigen, dass das effektivste Protokoll durch eine erhöhte Entsättigungsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist, die die Beiträge sowohl der Zeit als auch des Entsättigungsgrades vereint.

In plastic surgery and the use of flaps to cover defects, most complications are perfusion derived. The contributing processes are the result of ischemia and ischemia-reperfusion injury. Many other specialties, such as cardiology, dealt with similar complications and discovered that tissue could be conditioned to tolerate future ischemic events better. One effective way is to subject tissue to non-deleterious cycles of ischemia and reperfusion. While elucidating the mechanism of these observations, researchers found that these conditioning cycles of ischemia and reperfusion could be applied remotely to the target tissue of future ischemic insults. This was termed “remote ischemic conditioning” (RIC) and enabled ischemic conditioning to have an actual clinical application. After establishing a RIC effect in myocutaneous tissue, it is time to determine the most effective RIC protocol for clinical use. To date, all tested protocols have been time-guided protocols. This study is the first to research the RIC effect of saturation-guided protocols in healthy subjects. The goal is to further decipher the contribution of different factors to the RIC effect’s strength. This study included 24 healthy subjects that underwent four different protocols. All protocols were composed of initial baseline measurement followed by three cycles of alternating ischemia and reperfusion. Protocol 1 was the established time-guided protocol. Protocol 2 desaturated to 10%, protocol 3 desaturated to 30%, and protocol 4 desaturated to 10% while the ischemic limb exerted muscular effort. Each measurement was separated by a week to avoid overlapping RIC effects. Statistical analysis by rmANOVA was used to intraindividually compare the established time-guided protocol with saturation- guided protocols. The microcirculatory parameters SO2, rHb, and Flow, were measured with the established O2C device using laser doppler spectroscopy and white light spectroscopy. The question was whether the effect on cutaneous microcirculation differed significantly amongst the protocols. Only Protocol 4 produced SO2 above baseline in all intervals with intermitting significance. SO2 increase was significantly different from the other protocols. Protocols 1, 2, and 3 did not differ significantly. Protocol 4 resulted in significant rHb increases in some intervals while differing significantly from the other protocols. Flow was significantly increased in protocol 4 compared to baseline and the other protocols. In all three metrics, protocol 4 performed significantly better than the other protocols. The results demonstrate that the most effective protocol was defined by an increased velocity of desaturation, representing the contribution of both time and level of desaturation.