Lidská adaptace na velkou nadmořskou výšku

Cíl studie A: Hmota červených krvinek a hypoxie:

Ke zvýšení zejména vytrvalostní výkonnosti vrcholových sportovců se používají různé formy výškového tréninku. Nejčastěji používanými přístupy je buď žít a trénovat ve výšce (Live high - train high; LHTH) nebo žít ve vysoké výšce při tréninku na úrovni moře (Live high - train low; LHTL). I když se obecně uznává, že potenciální účinky LHTH a LHTL na zvýšení výkonu jsou zprostředkovány zvýšením hmoty červených krvinek závislým na hypoxii (1), nikdy to nebylo experimentálně prokázáno. V roce 2010 výzkumníci provedli první placebem kontrolovanou dvojitě zaslepenou studii LHTL (podporovanou financováním BASPO) s jasným cílem identifikovat mechanismus (mechanismy) odpovědný za očarování výkonu po LHTL. Stručně řečeno, z tohoto důvodu 16 elitních sportovců (průměr VO2max ≈ 70 ml.kg.min) pobývalo 16 hodin/den buď v normoxii, nebo ve stimulované nadmořské výšce 3000 m po dobu čtyř týdnů. Tento protokol byl zvolen na základě nedávných recenzí odborníků v oboru (2). Navzdory tomuto domněle optimálnímu nastavení výzkumníci nenašli jedinou pozitivní změnu indukovanou LHTL. K našemu velkému překvapení a navzdory tomu, že jsme změřili VO2max, výkonnost v časovce, hmotnost červených krvinek, markery erytropoézy s mnohem vyšší frekvencí než v jakékoli jiné předchozí studii LHTL, všechny zůstaly LHTL nedotčeny. Na základě našich zkušeností v oblasti výškové fyziologie a studií zahrnujících injekce erytropoetinu u lidí začali výzkumníci spekulovat, zda i 3 týdny nepřetržité expozice nadmořské výšce jsou dostatečným stimulem ke zvýšení hmoty červených krvinek, což je základní předpoklad pro LHTL (1, 3). Pokud tomu tak není, pak vědecké zdůvodnění pro provádění LHTL zmizí.

Počáteční stanovení hmotnosti červených krvinek ve výšce se datuje před 100 lety, kdy Douglas (4) uvedl, že 6 týdnů expozice ve výšce 2300 m na Gran Canaries nezvýšila hmotnost červených krvinek, zatímco htc ano. Asi o 50 let později Lawrence (5) dospěl k závěru, že skutečný nárůst hmoty červených krvinek vyžaduje několik týdnů (8) vystavení nadmořské výšce (3800 m), zatímco pokles objemu plazmy začíná při příjezdu. Zde je třeba poznamenat, že k určení hmoty červených krvinek použili vynikající metodu: autologní červené krvinky označené radioaktivním fosforem, což dnes není možné. V roce 1964 Hannon (6) provedl svou dnes již klasickou studii, kdy vystavil 8 žen a 8 mužů nadmořské výšce 4300 m po dobu celých 9 týdnů. Během prvního měsíce nedošlo k žádnému nárůstu hmoty červených krvinek a během následujících 5 týdnů se hmota červených krvinek zvýšila pouze o 5 % navzdory pokračující suplementaci železa. Metodou použitou v této konkrétní studii byly autologní erytrocyty značené chrómem-51, tj. zlatý standard. Dokonce i ve velmi vysoké nadmořské výšce 5450 m (bez významu pro vrcholový sport) Reynafarje (7) uvedl, že ke zvýšení objemu červených krvinek je zapotřebí 6 týdnů. Navazovat na všechny předchozí výškové studie je zde nemožné, ale v nedávném přehledu je Grover a Bärtsch (8) shrnuli konstatováním, že „skutečná polycytémie se vyvíjí, když pobyt ve vysoké nadmořské výšce (3800-4500 m) trvá měsíce až roky“. Ve srovnání s výzkumem nadmořské výšky prováděným v minulosti, pokud jde o hmotnost červených krvinek, většinou prováděným s použitím technik mnohem lepších než ty, které se používají dnes a ve vyšších zeměpisných šířkách, než jaké se používají v protokolech LHTL, návrh, že LHTL by měla zvýšit červenou buněčná hmota se zdá být v rozporu. Je však třeba mít na paměti, že ve většině výškových studií je obtížné izolovat účinky na hypoxii a také změny teploty, nutričního příjmu a úrovně fyzické aktivity jsou často matoucím faktorem.

Levine a Stray-Gundersen (3) byli první, kdo zaznamenal nárůst hmoty červených krvinek po LHTL. Po 3 týdnech LHTL ve 2500 m vypočítali, že RCV se zvýší o 8 % na základě změn v objemu plazmy, jak bylo odvozeno od Evens Blue. Evens blue je špatným měřítkem pro změny v RCV, protože rychle uniká z oběhu a data je třeba brát s určitou opatrností. Je také zajímavé, že zvýšení RCV bylo pozorováno pouze u 50 % LHTL subjektů. To nevylučuje, že pozorované změny nebyly jednoduše jen výsledkem biologické variace (9). Během 10 let po prvních pozitivních výsledcích LHTL nebylo možné data replikovat. Zejména australská výzkumná skupina vedená Chrisem Gorem vynaložila v tomto období obrovské úsilí, ale nemohla potvrdit, že 3 týdny LHTH nebo normobarické LHTL způsobily zvýšení RCV (10-16). Od roku 2006 a dále byly hlášeny pozitivní účinky LHTL na RCV, ale údaje nejsou zdaleka přesvědčivé. Výzkumná skupina J. P. Richalet provedla řadu experimentů v Premanonu a zjistila, že v jedné studii se hmotnost červených krvinek zvýšila (17), ale v dalších dvou studiích se nezměnila (18, 19). J Wehrlin z Bundesamt für Sport zjistil, že tři týdny LHTL ke zvýšení RCV (20), ale design studie není čistý, protože subjekty z různých oborů sloužily jako kontrolní a léčebné subjekty. To je problém, protože byli v různých fázích své tréninkové sezóny a nelze vyloučit, že to neovlivní RCV. Vzhledem k tomu, že se jednalo o elitní sportovce soutěžící na mezinárodní úrovni, je také škoda, že v populaci těchto subjektů nebyly odebrány žádné antidopingové vzorky. Chris Gore v posledních několika letech uplatňoval neobvyklý statistický přístup, a proto hlásil to, čemu říkají „mezní“ zvýšení RCV po LHTL (21). Tento závěr však nelze učinit, pokud se použije standardní přijatý statistický přístup. Ačkoli se tedy obecně uznává, že LHTL může zvýšit RCV, obrázek není tak jasný, jak se očekávalo, a výzkumníci tvrdí, že je to spíše nepravděpodobné ve srovnání s výše uvedenými studiemi chronické expozice nadmořské výšky.

Hlavním cílem této současné studie je určit u velké studované populace (n=16), zda nepřetržité vystavení nadmořské výšce 3450 m po dobu čtyř týdnů zvyšuje nebo nezvyšuje množství červených krvinek. Vyšetřovatelé zvolili tuto nadmořskou výšku, protože 1) V populacích trvale žijících v této nadmořské výšce byl hlášen zvýšený objem červených krvinek ve srovnání s jejich krajany žijícími blízko hladiny moře, 2) Pokud vyšetřovatelé zvolili nižší nadmořskou výšku a vyšetřovatelé nepozorovali, že zvýšení hmoty červených krvinek by vyšetřovatelé nebyli schopni určit, zda to byl důsledek příliš nízké nadmořské výšky nebo příliš krátké doby expozice. 3) Vystavení mnohem vyšším nadmořským výškám nemusí být pro sportovce vhodné.

Protokol studie pro cíl studie A: Masa červených krvinek a hypoxie Jeden měsíc před expozicí nadmořské výšce budou subjekty týdně kvantifikovány jejich RCV (pomocí opětovného vdechování CO) a další hematologické parametry ve dvou samostatných dnech, mezi nimiž není více než jeden den (tj. pondělí a úterý nebo úterý a středa atd.). To umožňuje velmi dobrý odhad jejich bazálních hematologických hodnot. Suplementace lehkým železem (40 mg/den bude zahájena v den 1 a bude udržována po celou dobu studie). Kromě toho budou všechny subjekty během tohoto měsíce provádět cvičení na lehkém kole při 1,0 W/kg tělesné hmotnosti po dobu 30 minut každý druhý den. Je známo, že taková světelná aktivita neovlivňuje hmotnost červených krvinek (22). Aktivita bude pokračovat během období expozice nadmořské výšce na Jungfraujoch (viz níže), aby se omezil jakýkoli potenciální účinek fyzické nečinnosti vyvolané nadmořskou výškou/uzavřením, které může vyvolat pokles objemu plazmy, o kterém se však uvádí, že je eliminován i velmi světlo (23). Při dvou příležitostech týdně na Jungfraujoch budou všichni účastníci doprovázeni na Mönchhütte (stejná nadmořská výška) a zpět (celkem 60 minut chůze), aby si také udrželi nějakou fyzickou aktivitu. Zatímco ve výšce budou všechny subjekty provádět stejný test jako na úrovni moře, tj. dvojité stanovení hematologických parametrů na týdenní bázi.

Cíl studie B: Kardiovaskulární úpravy na vysokou nadmořskou výšku:

Klasické studie Grollmana na Pikes Peak (4300 m) v USA prokázaly, že během prvních dnů výstupu do vysoké nadmořské výšky došlo k přibližně 40% zvýšení klidového srdečního výdeje (srdeční frekvence × tepový objem) (Grollman 1930). Podobná pozorování byla provedena za přísněji kontrolovaných podmínek v laboratoři s ekvivalentními stupni hypoxie (24, 25). Změny tepového objemu hrají menší roli ve zvýšení srdečního výdeje vyvolaného nadmořskou výškou a většina odpovědi (90–95 %) se zdá být výsledkem zvýšené srdeční frekvence (24, 25). Po několika dnech vystavení nadmořské výšce se však srdeční výdej vrátí k hodnotám hladiny moře nebo dokonce k nižším hodnotám, přestože hypoxémie stále přetrvává [26]. Pokles srdečního výdeje je překvapivý a vyskytuje se i přes kontinuálně zvýšenou srdeční frekvenci a je důsledkem snížení tepového objemu (26, 27). Podobné údaje jsou uváděny u cvičení, tj. snížení zdvihového objemu při submaximálním a maximálním cvičení (28). Fyziologický mechanismus vedoucí ke snížení zdvihového objemu v klidu a během cvičení s nepřetržitým vystavením vysoké nadmořské výšce zůstává neznámý a hlavním cílem studie B je vyřešit tento problém. Vzhledem k tomu, že srdeční výdej do značné míry závisí na objemu krve (Frank-Starlingův mechanismus) a plnění levé komory, je lákavé spekulovat, že pokles objemu plazmy v závislosti na nadmořské výšce a tím i celkového objemu krve způsobí plnění pravé komory a následně i tepový objem. být snížen. K ověření této hypotézy na intervence budou provedeny:

1. Pro usnadnění žilního návratu, a tím i plnění pravé komory, budou subjekty každý týden testovány na běžně používaném naklápěcím stole. Naklápěcí stůl umožňuje vyšetřování subjektů v poloze na zádech při různých náklonech hlavy dolů. Vyšetřovatelé chtějí studovat naše dobrovolníky během 5 minut náklonu hlavy dolů (při každém náklonu) -15, -30 a -45°, což je normální postup. Sklon hlavy dolů usnadňuje žilní návrat a tím i zdvihový objem. Největší účinky jsou obvykle pozorovány při teplotě kolem -70°. Během poslední minuty každého náklonu bude srdeční výdej vyhodnocen inertní technikou opětovného dýchání (vyšetřovatelé měli tento postup schválený etickou komisí ETH v předchozích aplikacích) a ultrazvukovým dopplerem. Srdeční frekvence a krevní tlak budou nepřetržitě monitorovány neinvazivně.
2. Poslední den studie v Jungfraujoch bude objem plazmy obnoven na hodnoty hladiny moře infuzí Dextranu. Přesný objem dextranu, který má být infundován, se vypočítá vynásobením objemů červených krvinek (posuzováno v projektu A) hematokritem. Srdeční výdej bude hodnocen výše uvedeným způsobem v poloze na zádech a vsedě před a bezprostředně po infuzi Dextranu.
3. Zdvihový objem a tepová frekvence budou určovány při submaximální a maximální zátěži opětovným vdechováním inertního plynu na týdenní bázi během aklimatizace. Vyšetřovatelé předpokládají, že očekávané změny zdvihového objemu dobře korelují s nadmořskou výškou vyvolanými změnami v objemu plazmy a krve.

Studie C: Autonomní nervová kontrola ve vysoké nadmořské výšce:

Expozice hypoxii způsobuje u lidí sympatoexcitaci. To bylo stanoveno nepřímo měřením hypoxií indukovaného zvýšení noradrenalinu (Cunningham et al., 1965) a přímo zvýšením svalové aktivity sympatického nervu (Saito et al., 1988). Primárním základním mechanismem je aktivace chemoreceptorů v karotickém těle (Marshall, 1994) a mozkovém kmeni (Solomon, 2000). Během akutního vystavení hypoxii se tedy srdeční frekvence a aktivita sympatického nervu významně změní, když saturace krve kyslíkem klesne na přibližně 85 % (Smith et al., 1996). U lidí je tato úroveň saturace výsledkem dýchání hypoxických směsí plynů s FIO2 0,11-0,13 s určitou individuální variací (Lundby et al., 2004). Nedávno bylo prokázáno, že obyvatelé hladiny moře, kteří se aklimatizovali po dobu 4 týdnů na nadmořskou výšku 5260 m nad mořem, vykazovali překvapivě vysokou úroveň svalové aktivity sympatických nervů (Hansen & Sander, 2003). Průměrná frekvence svalového sympatiku se zvýšila na 300 % hodnot nad hladinou moře, což je podstatně více než 50-100 % očekávaných během akutní expozice odpovídající hypoxické směsi plynů (FIO2 0,105). Jedním omezením této první studie bylo zahrnutí pouze jednoho časového bodu během aklimatizace ve výšce. Není tedy známo, zda sympatoexcitace ve vysokých nadmořských výškách měřená mikroneurografií ustupuje během další aklimatizace u obyvatel na hladině moře.

Konkrétní mechanismy, které jsou základem této zjevné sympatoexcitace ve vysoké nadmořské výšce, nejsou jasné. Současné dýchání čistého kyslíku a intravenózní infuze fyziologického roztoku ve vysoké nadmořské výšce k obnovení krevní homeostázy způsobily pouze mírné snížení svalové aktivity sympatických nervů (Hansen & Sander, 2003), což naznačuje, že tradiční aktivace periferního chemoreflexu nebo kardiopulmonálního baroreflexu nezohledňuje pro sympatoexcitaci. Místo toho může chronické vystavení hypoxii způsobit resetování centrálních nervových drah zapojených do sympatoexcitačních reflexů. Existuje rostoucí množství důkazů podporujících, že farmakologicky indukovaná inhibice signalizace oxidu dusnatého mozkového kmene způsobuje zesílení nebo resetování sympatoexcitačních reflexů, a bylo navrženo, že akumulace endogenních inhibitorů oxidu dusnatého by mohla být podobně zapojena do sympatoexcitačních stavů u lidí.

Základní mechanismus vysokohorské sympatoexcitace (bod 1-5 níže)

Není známo, jak chronická hypoxie způsobuje sympatoexcitaci, ale některé z potenciálních základních mechanismů jsou popsány níže:

1. Arteriální baroreflex-aktivace. V předchozích studiích MSNA ve vysokých nadmořských výškách měli obyvatelé mořské hladiny menší, ale významné zvýšení arteriálního krevního tlaku o 8-12 mmHg (29, 30), což vylučuje uvolnění arteriálního baroreflexu. Resetování arteriálního baroreflexu nebylo vyloučeno jako přispívající faktor, ale je nepravděpodobné jako hlavní mechanismus.
2. Kardiopulmonální aktivace baroreflexu. V chronické studii ve vysoké nadmořské výšce [29] způsobila intravenózní infuze fyziologického roztoku (800–1000 ml během 15 minut) pouze malý pokles sympatického provozu, což poskytuje důkaz, že uvolnění kardiopulmonálních baroreceptorů není primárním přispěvatelem.

3. Chemoreflex-senzibilizace. Ventilační a sympatoexcitační reakce na aklimatizaci ve vysoké nadmořské výšce sdílejí několik charakteristik. Obě odpovědi se vyvíjejí postupně v průběhu dnů a jakmile se normalizace ustaví, je pomalá v průběhu dnů po opětovné expozici normoxii (29, 31, 32). Ventilační a sympatické chemoreflexy sdílejí aferentní vstup z periferních chemoreceptorů a centrální neuronální okruhy odpovědné za eferentní aktivaci bráničních nervů a sympatický odtok jsou paralelní. Výzkumníci předpokládají, že hyperventilační a sympatoexcitační reakce na chronickou hypoxickou expozici sdílejí základní mechanismy. Předpokládá se, že ventilační aklimatizace na vysokou nadmořskou výšku závisí primárně na chemoreflexní senzibilizaci, tj. navzdory stabilní nebo dokonce mírně se zlepšující arteriální tenzi kyslíku během prvních 2 týdnů aklimatizace se hypoxická chemoreflexní ventilační odpověď (HVR) pomalu zvyšuje. Základ této jedinečné reflexní senzibilizace byl v posledních několika desetiletích poměrně rozsáhle studován. U lidí je pravděpodobné, že se účastní jak periferní, tak centrální mechanismy.

   Na periferii jsou signální události v chemoreceptorech v karotických a aortálních tělíscích komplexní, zahrnující několik excitačních a inhibičních přenašečů. Mezi excitační signály patří adenosin, ATP, acetylcholin a endotelin. Primárními inhibičními signálními molekulami jsou dopamin (působící na D2-receptory, D2R) (33), noradrenalin a NO. U lidí jsou intravenózní nízké dávky dopaminu a D2R-antagonista domperidon (nyní podávané pouze perorálně) schopny snížit a zvýšit HVR hladiny moře (34, 35), ale ne maximální hypoxickou ventilaci (36). Nízké dávky dopaminu ani domperidonu neprocházejí hematoencefalickou bariérou. Ačkoli produkce dopaminu a účinky v karotickém těle se mohou během prvních dnů hypoxické expozice snížit (37, 38), enzymy zapojené do produkce dopaminu, dopaminové receptory a koncentrace dopaminu (a noradrenalin) jsou během chronické hypoxie upregulovány (38). . Funkční důsledek ventilačních odpovědí u lidí byl studován málo, ale jedna studie naznačuje, že účinky dopaminu i dompridonu na HVR jsou nezměněné nebo mírně větší u subjektů vystavených hypoxii po dobu 8 hodin (35). Role NO v periferní chemorecepci nebyla u lidí studována, ale nedávné studie na zvířatech naznačují, že periferní inhibiční účinek NO je zkreslený NO-zprostředkovanou dezinhibicí dopaminových účinků. Nitroprusid sodný tedy ve skutečnosti zvyšuje spouštění periferních chemoreceptorů u koček možná blokováním endogenní inhibice dopaminu (39).

   Centrálně, chemoreceptor-aferentní aktivace způsobuje uvolňování L-glutamátu a dopaminu v nucleus tractus solitarii (NTS). Tyto události vedou k excitaci NTS-neuronů, které následně prostřednictvím L-glutamátu excitují neurony mozkového kmene v rostrální ventrolaterální dřeni (RVLM). Shromážděný vstup do RVLM-neuronů řídí centrální sympatický odtok z mozkového kmene. Studie na zvířatech naznačují, že modulace chemoreflexní dráhy v NTS dopaminem (excitační) (40) oxidem dusnatým (NO) (excitační) (41) se stává významnější během hypoxické expozice. Mikroinjekce nitroprusidu sodného a inhibitoru NO syntázy L-NMMA do NTS u bdělých potkanů ​​tedy způsobuje zvýšení a snížení ventilace během hypoxické expozice (41). Úloha centrálního D2R při hypoxii byla studována u potkanů ​​srovnáním HVR po domperidonu (periferní blokáda D2R) s HVR po domperidonu + haloperidolu (periferně a centrálně působící blokátor D2R) (42). Celkovým účinkem samotného haloperidolu na ventilační odpověď na izokapnickou hypoxii u lidí bylo snížení HVR (43).

   Zatímco řada neuronálních drah a přenašečů, jak periferně, tak centrálně, může hrát fyziologickou roli v chemoreflexní senzibilizaci spojené s aklimatizací ve výšce, nedávné studie na myších s vyřazením D2R poskytly přesvědčivé důkazy, že D2R je nezbytným předpokladem (44). Z tohoto důvodu bude tato studie testovat, zda je senzibilizace chemoreceptorů základní příčinou sympatoexcitace ve vysoké nadmořské výšce, a pokud ano, zda jsou zapojeny mechanismy související s dopaminem nebo NO. V tomto ohledu je třeba poznamenat, že akutní hyperoxie nebo dokonce tři dny normoxického dýchání nedokázaly normalizovat provoz sympatiku u zdravých jedinců aklimatizovaných na vysokou nadmořskou výšku po dobu 4 týdnů (29). Podobné nálezy však byly hlášeny i pro ventilaci. Chronická hypoxie tedy může způsobit tak podstatnou senzibilizaci chemoreflexu, že ani hyperoxie nemusí umlčet primární periferní chemoaferenty z karotid a aortálních tělísek, a spekulovalo se, že hyperoxie může ve skutečnosti způsobit centrální excitaci ventilačního a sympatického výdeje po aklimatizace na nadmořskou výšku.

4. Snížená produkce NO v mozkovém kmeni-vazomotorických centrech. Brzy poté, co bylo zjištěno, že NO je důležitým vazodilatátorem odvozeným od endotelu, se NO také objevil jako neuromodulátor zvyšující glutamátergní neurotransmisi (45). Od té doby bylo na zvířecích modelech dobře prokázáno, že celkovým funkčním významem nedostatku NO v centrech mozkového kmene je sympatoexcitace a augmentace sympatoexcitačních reflexů (46). Tato forma sympatoexcitace byla identifikována u lidí (47). Zatímco tedy některé studie naznačují zvýšenou produkci NO v rámci NTS, celková produkce NO by mohla být během hypoxické expozice snížena. Nedávná studie na lidech skutečně naznačila, že existuje alespoň relativní nedostatek NO s nižšími hladinami cGMP v krvi během hypoxické expozice (48). Ve studii ve vysoké nadmořské výšce neměla intravenózní infuze substrátu NO, L-argininu, žádný vliv na sympatický provoz (Lundby et al., 2002 abstrakt). Toto zjištění nevylučuje nedostatek NO během chronické hypoxie, ale pouze naznačuje, že takový domnělý nedostatek nesouvisí s relativním nedostatkem substrátu pro syntézu NO. Tato studie řeší tento nevyřešený problém dvěma nezávislými způsoby. Za prvé, celotělová produkce NO bude určena novou technikou stabilního izotopu. Za druhé, L-NAME se použije k produkci inhibice NO syntázy. Za podmínek okolního vzduchu to odhalí, zda je funkční význam endogenní produkce NO snížen u chronické hypoxie. Během HVR-testování může mít L-NAME komplexní účinky na chemoreflex v důsledku jak disinhibice na úrovni periferních chemoreceptorů, tak nepřímého inhibičního působení v NTS mozkového kmene.
5. Neurofyziologické charakteristiky sympatoexcitace ve vysokých nadmořských výškách Sympatoexcitace ve vysokých nadmořských výškách dosud nebyla charakterizována pomocí jednojednotkových záznamů. Charakteristiky jedné jednotky, jako je pravděpodobnost výstřelu a pravděpodobnosti dvojí a vícenásobné střelby jedné jednotky v rámci jednoho srdečního cyklu, umožní průřezové srovnání sympatického provozu mezi obyvateli nížin a domorodci z vysokých nadmořských výšek. Kromě toho byly nedávno publikovány sympatické jednojednotkové charakteristiky pro sympatoexcitační stavy srdečního selhání, spánkové apnoe a hypertenze (49). Tak lze provést důležitá srovnání s jinými sympatoexcitačními stavy. Spalovací charakteristiky mohou mít důležité důsledky pro uvolňování noradrenalinu.

Periferní rozpojení aktivity sympatiku a vazomotorického tonu Navzdory dramatickému zvýšení aktivity sympatiku a uvolňování noradrenalinu dochází ve vysokých nadmořských výškách k omezenému (ač statisticky významnému) zvýšení vaskulárního odporu a krevního tlaku. To logicky souvisí s hypoxií vyvolaným periferním vyrovnáním sympatické vazokonstrikce. Odpojení mohlo být způsobeno alespoň částečně downregulací alfa-receptorů, i když u potkanů ​​žijících v hypobarické hypoxii po dobu 21 dnů nedošlo k žádnému významnému poklesu srdečních alfa-1-receptorů (50). Kromě toho akutní těžká hypoxická expozice také způsobuje rozpojení aktivity sympatiku a vazomotorického tonusu. U lidí používajících FiO2 0,08 je tedy sympatický provoz velmi vysoký, ale vaskulární odpor a krevní tlak jsou sníženy (51). Je nepravděpodobné, že by tento účinek akutní hypoxie mohl být vysvětlen downregulací receptoru.

Hypotézy pro vysokohorskou sympatoexcitaci testované s navrhovanou aplikací:

1. Sympathoexcitace ve vysoké nadmořské výšce bude charakterizována zvýšenou pravděpodobností sympatického odpálení jedné jednotky, připomínající charakteristiky sympatoexcitace při srdečním selhání.
2. Chronická hypoxická expozice způsobuje podstatnou senzibilizaci chemoreflexu, což alespoň částečně vysvětluje sympatoexcitace ve vysoké nadmořské výšce.

3a) Účinky dopaminu zprostředkované centrálním nervovým D2R se významně podílejí na chemoreflexní senzibilizaci při sympatoexcitaci ve vysokých nadmořských výškách.

3b) Změněná NO-signalizace se významně podílí na chemoreflexní senzibilizaci při sympatoexcitaci ve vysokých nadmořských výškách.

Hypotézy pro periferní rozpojení sympatických odpovědí 4) Chronická hypoxická expozice způsobuje sníženou lokální a celotělovou produkci oxidu dusnatého.

Každý z dobrovolníků bude studován 4krát (2 kontrolní studie v Curychu, s a bez L-NAME, a 2 studie na Jungfraujoch v týdnu 3), s L-NAME a bez něj.

Každý studijní den bude zahrnovat:

Měření: TK, HR, pletysmografický průtok krve končetinou, ventilace (včetně příjmu kyslíku), Pulseoximetrie a MSNA jednotlivé jednotky a MSNA více jednotek pro úplnou chemoreflexní studii. Vzorky krve: Včetně: katecholaminů, RBC kanálů, cGMP.

Stav:

• Odpočinek
• Chemoreflex (6 různých hladin kyslíku v arteriální krvi) (protokol navržený Mou et al. 1995).

NB-1: CO2 bude udržován na hladinách okolního dýchání (tj. klidová hodnota naměřená u každého jednotlivce) přidáním malých množství CO2 během chemoreflexních testů.

NB-2: V jeden den studie byla podána intravenózní infuze dopaminu (3 µg kg-1 min-1) (Dahan a kol. 1996), tablety domperidonu (0,75 mg kg-1) (Pedersen a kol. 1999, Lundby et al. 2001) a intravenózní metoklopramid (10 mg) (Takeuchi et al. 1993) budou použity v této sekvenci na úrovni moře a na Jungfraujoch k inhibici a dezinhibici periferního chemoaferentního pálení a následně k inhibici centrální chemoreflexní excitace související s D2R . Účinky dopaminu vymizí během několika minut po zastavení infuze (Dahan et al. 1996, Jarnberg et al. 1981). Účinky domperidonu dosáhnou maxima asi 30 minut po požití tablety a zůstanou poměrně stabilní po dalších 30 minut. V těchto dávkách dopamin a domperidon neprocházejí hematoencefalickou bariérou, a proto se příspěvek centrálních senzorů hypoxie nemění. Bylo hlášeno, že metoklopramid způsobuje zvýšení aktivity sympatiku na hladině moře. Pokud to výzkumníci potvrdí po léčbě domperidonem na úrovni moře, jakýkoli pokles sympatického provozu ve vysoké nadmořské výšce bude silně naznačovat změny související s hypoxií v centrální chemoreflexní excitaci související s D2R.

Cíl studie D: Přizpůsobení metabolismu kosterního svalstva a tukové tkáně vysoké nadmořské výšce:

Řízení mitochondriální funkce závislé na hypoxii je již dlouho předmětem zájmu, avšak překvapivě málo je známo o tomto tématu jak u lidí, tak u zvířat. Předchozí pozorování mitochondriálních modifikací po aklimatizaci na nadmořskou výšku (zejména vysoké a extrémní nadmořské výšky) byla nekonzistentní. Počáteční zprávy (52-55) prokázaly větší expresi nepřímých markerů naznačujících zvýšený oxidační potenciál u zvířat i lidí pocházejících z vysokých nadmořských výšek, což vedlo výzkumníky k předpokladu, že aklimatizace může zlepšit respirační kapacitu a mitochondriální funkce v reakci na stále hypoxické prostředí (55 ). Toto počáteční paradigma bylo zpochybněno, když další studie nížinců pobývajících ve vysokých/extrémních nadmořských výškách uváděly buď dramatickou ztrátu mitochondrií kosterního svalstva (56, 57) nebo zanedbatelné změny v mitochondriálním profilu po aklimatizaci na vysokou/extrémní nadmořskou výšku (58-62), dokonce navzdory významnému snížení hmoty kosterního svalstva (60, 61). Jedna konzistentnost napříč literaturou je však předpoklad, že mitochondriální funkce (tj. respirační kapacita, substrátová kontrola dýchání a účinnost nebo vazebná kontrola) je reprezentována pouze statickými měřeními, jako jsou koncentrace/aktivita specifického mitochondriálního proteinu nebo morfometrická analýza představující mitochondriální obsah nebo objem. I když taková statická měření nelze podceňovat, protože jsou životně důležitá pro studium a naše chápání mitochondriální fyziologie, spoléhání se na tato měření pro charakterizaci mitochondriální funkce a oxidačního potenciálu je neúplné. Vyšetření mitochondriální funkce vyžaduje přímé specifické manipulace s mitochondriální respirací, aby bylo možné identifikovat potenciální změny v oxidativní fosforylaci a transportu elektronů. Změny v obratu proteinů v celém těle (63) a hypoxie usnadnily změny v koncentraci proteinů, včetně několika mitochondriálních proteinů (64) z této studie již byly popsány. Aby se objasnily hypoxií vyvolané změny mitochondriální funkce kosterního svalu po aklimatizaci na vysokou nadmořskou výšku, výzkumníci chtějí zhodnotit mitochondriální funkci permeabilizovaných vláken kosterního svalstva a tukové tkáně na úrovni moře a po přibližně 20-24 dnech vystavení vysoké nadmořské výšce.