Die längerfristigen Auswirkungen von hemiparetischem Schlaganfall auf den muskuloskelettalen Stoffwechsel – eine Pilotstudie

Abstract

Hintergrund: Hemiparetischer Schlaganfall resultiert in einer Vielzahl von strukturellen und metabolischen Gewebeveränderung der quergestreiften Skelettmuskulatur und begünstigt in Folge erheblich die körperliche Beeinträchtigung und Behinderung von Schlaganfallüberlebenden. Diese Alterationen können sich wiederum auf Leistungsvermögen und Metabolismus auswirken. Die metabolischen Prozesse in situ sind auf muskuloskelettaler Gewebeebene bislang jedoch nicht untersucht worden. Wir vermuten, dass Patienten nach hemiparetischem Schlaganfall eine eingeschränkte muskuläre Stoffwechselkapazität aufweisen und dass die Veränderungen maßgeblich die paretische im Vergleich zur nicht-paretischen Extremität betreffen. Methoden: Unter Berücksichtigung der lokalen Gewebeperfusion unterzogen sich neun männliche Schlaganfallüberlebende mit Hemiparese (Alter, 62 ± 8 Jahre; BMI 28 ± 4 kg/m2; mediane Latenzzeit seit Schlaganfall, 23 Monate mit einer Spannweite von 7 bis 34 Monaten nach Schlaganfallereignis) dynamischen In-situ-Messungen des Kohlenhydrat- und Lipidstoffwechsels. Eine bilaterale Mikrodialysetestung von paretischem und nicht-paretischen Musculus vastus lateralis diente zur Bestimmung der interstitiellen Markermetaboliten nach Nahrungskarenz und während einer oralen Glukosetoleranzmessung. Ferner wurden die Serumspiegel der Intermediaten sowie der systemische Energieverbrauch anhand indirekter Kalorimetrie berücksichtigt. Zum Vergleich dienten die Ergebnisse 8 gesunder, männlicher Probanden in ähnlichem Alter und mit ähnlichem BMI. Ergebnisse: Es zeigten sich keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen paretischer und nicht-paretischer Skelettmuskulatur hinsichtlich der lokalen Gewebeperfusion sowie der Nüchtern- und postprandialen Profile der interstitiellen Metaboliten Glukose, Pyruvat, Laktat und Glycerol. Gegenüber gesunden Kontrollen zeigten sich in der Patientengruppe erhöhte Nüchtern- und postprandiale Dialysat-Glycerolspiegel (p < 0.001) sowie höhere Plasmaparameter für freie Fettsäuren (Nüchternwerte für freie Fettsäuren; 0.63 ± 0.23 vs. 0.29 ± 0.17 mmol/L; p = 0.004). Die Patienten präsentierten zudem eine höhere glykolytische Aktivität mit gesteigerter Laktatproduktion nach Glukosegabe im Vergleich zur Kontrollgruppe (p < 0.001) sowie höhere RQ-Werte und einen reduzierten postprandialen Energieumsatz (jeweils p < 0.05). Schlussfolgerung: Es bestand keine Diskrepanz zwischen den skelettmuskulären Stoffwechseleigenschaften der paretischen und nicht-paretischen Extremität von Schlaganfallüberlebenden. Eine gesteigerte Aktivität von Lipolyse und Glykolyse auf Gewebeebene wies allerdings auf einen eingeschränkten Substratmetabolismus mit verringertem oxidativen Energiestoffwechsel in bilateralem Skelettmuskel nach Schlaganfall hin. Weitere Forschungsbemühungen sind dringend erforderlich, um die klinischen Auswirkungen dieser eingeschränkten muskulären Stoffwechselflexibilität zu untersuchen und eine integrierte Perzeption von Schlaganfallpatienten zu fördern.

Background: Hemiparetic stroke results in a multitude of structural and metabolic modifications of skeletal muscle tissue, consequently promoting functional impairment and disabilities in stroke survivors. These alterations may in turn impact function and metabolism. In situ metabolic processes at tissue level have not been investigated. We hypothesize that patients display impaired muscular metabolic properties after hemiparetic stroke and that more distinct alterations can be found in the paretic in comparison with the non-paretic extremity. Methods: In consideration of local tissue perfusion, 9 male hemiparetic stroke survivors (age, 62 ± 8 years; BMI, 28 ± 4 kg/m2; median stroke latency, 23 months ranging from 7 to 34 months poststroke) underwent dynamic in situ measurements of carbohydrate and lipid metabolism. Interstitial intermediate metabolites were assessed at fasting condition and during oral glucose tolerance testing by means of bilateral microdialysis of paretic and non-paretic vastus lateralis muscle. Serum levels of marker metabolites as well as systemic energy expenditure using indirect calorimetry were taken into account. Findings were correlated to 8 healthy, male subjects of similar age and BMI. Results: No significant differences could be found between paretic and non-paretic skeletal muscle regarding tissue perfusion, fasting and postprandial profiles of interstitial metabolites glucose, pyruvate, lactate and glycerol. We found higher fasting and postprandial dialysate glycerol levels in patients vs. controls (P < 0.001) with elevated plasma FFA (fasting FFA; 0.63 ± 0.23 vs. 0.29 ± 0.17 mmol/L; P = 0.004). In comparison to the control group, patients displayed higher glycolytic activity with enhanced lactate production upon glucose load (P < 0.001) as well as higher RQ values and reduced postprandial energy expenditure (both P < 0.05). Conclusions: Skeletal muscle tissue metabolism did not differ between paretic and non-paretic limb of hemiparetic stroke survivors. An elevated activity of lipolysis and glycolysis on tissue level indicates a limited substrate metabolism with blunted oxidative metabolism in bilateral skeletal muscle after apoplexy. Further research is required to study the clinical impact of this impaired muscular metabolic flexibility and promote an integrated perception of post-stroke patients.