L'eritropoietina può proteggere il flusso sanguigno cerebrale e l'ossigenazione durante l'immersione simulata?

Sfondo

Durante il raffreddamento facciale e specialmente durante l'apnea, i mammiferi - e anche gli esseri umani - possono provocare un cosiddetto riflesso di immersione, che causa bradicardia, vasocostrizione periferica e centralizzazione del flusso sanguigno al cervello, ai polmoni e al cuore (18 Foster et al 2005), ma il riflesso viene soppresso dall'attività fisica. Il riflesso dell'immersione può essere suscitato solo dal trattenere il respiro e sarà più pronunciato durante il raffreddamento facciale simultaneo, ma non dalla stimolazione di altri recettori cutanei (19 Asmussen et al 1968).

La pressione intrapleurica e il volume polmonare influenzano il riflesso di immersione in modo tale che minore è la parte della capacità vitale utilizzata, più pronunciata è la bradicardia. Ciò è spiegato dal fatto che i recettori dell'allungamento polmonare vengono attivati ​​meno da volumi polmonari più piccoli e quindi inviano un'uscita afferente vagale più piccola.

Il riflesso dell'immersione ha un effetto di conservazione dell'ossigeno, a causa dell'intensa vasocostrizione sia nei visceri che nei muscoli, e contemporaneamente alla riduzione della gittata cardiaca (CO). Pertanto il lattato plasmatico aumenterà, per compensare il minor flusso sanguigno regionale. Se si va in iperventilazione con il 100% di ossigeno, allora il riflesso può ancora essere suscitato, ma è più pronunciato durante l'asfissia. I subacquei sportivi esperti, che si immergono da più di 7-10 anni, hanno ridotto l'acidosi post apnea e lo stress ossidativo (18 Foster et al 2005), ma probabilmente anche una minore sensibilità all'ipossia progressiva e all'ipercapnia, perché questi individui hanno un'immersione più pronunciata riflesso.

Le persone con apnea notturna sono, come i subacquei addestrati, esposti a ripetuti episodi di ipossia e ipercapnia durante il sonno, fino a 30-60 secondi, e hanno sviluppato una minore sensibilità per questo. Questi pazienti hanno tipicamente un'attività cronicamente più elevata del sistema nervoso simpatico, resistenza periferica e pressione arteriosa più elevate (18 Foster et al 2005).

SCUBA I subacquei sportivi, che si immergono più di 100 volte all'anno, specialmente in acque fredde, hanno un flusso sanguigno cerebrale ridotto e un deficit cognitivo (20 Slosman et al 2003). L'età e l'indice di massa corporea (BMI) sono associati alla diminuzione del flusso sanguigno cerebrale e al deficit cognitivo, forse perché, i subacquei SCUBA con un BMI più elevato, hanno riserve di azoto più grandi nei loro tessuti adiposi, che quindi danno meno incidenze non sintomatiche di malattia da decompressione (20 Slosman et al 2003). Ma è ovvio supporre che potrebbe essere causato da un ridotto flusso sanguigno cerebrale, a causa del riflesso dell'immersione.

Anche l'arrampicata in alta quota (tra 54488 e 8848 m) dà deficit cognitivi. Coloro che avevano i sintomi più pronunciati, erano molto sensibili all'ipossia da iperventilazione. Si sospettava che l'ipocapnia causata dall'iperventilazione stesse causando una diminuzione del flusso sanguigno cerebrale (33 Hornbein TF et al 1989).

L'ecografia Doppler transcranica (TCD) fornisce un valore riproducibile per la perfusione cerebrale mediante campionamento continuo non invasivo in tempo reale (14 Aslid et al 1982). Un singolo trasduttore piezoelettrico invia e raccoglie gli ultrasuoni attraverso la regione temporale del cranio, dove è più sottile. In questo modo è possibile stimare il flusso sanguigno dell'arteria cerebri anteriore, media (MCA) e posteriore e basilare.

Con TCD si può mostrare quali parti del cervello vengono attivate durante il lavoro statico e dinamico (15 Colebatch et al 1991, 16 Dahl et al 1992). Anche la vasodilatazione quando la CO2 è alta è vista come un aumento del flusso sanguigno arterioso, e piccoli emboli inviano un segnale caratteristico durante la chirurgia carotidea (17 Halsey et al 1986).

Con la risonanza magnetica funzionale dipendente dal livello di ossigenazione del sangue, BOLD fMRI è dimostrato che l'ipercapnia indotta dall'apnea fornisce un flusso sanguigno cerebrale più elevato nella corteccia sensomotoria, nella corteccia frontale, nei gangli basali, nella corteccia visiva e nel cervelletto (21 Kastrup et al 1999 ). I cambiamenti più grandi si osservano nel cervelletto e i più piccoli nella corteccia frontale (21 Kastrup et al 1999).

Con TCD si può dimostrare che il flusso sanguigno cerebrale aumenta in MCA in soggetti sani durante il raffreddamento facciale, con ventilazione normale, quando si riposa in posizione supina senza influenzare la pressione arteriosa sistemica (22 Browna et al 2003). La tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo (SPECT) - la scansione durante la pressione normo-barica e iperbarica di subacquei professionisti che respirano ossigeno al 100% ha dimostrato di ridurre il flusso sanguigno cerebrale in diverse regioni del cervello (23 Di Pieroa et al 2002).

Il metabolismo cerebrale dipende da un apporto continuo di glucosio, che viene soppresso durante l'ipoglicemia indotta dal lavoro prolungato (1 Nybo et al 2003). Il cervello è però in grado di utilizzare in una certa misura altri substrati, come il lattato che viene assorbito in quantità proporzionale alla concentrazione arteriosa (2 Dalsgaard et al 2003). Sembra quindi che il cervello durante il lavoro prolungato sia in grado di avere un assorbimento di lattato pari a quello del glucosio. Inoltre sembra che il lattato venga metabolizzato, poiché non si accumula nel liquido spinale o nel tessuto cerebrale (3 Madsen et al 1999). A riposo l'assorbimento cerebrale di glucosio è bilanciato da un proporzionale assorbimento di ossigeno (circa 1:6). Quando il cervello è attivato, questo equilibrio è disturbato a livello regionale (4 Fox Raichle et al 1986) ea livello globale (5 Madsen 1995). A riposo, dove la concentrazione di lattato nel siero è bassa, l'importanza del lattato per il metabolismo cerebrale è minima, ma durante l'attività fisica, dove il lattato plasmatico aumenta, l'assorbimento aumenta e contribuisce all'abbassamento del rapporto metabolico cerebrale.

La causa alla base della caduta del rapporto metabolico cerebrale durante l'attività fisica non è nota. Ma la quantità eccessiva di carboidrati (in proporzione all'ossigeno) può raggiungere un livello paragonabile alla quantità totale di glicogeno cerebrale (6 Dalsgaard et al 2004).

Anche il cervello attivato sembra liberare IL-6 e HSP-72 (7 Nybo et al 2002). D'altra parte solo una piccola quantità di ammonio viene assorbita dal cervello (8 Nybo et al 2005), il che in parte - oltre all'aumento della temperatura (9 Nybo et al 2002) - spiega perché l'autoregolazione cerebrale è meno stabile durante periodi particolarmente intensi attività fisica (10 Ogoh et al 2005), come noto da pazienti in coma causato da insufficienza epatica (11 Larsen et al 1996).

Una possibile spiegazione per la caduta del rapporto metabolico cerebrale durante l'attività fisica è che questo meccanismo può essere annullato nel cervello di ratto dopo la somministrazione del farmaco aspecifico beta-bloccante propanololo (12 Schmalbruch et al 2002), mentre il farmaco cardioselettivo metoprololo non hanno lo stesso effetto negli esseri umani (13 Dalsgaard et al 2004).

Ma non è ancora noto come il flusso sanguigno cerebrale e il metabolismo siano influenzati da una "immersione in immersione facciale" e contemporaneamente da un'attività fisica prolungata, e quindi da un aumento del lattato sotto pressione iperbarica (3 m dybde), respirando aria atmosferica, simile alle circostanze per subacquei addestrati lavorano.

Presumibilmente causerà un calo del flusso sanguigno cerebrale e nel tempo deficit cognitivi.

L'eritropoietina (rhEPO) è una droga ben nota, usata come doping nello sport da circa 15 anni (24 Parisotto R et al, 2001). Finora l'unico miglioramento noto nei risultati atletici da parte della rhEPO è causato da miglioramenti periferici e in particolare dalla capacità del sangue di trasportare ossigeno ai muscoli che lavorano (25 A Gaudard et al, 2003); ciò è stato documentato da un aumento dell'ematocrito (25 A Gaudard et al, 2003). rhEPO ha anche un effetto neuroprotettivo sui neuroni nei pazienti con danno neuronale causato da ischemia ipossica cerebrale (26, HH Marti 2004).

rhEPO lavora anche su una serie di meccanismi cerebrali, tra cui l'aumento dell'apprendimento motorio e spaziale, l'aumento della produzione di dopamina e il miglioramento della funzione neurale attraverso l'attivazione dei canali del calcio (26, HH Marti 2004). Un migliore apprendimento motorio può migliorare le scelte dei subacquei professionisti durante il lavoro e può essere anche la prestazione fisica e l'efficienza meccanica. Una minore concentrazione di dopamina nel cervello può causare un aumento dell'affaticamento e una maggiore produzione di dopamina causata dal trattamento con rhEPO può ritardare l'affaticamento durante l'attività fisica. L'iniezione endovenosa di rhEPO aumenterà la rhEPO nei fluidi cerebrospinali, poiché la rhEPO è in grado di attraversare il cervello (26, HH Marti 2004). Tutto sommato questo può indicare che rhEPO, non funziona solo sulle prestazioni fisiche, ma ha anche effetti sul cervello. Una maggiore concentrazione di rhEPO potrebbe migliorare la funzione cerebrale stimolando la funzione neurale e quindi indurre un aumento del rilascio di dopamina, ridurre la discrepanza tra l'assorbimento di ossigeno e glucosio, migliorare l'attivazione volontaria e aumentare l'effetto attraverso un migliore apprendimento motorio. La rhEPO ha anche un effetto sulla condizione dei pazienti oncologici e in dialisi, non solo spiegato dal semplice aumento dell'emocrito (27, W Jelkmann, 2004).

Questo progetto aggiungerà nuove conoscenze nella comprensione dei meccanismi dell'uso clinico di rhEPO.

L'eritropoietina (EPO) è un fattore di crescita ematopoietico sintetizzato principalmente nei reni. Stimola l'eritropoiesi. Nuove indagini hanno dimostrato che l'EPO può essere neuroprotettivo nell'ischemia cerebrale, trauma cerebrale, encefalomielite autoimmune e kainattoksicitet (26, HH Marti 2004)). La fisiopatologia è ancora sconosciuta, ma può secondariamente all'induzione genica, attraverso la soppressione della risposta infiammatoria, come la sintesi inducibile di ossido di azoto (iNOS) e la protein chinasi attivata dal mitogeno (MAPK), per sopprimere l'apoptosi. Inoltre può essere plausibile che l'EPO sovraregola gli antiossidanti. Nei ratti rhEPO ha aumentato la sopravvivenza dopo shock circolatorio, indotto da ischemia totale/riperfusione dello splancnico (28 F Squadrito et al, 1999). Il trattamento con rhEPO ha soppresso l'attività dell'aumento di NO mediato dall'endotossina. rhEPO sopprime la produzione di iNOS nelle cellule muscolari lisce dopo la stimolazione dell'IL-1 proinfiammatorio. Questi effetti di rhEPO sono espressi da ore a giorni dopo il trattamento con dosi solitarie piuttosto elevate e sembrano essere mediati indipendentemente dall'effetto eritropoietico, che può essere raggiunto solo dopo settimane di trattamento continuo con rhEPO (29 E Kusano et al, 1999, 30 Brines ML et al., 2000).

Scopo di questo studio Lo scopo di questo studio è quello di indagare come il flusso sanguigno cerebrale e il metabolismo sono influenzati dall'immersione con immersione facciale e contemporaneamente dall'apnea durante la pressione normo-barica e iperbarica (3 m di profondità) quando si respira aria atmosferica in subacquei sportivi addestrati. Saranno misurati IL-6, HSP-72, lattato, ammonio e temperatura corporea. L'ossigenazione cerebrale e muscolare sarà misurata mediante spettroscopi nel vicino infrarosso (NIRS). Inoltre indagheremo se una piccola dose di rhEPO influisce sui parametri menzionati durante l'immersione simulata in camera a pressione con raffreddamento facciale.

Ipotesi Il flusso sanguigno cerebrale nei subacquei addestrati sarà diminuito durante l'attività fisica prolungata durante l'immersione con immersione frontale e l'apnea simultanea sotto pressione iperbarica quando si respira aria atmosferica.

Ci sarà un rilascio di IL-6 e HSP-72. Il pretrattamento con una piccola quantità di rhEPO prima di un'attività fisica prolungata durante un'immersione simulata ha un effetto protettivo sul flusso sanguigno cerebrale e sull'ossigenazione.