Adattamento umano all'alta quota

Obiettivo dello studio A: Massa dei globuli rossi e ipossia:

Varie forme di allenamento in quota sono state utilizzate per aumentare in particolare le prestazioni di resistenza degli atleti d'élite. Gli approcci più comunemente usati sono vivere e allenarsi in quota (Vivere in alto - allenarsi in alto; LHTH) o vivere in alta quota mentre ci si allena a livello del mare (Vivere in alto - allenarsi in basso; LHTL). Sebbene sia generalmente accettato che i potenziali effetti di miglioramento delle prestazioni di LHTH e LHTL siano mediati da un aumento dipendente dall'ipossia della massa dei globuli rossi (1), ciò non è mai stato dimostrato sperimentalmente. Nel 2010 i ricercatori hanno condotto il primo studio LHTL in doppio cieco controllato con placebo (sostenuto con finanziamenti BASPO) con il chiaro obiettivo di identificare i meccanismi responsabili dell'incantesimo delle prestazioni dopo LHTL. In breve, per questo motivo 16 atleti d'élite (VO2max medio ≈ 70 ml.kg.min) hanno risieduto per 16 ore/giorno in normossia o all'altitudine stimolata di 3000 m per quattro settimane. Questo protocollo è stato scelto sulla base di recenti revisioni di esperti del settore (2). Nonostante questa impostazione apparentemente ottimale, i ricercatori non hanno trovato un singolo cambiamento positivo indotto da LHTL. Con nostra grande sorpresa e nonostante avessimo misurato VO2max, prestazioni a cronometro, massa dei globuli rossi, marcatori di eritropoiesi a una frequenza molto più alta rispetto a qualsiasi altro precedente studio LHTL, tutti sono rimasti inalterati dall'LHTL. Sulla base della nostra esperienza nell'ambito della fisiologia dell'altitudine e degli studi che includono iniezioni di eritropoietina negli esseri umani, i ricercatori hanno iniziato a ipotizzare se anche 3 settimane di esposizione continua all'altitudine siano uno stimolo sufficiente per aumentare la massa dei globuli rossi, che è l'ipotesi fondamentale per LHTL (1, 3). Se questo non è il caso, allora la logica scientifica per eseguire LHTL svanisce.

La determinazione iniziale della massa dei globuli rossi in altitudine risale a 100 anni fa, quando Douglas (4) riferì che 6 settimane di esposizione a 2300 m di altitudine sulle Gran Canarie non aumentavano la massa dei globuli rossi mentre l'htc aumentava. Circa 50 anni dopo Lawrence (5) concluse che un vero aumento della massa dei globuli rossi richiedeva diverse settimane (8) di esposizione all'altitudine (3800 m), mentre la diminuzione del volume plasmatico inizia all'arrivo. Va notato che hanno utilizzato un metodo eccellente per determinare la massa dei globuli rossi: globuli rossi autologhi contrassegnati con fosforo radioattivo, cosa che oggi non è possibile. Nel 1964 Hannon (6) condusse il suo studio ormai classico quando espose 8 femmine e 8 maschi a 4300 m di altitudine per 9 settimane intere. Durante il primo mese non vi è stato alcun aumento della massa dei globuli rossi e nelle successive 5 settimane la massa dei globuli rossi è aumentata solo del 5% nonostante la continua integrazione di ferro. Il metodo utilizzato in questo particolare studio era costituito da globuli rossi autologhi marcati con cromo-51, vale a dire il gold standard. Anche all'altitudine estremamente elevata di 5450 m (senza rilevanza per lo sport d'élite), Reynafarje (7) ha riferito che sono necessarie 6 settimane per un aumento del volume dei globuli rossi. Dare seguito a tutti i precedenti studi sull'altitudine è qui impossibile, ma in una recente revisione Grover e Bärtsch (8) li hanno riassunti affermando che "la vera policitemia si sviluppa quando la residenza in alta quota (3800-4500 m) si estende per mesi o anni". Pertanto, rispetto alle ricerche in quota fatte in passato per quanto riguarda la massa dei globuli rossi, per lo più condotte con l'uso di tecniche di gran lunga superiori a quelle utilizzate oggi e a latitudini più elevate rispetto a quelle applicate nei protocolli LHTL, la proposta che LHTL dovrebbe aumentare il rosso la massa cellulare sembra in contrasto. Va tenuto presente, tuttavia, che nella maggior parte degli studi sull'altitudine è difficile isolare gli effetti dell'ipossia e anche i cambiamenti di temperatura, l'apporto nutrizionale e il livello di attività fisica sono spesso un fattore di confusione.

Levine e Stray-Gundersen (3) sono stati i primi a segnalare un aumento della massa dei globuli rossi in seguito a LHTL. Dopo 3 settimane di LHTL a 2500 m hanno calcolato che l'RCV aumentava dell'8% in base alle variazioni del volume plasmatico derivate da Evens Blue. Evens blue è una misura scadente per i cambiamenti nell'RCV poiché fuoriesce rapidamente dalla circolazione e i dati dovrebbero essere presi con una certa cautela. È anche interessante notare che un aumento di RCV è stato osservato solo nel 50% dei soggetti LHTL. Ciò non esclude che i cambiamenti osservati semplicemente non fossero solo il risultato di variazioni biologiche (9). Nei 10 anni successivi ai primi risultati LHTL positivi i dati non potevano essere replicati. Soprattutto il gruppo di ricerca australiano guidato da Chris Gore ha compiuto enormi sforzi in questo periodo ma non ha potuto confermare che 3 settimane di LHTH o LHTL normobarico abbiano causato un aumento dell'RCV (10-16). Dal 2006 in poi sono stati segnalati effetti positivi di LHTL su RCV, ma i dati sono tutt'altro che convincenti. Il gruppo di ricerca di J.P. Richalet ha condotto una serie di esperimenti a Premanon e ha scoperto che la massa dei globuli rossi aumenta in uno studio (17), ma rimane invariata in altri due studi (18, 19). J Wehrlin del Bundesamt für Sport ha riscontrato che tre settimane di LHTL aumentano l'RCV (20), ma il disegno dello studio non è pulito in quanto soggetti di diverse discipline sono serviti come soggetti di controllo e di trattamento. Questo è un problema poiché si trovavano in fasi diverse della loro stagione di allenamento e non si può escludere che ciò non influisca sull'RCV. Poiché i soggetti erano atleti d'élite che gareggiavano a livello internazionale, è anche un peccato che non siano stati raccolti campioni antidoping nella popolazione di questo soggetto. Negli ultimi anni Chris Gore ha applicato un insolito approccio statistico e quindi ha riportato quelli che chiamano aumenti "marginali" di RCV dopo LHTL (21). Questa conclusione, tuttavia, non può essere tratta se si utilizza un approccio statistico standard accettato. Pertanto, sebbene sia generalmente accettato che LHTL possa aumentare l'RCV, il quadro non è così chiaro come previsto e gli investigatori sostengono che è piuttosto improbabile se confrontato con gli studi sull'esposizione cronica ad altitudine sopra menzionati.

L'obiettivo principale di questo studio è determinare in un'ampia popolazione di studio (n=16) se l'esposizione continua a 3450 m di altitudine per quattro settimane aumenti o meno la massa dei globuli rossi. Gli investigatori hanno scelto questa altitudine perché 1) Nelle popolazioni che vivono permanentemente a questa altitudine, è stato segnalato un volume elevato di globuli rossi rispetto ai loro connazionali che vivono vicino al livello del mare, 2) Se gli investigatori scelgono un'altitudine inferiore e gli investigatori non osservano aumento della massa di globuli rossi i ricercatori non sarebbero in grado di determinare se ciò fosse la conseguenza di un'altitudine troppo bassa o di una durata dell'esposizione troppo breve, 3) L'esposizione a quote molto più elevate potrebbe non essere adatta per gli atleti.

Protocollo di studio per Obiettivo dello studio A: Massa di globuli rossi e ipossia Un mese prima dell'esposizione all'altitudine, i soggetti riceveranno su base settimanale la quantificazione del loro RCV (tramite rebreathing con CO) e di altri parametri ematologici in due giorni separati non separati da più di un giorno (ad es. lunedì e martedì, o martedì e mercoledì ecc.). Ciò consente un'ottima stima dei loro valori ematologici basali. Supplementazione di ferro leggero (40 mg/die verranno avviati il ​​giorno 1 e mantenuti per tutto lo studio). Inoltre, tutti i soggetti eseguiranno esercizi leggeri in bicicletta a 1,0 W/kg di peso corporeo per 30 minuti ogni due giorni durante questo mese. È noto che tale attività luminosa non influenza la massa dei globuli rossi (22). L'attività sarà continuata durante il periodo di esposizione in quota allo Jungfraujoch (vedi sotto), al fine di limitare qualsiasi potenziale effetto di inattività fisica indotto dall'altitudine/confinamento che possa indurre una diminuzione del volume plasmatico, che tuttavia viene segnalato essere eliminato anche da molto luce (23). In due occasioni/settimana mentre allo Jungfraujoch tutti i soggetti saranno accompagnati al Mönchhütte (stessa altitudine) e ritorno (totale 60 min di cammino) per mantenere anche un po' di attività fisica. Mentre in quota tutti i soggetti eseguiranno lo stesso test del livello del mare, ovvero doppia determinazione dei parametri ematologici su base settimanale.

Obiettivo dello studio B: Adeguamenti cardiovascolari all'alta quota:

Studi classici di Grollman sulla Pikes Peak (4300 m) negli Stati Uniti hanno dimostrato che vi è un aumento di circa il 40% della gittata cardiaca a riposo (frequenza cardiaca × gittata sistolica) entro i primi giorni di salita in alta quota (Grollman 1930). Osservazioni simili sono state fatte in condizioni più rigorosamente controllate in laboratorio, con gradi equivalenti di ipossia (24, 25). Le variazioni della gittata sistolica giocano un ruolo minore nell'aumento della gittata cardiaca indotto dall'altitudine e la maggior parte della risposta (90-95%) sembra essere il risultato di un aumento della frequenza cardiaca (24, 25). Dopo alcuni giorni di esposizione in quota, tuttavia, la gittata cardiaca ritorna ai valori del livello del mare oa valori ancora più bassi nonostante l'ipossiemia sia ancora persistente (26). La diminuzione della gittata cardiaca è sorprendente e si verifica nonostante un continuo aumento della frequenza cardiaca ed è una conseguenza di una riduzione della gittata sistolica (26, 27). Dati simili sono riportati con l'esercizio, cioè una diminuzione della gittata sistolica con esercizio submassimale e massimale (28). Il meccanismo fisiologico che porta a una riduzione della gittata sistolica a riposo e durante l'esercizio con esposizione continua ad alta quota rimane sconosciuto e l'obiettivo principale dello Studio B è risolvere questo problema. Poiché la gittata cardiaca dipende in larga misura dal volume sanguigno (meccanismo di Frank-Starling) e dal riempimento del ventricolo sinistro, si è tentati di ipotizzare che la diminuzione dipendente dall'altitudine del volume plasmatico e quindi anche del volume sanguigno totale causi il riempimento del ventricolo destro e successivamente anche la gittata sistolica. essere ridotto. Per testare questa ipotesi agli interventi verranno eseguiti:

1. Per facilitare il ritorno venoso, e quindi il riempimento del ventricolo destro, i soggetti saranno testati settimanalmente sul tavolo basculante di uso comune. Il tavolo basculante consente di indagare su soggetti in posizione supina a varie inclinazioni a testa in giù. Gli investigatori desiderano studiare i nostri volontari durante 5 minuti di inclinazione a testa in giù a (ad ogni inclinazione) -15, -30 e -45°, che è una procedura normale. L'inclinazione della testa verso il basso facilita il ritorno venoso e quindi la gittata sistolica. Gli effetti più grandi si vedono solitamente a circa -70°. Durante l'ultimo minuto di ogni inclinazione, la gittata cardiaca sarà valutata mediante una tecnica di ri-respirazione inerte (gli investigatori hanno fatto approvare questa procedura dal consiglio etico dell'ETH in precedenti applicazioni) e mediante ultra sound doppler. La frequenza cardiaca e la pressione sanguigna saranno continuamente monitorate in modo non invasivo.
2. Nell'ultimo giorno di studio allo Jungfraujoch il volume plasmatico sarà riportato ai valori del livello del mare mediante infusione di destrano. Il volume esatto di destrano da infondere viene calcolato moltiplicando i volumi di globuli rossi (valutati nel progetto A) per l'ematocrito. La gittata cardiaca sarà valutata come sopra in posizione supina e seduta prima e immediatamente dopo l'infusione di destrano.
3. La gittata sistolica e la frequenza cardiaca saranno determinate durante l'esercizio submassimale e massimale mediante re-respirazione di gas inerte su base settimanale durante l'acclimatazione. I ricercatori ipotizzano che i cambiamenti attesi nella gittata sistolica siano ben correlati con i cambiamenti indotti dall'altitudine nel plasma e nel volume sanguigno.

Studio C: Controllo nervoso autonomo in alta quota:

L'esposizione all'ipossia provoca eccitazione simpatica negli esseri umani. Ciò è stato determinato indirettamente dalle misurazioni degli aumenti di noradrenalina indotti dall'ipossia (Cunningham et al., 1965) e direttamente dall'aumento dell'attività del nervo simpatico muscolare (Saito et al., 1988). Il principale meccanismo sottostante è l'attivazione dei chemocettori nel corpo carotideo (Marshall, 1994) e nel tronco encefalico (Solomon, 2000). Pertanto, durante l'esposizione acuta all'ipossia, la frequenza cardiaca e l'attività del nervo simpatico cambiano significativamente quando la saturazione di ossigeno nel sangue diminuisce a circa l'85% (Smith et al., 1996). Negli esseri umani, questo livello di saturazione deriva dalla respirazione di miscele di gas ipossico con una FIO2 di 0,11-0,13 con qualche variazione individuale (Lundby et al., 2004). Recentemente è stato dimostrato che i residenti a livello del mare acclimatandosi per 4 settimane a un'altitudine di 5260 m sopra il livello del mare hanno mostrato un livello sorprendentemente alto di attività del nervo simpatico muscolare (Hansen & Sander, 2003). La frequenza media del burst del muscolo simpatico è aumentata al 300% sopra i valori del livello del mare, che è considerevolmente superiore al 50-100% previsto durante l'esposizione acuta a una corrispondente miscela di gas ipossico (FIO2 0,105). Una limitazione a questo primo studio è stata l'inclusione di un solo punto temporale durante l'acclimatazione all'altitudine. Pertanto, non è noto se l'eccitazione simpatica ad alta quota misurata dalla microneurografia diminuisca durante l'ulteriore acclimatazione nei residenti a livello del mare.

I meccanismi specifici alla base di questa apparente eccitazione simpatica ad alta quota non sono chiari. La respirazione concomitante di ossigeno puro e l'infusione endovenosa di soluzione salina ad alta quota per ripristinare l'omeostasi del sangue ha causato solo una minore diminuzione dell'attività del nervo simpatico muscolare (Hansen & Sander, 2003), suggerendo che l'attivazione tradizionale del chemoreflesso periferico o del baroriflesso cardiopolmonare non tiene conto per l'eccitazione simpatica. Al contrario, l'esposizione cronica all'ipossia può causare il ripristino delle vie nervose centrali coinvolte nei riflessi simpatico-eccitatori. Esiste un numero crescente di prove a sostegno del fatto che l'inibizione farmacologicamente indotta della segnalazione di ossido nitrico nel tronco cerebrale provochi l'amplificazione o il ripristino dei riflessi simpatico-eccitatori, ed è stato suggerito che l'accumulo di inibitori endogeni dell'ossido nitrico potrebbe essere coinvolto in modo simile negli stati simpatico-eccitatori umani.

Il meccanismo alla base dell'eccitazione simpatica ad alta quota (punti 1-5 sotto)

Non è noto come l'ipossia cronica causi eccitazione simpatica, ma alcuni dei potenziali meccanismi sottostanti sono descritti di seguito:

1. Attivazione del baroriflesso arterioso. In precedenti studi MSNA ad alta quota i residenti a livello del mare avevano aumenti minori ma significativi della pressione arteriosa di circa 8-12 mmHg (29, 30), che esclude lo scarico del baroriflesso arterioso. Il ripristino del baroriflesso arterioso non è stato escluso come fattore che contribuisce, ma è improbabile che sia un meccanismo importante.
2. Attivazione del baroriflesso cardiopolmonare. In uno studio cronico ad alta quota (29), un'infusione endovenosa di soluzione salina (800-1000 ml in 15 min) ha causato solo una piccola diminuzione del traffico simpatico, fornendo la prova che lo scarico dei barocettori cardiopolmonari non è un fattore primario.

3. Chemoreflex-sensibilizzazione. Le risposte ventilatorie e simpatoeccitatorie all'acclimatazione ad alta quota condividono diverse caratteristiche. Entrambe le risposte si sviluppano gradualmente nel corso dei giorni e, una volta stabilita, la normalizzazione è lenta nei giorni successivi alla riesposizione alla normossia (29, 31, 32). I chemoreflessi ventilatori e simpatici condividono l'input afferente dai chemocettori periferici e i circuiti neuronali centrali responsabili dell'attivazione efferente dei nervi frenici e del deflusso simpatico sono paralleli. I ricercatori ipotizzano che le risposte iperventilatorie e simpatoeccitatorie all'esposizione ipossica cronica condividano i meccanismi sottostanti. Si ritiene che l'acclimatazione ventilatoria all'alta quota dipenda principalmente dalla sensibilizzazione del chemoreflex, cioè nonostante la tensione dell'ossigeno arterioso stabile o anche leggermente migliorata durante le prime 2 settimane di acclimatazione, la risposta ventilatoria ipossica del chemoreflex (HVR) aumenta lentamente. La base di questa sensibilizzazione riflessa unica è stata studiata in modo approfondito negli ultimi decenni. Nell'uomo, è probabile che siano coinvolti sia i meccanismi periferici che quelli centrali.

   Perifericamente, gli eventi di segnalazione nei chemocettori all'interno dei corpi carotideo e aortico sono complessi e coinvolgono diversi trasmettitori eccitatori e inibitori. I segnali eccitatori includono adenosina, ATP, acetilcolina ed endotelina. Le principali molecole di segnalazione inibitoria sono la dopamina (che agisce sui recettori D2, D2R) (33), la noradrenalina e l'NO. Nell'uomo, la dopamina a basse dosi per via endovenosa e l'antagonista D2R domperidone (ora somministrato solo per via orale) sono in grado di diminuire e aumentare l'HVR a livello del mare, rispettivamente (34, 35), ma non la massima ventilazione ipossica (36). Né la dopamina a basso dosaggio né il domperidone attraversano la barriera emato-encefalica. Sebbene la produzione e gli effetti della dopamina all'interno del corpo carotideo possano diminuire durante i primi giorni di esposizione ipossica (37, 38), gli enzimi coinvolti nella produzione di dopamina, i recettori della dopamina e la concentrazione di dopamina (e noradrenalina) sono sovraregolati durante l'ipossia cronica (38) . Le conseguenze funzionali per le risposte ventilatorie nell'uomo sono state studiate con parsimonia, ma uno studio suggerisce che gli effetti sia della dopamina che del dompridone sull'HVR sono inalterati o leggermente maggiori nei soggetti esposti all'ipossia per 8 ore (35). Il ruolo dell'NO nella chemorecezione periferica non è stato studiato negli esseri umani, ma recenti studi sugli animali suggeriscono che l'azione inibitoria periferica dell'NO è confusa dalla disinibizione mediata dall'NO degli effetti della dopamina. Pertanto, il nitroprussiato di sodio aumenta effettivamente l'attivazione dei chemocettori periferici nei gatti, forse bloccando l'inibizione endogena della dopamina (39).

   A livello centrale, l'attivazione afferente ai chemocettori provoca il rilascio di L-glutammato e dopamina all'interno del nucleo tractus solitarii (NTS). Questi eventi portano all'eccitazione dei neuroni NTS che a loro volta tramite L-glutammato eccitano i neuroni del tronco cerebrale all'interno del midollo ventrolaterale rostrale (RVLM). L'input raccolto ai neuroni RVLM controlla il deflusso simpatico centrale dal tronco cerebrale. Studi sugli animali hanno suggerito che la modulazione del percorso chemoreflex all'interno di NTS da parte della dopamina (eccitatoria) (40) e dell'ossido nitrico (NO) (eccitatorio) (41) diventa più significativa durante l'esposizione ipossica. Pertanto, la microiniezione di nitroprussiato di sodio e l'inibitore della NO sintasi L-NMMA in NTS in ratti svegli provoca un aumento e una diminuzione della ventilazione durante l'esposizione ipossica (41). Il ruolo del D2R centrale nell'ipossia è stato studiato nei ratti confrontando l'HVR dopo domperidone (blocco D2R periferico) con l'HVR dopo domperidone + aloperidolo (un bloccante D2R periferico e ad azione centrale) (42). Gli effetti complessivi dell'aloperidolo da solo sulla risposta ventilatoria all'ipossia isocapnica nell'uomo erano una riduzione dell'HVR (43).

   Mentre un certo numero di percorsi neuronali e trasmettitori sia periferici che centrali possono svolgere ruoli fisiologici nella sensibilizzazione chemoreflex legata all'acclimatazione all'altitudine, studi recenti su topi D2R-knock-out hanno fornito prove convincenti che D2R è un prerequisito (44). Per questo motivo il presente studio verificherà se la sensibilizzazione dei chemocettori è una causa alla base dell'eccitazione simpatica ad alta quota e, in tal caso, se sono coinvolti meccanismi correlati alla dopamina o all'NO. A questo proposito, va notato che l'iperossia acuta o anche tre giorni di respiro normossico non sono riusciti a normalizzare il traffico simpatico in soggetti sani acclimatati all'alta quota per 4 settimane (29). Tuttavia, risultati simili sono stati riportati per la ventilazione. Pertanto, l'ipossia cronica può causare una sensibilizzazione così sostanziale del chemoreflesso, che persino l'iperossia può non riuscire a silenziare le chemioafferenze periferiche primarie dai corpi carotideo e aortico, ed è stato ipotizzato che l'iperossia possa effettivamente causare l'eccitazione centrale dell'output ventilatorio e simpatico dopo acclimatamento all'altitudine.

4. Diminuzione della produzione di NO nei centri vasomotori del tronco encefalico. Poco dopo si scoprì che l'NO era un importante vasodilatatore derivato dall'endotelio, l'NO emerse anche come neuromodulatore che aumentava la neurotrasmissione glutamatergica (45). Da allora è stato ben stabilito nei modelli animali che il significato funzionale complessivo della carenza di NO all'interno dei centri del tronco cerebrale è l'eccitazione simpatico e l'aumento dei riflessi simpatico eccitatori (46). Questa forma di eccitazione simpatica è stata identificata nell'uomo (47). Pertanto, mentre alcuni studi indicano un aumento della produzione di NO all'interno di NTS, la produzione complessiva di NO potrebbe diminuire durante l'esposizione ipossica. In effetti, un recente studio sull'uomo ha suggerito che esiste almeno una relativa carenza di NO con livelli di cGMP nel sangue inferiori durante l'esposizione ipossica (48). In uno studio ad alta quota, l'infusione endovenosa del substrato NO, L-arginina, non ha avuto alcun effetto sul traffico simpatico (Lundby et al., 2002 abstract). Questa scoperta non esclude la carenza di NO durante l'ipossia cronica, ma indica semplicemente che tale presunta carenza non è correlata a una relativa mancanza del substrato per la sintesi di NO. Il presente studio affronta questo problema irrisolto in due modi indipendenti. In primo luogo, la produzione di NO in tutto il corpo sarà determinata mediante una nuova tecnica di isotopi stabili. In secondo luogo, L-NAME verrà utilizzato per produrre l'inibizione della NO sintasi. In condizioni di aria ambiente questo rivelerà se il significato funzionale della produzione endogena di NO è diminuito nell'ipossia cronica. Durante il test HVR, L-NAME può avere effetti complessi sul chemoreflex a causa sia della disinibizione a livello dei chemocettori periferici sia dell'azione inibitoria indiretta all'interno del NTS del tronco cerebrale.
5. Caratteristiche neurofisiologiche dell'eccitazione simpatica in alta quota L'eccitazione simpatica in alta quota non è stata ancora caratterizzata utilizzando registrazioni di unità singole. Le caratteristiche della singola unità come la probabilità di attivazione e le probabilità di attivazione doppia e multipla di una singola unità all'interno di un ciclo cardiaco consentiranno il confronto trasversale del traffico simpatico tra abitanti delle pianure e nativi di alta quota. Inoltre, recentemente sono state pubblicate caratteristiche simpatiche a singola unità per gli stati simpaticoeccitatori dell'insufficienza cardiaca, dell'apnea notturna e dell'ipertensione (49). Pertanto, è possibile effettuare confronti importanti con altri stati simpaticoeccitatori. Le caratteristiche di attivazione possono avere importanti implicazioni per il rilascio di noradrenalina.

Disaccoppiamento periferico dell'attività simpatica e del tono vasomotorio Nonostante un drammatico aumento dell'attività del nervo simpatico e del rilascio di noradrenalina, c'è un aumento limitato (sebbene statisticamente significativo) della resistenza vascolare e della pressione sanguigna ad alta quota. Ciò è logicamente correlato alla compensazione periferica indotta dall'ipossia della vasocostrizione simpatica. Il disaccoppiamento potrebbe essere causato almeno in parte dalla sottoregolazione dei recettori alfa, sebbene non vi sia stata una diminuzione significativa dei recettori alfa-1 cardiaci nei ratti che vivevano in ipossia ipobarica per 21 giorni (50). Inoltre, l'esposizione ipossica grave acuta provoca anche un disaccoppiamento dell'attività simpatica e del tono vasomotorio. Pertanto, negli esseri umani che utilizzano FiO2 di 0,08, il traffico simpatico è molto elevato, ma la resistenza vascolare e la pressione sanguigna sono ridotte (51). È improbabile che questo effetto acuto di ipossia sia spiegato dalla downregulation del recettore.

Ipotesi per l'eccitazione simpatica ad alta quota testate con l'applicazione proposta:

1. L'eccitazione simpatica ad alta quota sarà caratterizzata da una maggiore probabilità di attivazione simpatica di una singola unità, simile alle caratteristiche dell'eccitazione simpatica nell'insufficienza cardiaca.
2. L'esposizione ipossica cronica provoca una sostanziale sensibilizzazione del chemoreflex, che spiega almeno in parte l'eccitazione simpatica dell'alta quota.

3a) Gli effetti dopaminergici mediati da D2R del sistema nervoso centrale sono coinvolti in modo importante nella sensibilizzazione chemoreflex nell'eccitazione simpatica ad alta quota.

3b) La segnalazione NO alterata è coinvolta in modo importante nella sensibilizzazione chemoreflex nell'eccitazione simpatica ad alta quota.

Ipotesi per il disaccoppiamento periferico delle risposte simpatiche 4) L'esposizione ipossica cronica provoca una diminuzione della produzione di ossido nitrico locale e di tutto il corpo.

I volontari saranno studiati ciascuno 4 volte (2 studi di controllo a Zurigo, con e senza L-NAME, e 2 studi a Jungfraujoch nella settimana 3), con e senza L-NAME.

Ogni giornata di studio comprenderà quanto segue:

Misurazioni: PA, FC, flusso sanguigno pletismografico degli arti, ventilazione (incl. assorbimento di ossigeno), pulsossimetria e unità singole MSNA e unità multiple MSNA per lo studio completo del chemoreflex. Campioni di sangue: inclusi: catecolamine, canali RBC, cGMP.

Condizione:

• Riposo
• Chemoreflex (6 diversi livelli di ossigeno nel sangue arterioso) (protocollo suggerito da Mou et al. 1995).

NB-1: la CO2 verrà mantenuta ai livelli respiratori ambientali (ovvero il valore a riposo misurato in ciascun individuo), aggiungendo piccole quantità di CO2 durante i test chemoreflex.

NB-2: In un giorno di studio, infusione endovenosa di dopamina (3 µg kg -1 min-1) (Dahan et al. 1996), compresse di domperidone (0,75 mg kg-1) (Pedersen et al. 1999, Lundby et al. 2001) e la metoclopramide per via endovenosa (10 mg) (Takeuchi et al. 1993) saranno utilizzate in questa sequenza a livello del mare e a Jungfraujoch per inibire e disinibire l'attivazione chemioafferente periferica e successivamente inibire l'eccitazione chemioflessa centrale D2R correlata . Gli effetti della dopamina scompaiono entro pochi minuti dall'interruzione dell'infusione (Dahan et al. 1996, Jarnberg et al. 1981). Gli effetti di domperidone raggiungeranno il massimo circa 30 minuti dopo l'ingestione della compressa e rimarranno abbastanza stabili per altri 30 minuti. A queste dosi dopamina e domperidone non attraversano la barriera emato-encefalica e di conseguenza il contributo dei sensori centrali dell'ipossia è inalterato. È stato riportato che la metoclopramide causa un aumento dell'attività simpatica a livello del mare. Se gli investigatori confermano ciò dopo il trattamento con domperidone a livello del mare, qualsiasi diminuzione del traffico simpatico in alta quota suggerirà fortemente cambiamenti correlati all'ipossia nell'eccitazione del chemoreflex correlata al D2R centrale.

Obiettivo dello studio D: Aggiustamenti metabolici del muscolo scheletrico e del tessuto adiposo in alta quota:

Il controllo della funzione mitocondriale dipendente dall'ipossia è stato a lungo di interesse, tuttavia si sa sorprendentemente poco su questo argomento sia negli esseri umani che negli animali. Precedenti osservazioni di modifiche mitocondriali in seguito all'acclimatazione all'altitudine (in particolare ad altitudini elevate ed estreme) sono state incoerenti. Rapporti iniziali (52-55) hanno dimostrato una maggiore espressione di marcatori indiretti suggestivi di potenziato potenziale ossidativo sia negli animali che nell'uomo nativi di alta quota, portando i ricercatori a postulare che l'acclimatazione possa migliorare la capacità respiratoria e la funzione mitocondriale in risposta a un ambiente sempre più ipossico (55 ). Questo paradigma iniziale è stato messo in discussione quando ulteriori studi sugli abitanti delle pianure che soggiornano ad altitudini elevate/estreme hanno riportato una drammatica perdita di mitocondri del muscolo scheletrico (56, 57) o cambiamenti trascurabili nel profilo mitocondriale in seguito all'acclimatazione ad altitudini elevate/estreme (58-62), anche nonostante significative riduzioni della massa muscolare scheletrica (60, 61). Una coerenza in tutta la letteratura, tuttavia, è stata l'ipotesi che la funzione mitocondriale (cioè capacità respiratoria, controllo del substrato della respirazione ed efficienza o controllo dell'accoppiamento) è rappresentata tramite misurazioni statiche da sole come concentrazioni/attività proteiche specifiche mitocondriali o analisi morfometriche che rappresentano rispettivamente il contenuto o il volume mitocondriale. Sebbene tali misurazioni statiche non debbano essere scontate, poiché sono vitali per lo studio e la nostra comprensione della fisiologia mitocondriale, fare affidamento su queste misurazioni per la caratterizzazione della funzione mitocondriale e del potenziale ossidativo è incompleto. L'esame della funzione mitocondriale richiede manipolazioni specifiche dirette della respirazione mitocondriale in modo da poter identificare potenziali cambiamenti nella fosforilazione ossidativa e nel trasporto di elettroni. Sono già state segnalate alterazioni nel ricambio proteico dell'intero corpo (63) e l'ipossia hanno facilitato i cambiamenti nella concentrazione proteica, comprese diverse proteine ​​​​mitocondriali (64) da questo studio. Per chiarire i cambiamenti indotti dall'ipossia nella funzione mitocondriale del muscolo scheletrico in seguito all'acclimatazione in alta quota, i ricercatori desiderano valutare la funzione mitocondriale delle fibre muscolari scheletriche permeabilizzate e del tessuto adiposo a livello del mare e dopo circa 20-24 giorni di esposizione ad alta quota.