Neue Methoden zum Monitoring der Risikofaktoren und Entstehung der Intensive Care Unit Acquired Weakness

Putz, Timon (2025): Neue Methoden zum Monitoring der Risikofaktoren und Entstehung der Intensive Care Unit Acquired Weakness. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Körperliche Inaktivität und die daraus resultierende Muskelatrophie sind bei schwerkranken Patienten weit verbreitet und tragen erheblich zur ICUAW bei. Dabei machen die hohen Folgekosten, erhöhte Komplikationsraten und schwerwiegenden Langzeitfolgen sowie eine erhöhte 1-Jahres Mortalität die ICUAW zu einem hoch relevantem Forschungsschwerpunkt. Bislang hat das Fehlen quantifizierbarer Biomarker für Inaktivität die Untersuchung der sonstigen Einflussfaktoren von ICUAW erschwert und die Forschung auf diesem Gebiet verkompliziert. Außerdem fehlt eine einfache bettseitige Diagnostikmethode, die unabhängig von der Körperzusammensetzung bzw. Körperfettanteil des Patienten oder etwaiger Wassereinlagerung ist und gleichzeitig Aussagen über die generalisierte Muskelatrophie zulässt. Unsere Hypothese ist, dass aktive Bewegung, gemessen mit nicht-invasiven, am Körper befestigten Beschleunigungsmessern, als zuverlässiger Indikator für das Aktivitätsniveau dienen und zur Vorhersage von Muskelatrophie beitragen könnte. Mit Hilfe von maschinellem Lernen entwickelten wir ein Modell, um diese Hypothese zu testen. Die 2. Hypothese ist, dass sich der Durchmesser des M. temporalis gemessen im cCT und im Ultraschall als neuer, alternativer Biomarker für die Muskelatrophie bei ICUAW zur Standardmethode (Durchmesser des M. rectus femoris) eignet. Wir konnten dabei zeigen, dass sich neurologische Intensivpatienten während ihres Aufenthalts auf der Intensivstation weniger als 1 % der Zeit aktiv bewegen und das Aktivitätsniveau bei nur etwa 6 % des Aktivitätsniveaus gesunder Personen liegt. Außerdem konnte unser Modell bestätigen, dass der Anteil der aktiven Bewegung ein messbarer Biomarker für die Vorhersage von Muskelatrophie, während eines Intensivaufenthalts nach 10 Tagen ist. Außerdem zeigten wir, dass der Durchmesser des M. temporalis gemessen im cCT und im US als einfaches und gut reproduzierbares Instrument zur Erkennung der ICUAW geeignet ist. Daraus folgende Implikationen für Forschung und Praxis: Die Einbeziehung von aus Beschleunigungssensoren abgeleiteten Biomarkern verbessert die Vorhersage von Muskelatrophie bei neurologischen Intensivpatienten. Dieser Fortschritt ebnet den Weg für eine bessere Phänotypisierung von ICUAW und unterstützt die Entwicklung maßgeschneiderter Interventionen. Künftige Studien zu ICUAW sollten diese Biomarker als Kovariablen berücksichtigen. Die Verwendung des M. temporalis als alternativer Messort zur Evaluation der ICUAW sollte unbedingt bedacht werden, insbesondere bei Patienten, bei denen der M. rectus femoris nicht zuverlässig herangezogen werden kann.

Abstract

Physical inactivity and the resulting muscle atrophy are widespread in critically ill patients and contribute significantly to ICUAW. The high follow-up costs, increased complication rates and serious long-term consequences as well as increased 1-year mortality make ICUAW a highly relevant research focus. To date, the lack of quantifiable biomarkers for inactivity has hampered the assessment of ICUAW and complicated research in this field. In addition, a simple bedside diagnostic method that is independent of the patient's body composition or body fat percentage or fluid retention and at the same time allows the approximation of generalized muscle atrophy is lacking Our hypothesis is that active movement, measured with non-invasive accelerometers attached to the body, could serve as a reliable indicator of activity levels and contribute to the prediction of muscle atrophy. Using machine learning, we developed a model to test this hypothesis. The second hypothesis is that the thickness of the temporalis muscle is suitable as a new, alternative biomarker for muscle atrophy in ICUAW to the standard method (thickness of the rectus femoris muscle). We were able to show that neurological ICU patients are active less than 1 % of the time during their stay in the ICU and reach only about 6 % of the activity level of healthy patients. Furthermore, our model confirmed that the percentage of active movement is a suitable biomarker for the prediction of muscle atrophy after 10 days during an intensive care stay. Additionally, we showed that the diameter of the temporalis muscle is a simple and reproducible tool for the detection of ICUAW. Implications for further research and clinical practice: The inclusion of accelerometer-derived biomarkers improves the prediction of muscle atrophy in neurological intensive care patients. These findings pave the way for better phenotyping of ICUAW and supports the development of customized interventions. Future studies on ICUAW should consider these biomarkers as covariates. The use of the temporalis muscle as an alternative site for the evaluation of ICUAW should be considered, especially in patients in whom the rectus femoris muscle cannot be utilized reliably.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: ICU, ICUAW, Sarcopenia, Muscle atrophy, Accelerometer, Machine learning, critical care, ultrasonography, temporal muscle, quadriceps muscle
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 24. Oktober 2025
• 1. Bericht­erstatter:in: Dimitriadis, Konstantinos