Details

Autor(en) / Beteiligte

• Rzanny, Reinhard
• Stutzig, Norman
• Hiepe, Patrick
• Gussew, Alexander
• Thorhauer, Hans-Alexander
• Reichenbach, Jürgen R.

Titel

The reproducibility of different metabolic markers for muscle fiber type distributions investigated by functional 31P-MRS during dynamic exercise

Ist Teil von

• Zeitschrift für medizinische Physik, 2016-12, Vol.26 (4), p.323-338

Ort / Verlag

Elsevier GmbH

Erscheinungsjahr

2016

Quelle

Alma/SFX Local Collection

Beschreibungen/Notizen

• The objective of the study was to investigate the reproducibility of exercise induced pH-heterogeneity by splitting of the inorganic phosphate (Pi) signal in the corresponding 31P-MRS spectra and to compare results of this approach with other fiber-type related markers, like phosphocreatine/adenosine triphosphate (PCr/ATP) ratio, and PCr-recovery parameters. Subjects (N=3) with different sportive background were tested in 10 test sessions separated by at least 3 days. A MR-compatible pedal ergometer was used to perform the exercise and to induce a pH-based splitting of the Pi-signal in 31P-MR spectra of the medial gastrocnemius muscle. The PCr recovery was analyzed using a non-negative least square algorithm (NNLS) and multi-exponential regression analysis to estimate the number of non-exponential components as well as their amplitude and time constant. The reproducibility of the estimated metabolic marker and the resulting fiber-type distributions between the 10 test sessions were compared. The reproducibility (standard deviation between measurements) based on (1) Pi components varied from 2% to 4%, (2) PCr recovery time components varied from 10% to 12% and (3) phosphate concentrations at rest varied from 8% to 11% between test sessions. Due to the sportive activity differences between the 3 subjects were expected in view of fiber type distribution. All estimated markers indicate the highest type I percentage for volunteer 3 medium for volunteer 2 and the lowest for volunteer 1. The relative high reproducibility of pH dependent Pi components during exercise indicates a high potential of this method to estimate muscle fiber-type distributions in vivo. To make this method usable not only to detect differences in muscle fiber distributions but also to determine individual fiber-type volume contents it is therefore recommended to validate this marker by histological methods and to reveal the effects of muscle fiber recruitments and fiber-type specific Pi concentrations on the intensity ratios between the splitted Pi-components. Untersuchung der Reproduzierbarkeit der belastungsinduzierten pH-Heterogenität anhand der Aufspaltung des MR-Signals für anorganisches Phosphat (Pi) mittels 31P-MRS und deren Vergleich mit der Reproduzierbarkeit anderer, zur Abschätzung der Fasertypenverteilung genutzter metabolischer Marker, wie Phosphokreatin/Adenosintriphosphat (PCr/ATP) Quotient und kinetischen Parametern der PCr-Resynthese nach Beendigung der Übung. Drei Probanden mit unterschiedlichem sportlichem Hintergrund wurden zu jeweils zehn aufeinanderfolgenden Messterminen mit einem zeitlichen Abstand von jeweils mindestens drei Tagen untersucht. Für die Durchführung der Belastungsübung zur Pi-Aufspaltung im medialen M. gastrocnemius wurde ein MR-kompatibles Pedal-Ergometer eingesetzt. Die Anzahl exponentieller Zeitkomponenten im zeitlichen Verlauf der PCr-Wiederherstellung wurde mit dem NNLS-Verfahren (Non Negative Least Square) und die Reproduzierbarkeit der Amplituden und Zeitkonstanten für mono-, bi- beziehungsweise tri-exponentielle Exponentialfunktionen durch eine nichtlineare Regressionsanalysen bestimmt. Die Reproduzierbarkeiten, die sich aus Abschätzungen der Fasertypenverteilung auf Grundlage der verwendete Marker ergaben, wurden miteinander verglichen. Die Reproduzierbarkeit (Standardabweichung zwischen den Einzelmessungen) variierte basierend auf (1) den separierten Komponenten des Pi-Signals zwischen 2% und 4%, (2) den Zeitkomponenten für die PCr-Wiederherstellung zwischen 10% und 12% und (3) den PCr/ATP-Quotienten der Ruhespektren zwischen 8% und 11%. Die Abschätzung der Faserverteilung anhand der sportlichen Aktivität sowie für alle untersuchten Marker ergab die gleiche Reihenfolge mit absteigendem Typ-I-Anteil von Proband 3 über Proband 2 zu Proband 1. Die relativ gute Reproduzierbarkeit, mit der die Teilkomponenten des durch belastungsinduzierte Aufspaltung gebildeten Pi-Komponenten bestimmt wurden, zeigt das Potential dieser Methode für In-vivo-Bestimmungen der Fasertypenverteilung in Muskeln. Um mit dieser Methode nicht nur Unterschiede der muskulären Fasertypenverteilung verschiedener Muskeln sondern auch deren individuelle Faserverteilungen nicht-invasiv bestimmen zu können, sollte die Methode durch Vergleich mit histologischen Bestimmungen der Faserverteilung validiert und der Einfluss des Rekrutierungsverhaltens und fasertypspezifischer Pi-Konzentrationsunterschiede auf die Intensitätsverteilung der Pi-Komponenten untersucht werden.