Cerebral Blood Flow and PETCO2 on Neuromuscular Function During Environmental Stress
The Influence of Cerebral Blood Flow and Alkalosis on Neuromuscular Function During Environmental Stress
Environmental stress, such as low oxygen availability (hypoxia), has been associated with impaired neuromuscular performance; however, the mechanisms associated with these performance decrements remain unclear. While the majority of research suggests that the observed fatigue is related to the central nervous system, the influence of changes in cerebral blood flow (CBF) and associated changes in cerebral pH (partial pressure of carbon dioxide; PCO2) remains unexamined. In response to hypoxic stress, humans hyperventilate to maintain oxygen consumption, resulting in a hypocapnia mediated decrease in CBF and cerebral alkalosis (decreased PCO2). Previous research suggests that hyperventilation induces changes in neural excitability and synaptic transmission; however, it remains unclear if these changes are related to hypocapnia mediated decrease in CBF or cerebral alkalosis or both.
The purpose of the proposed research program is to examine the influence of changes in CBF and cerebral alkalosis on neuromuscular function during environmental stress. The research program will consist of 2 separate projects, summarized below in a table outlining the proposed protocols and resultant physiological manipulations. During each manipulation, neuromuscular function will be evaluated and compared to baseline (normoxic) conditions using a repeated measures design.
The research program will consist of 2 separate projects. Project 1 will examine the changes in CBF and alkalosis by using (a) indomethacin (decrease CBF; no change PCO2) and (b) hypocapnia (decrease CBF; decrease PCO2). Using a similar experimental design, Project 2 will examine the change in CBF and alkalosis during hypoxia by using (a) poikilocapnic hypoxia (decrease PO2; decrease CBF; decrease PCO2), (b) isocapnic hypoxia (decrease PO2; no change CBF; no change PCO2) and (c) isocapnic hypoxia + indomethacin (decrease PO2; decrease CBF; no change PCO2). During each manipulation, neuromuscular function will be evaluated and compared to baseline (normoxic) conditions using a repeated measures design.
Therefore, Project 1 will examine the separate and combined effect of changes in CBF and cerebral alkalosis on neuromuscular function independent of environmental manipulations. Subsequently, Project 2 will examine neuromuscular function during hypoxia while controlling CBF and cerebral alkalosis. It is hypothesized that changes in PCO2 and therefore, changes in cerebral alkalosis will contribute to neuromuscular fatigue independent of changes in CBF and oxygen availability.
Panoramica dello studio
Stato
Condizioni
Intervento / Trattamento
Tipo di studio
Iscrizione (Effettivo)
Fase
- Fase 4
Contatti e Sedi
Luoghi di studio
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Ontario
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St Catharines, Ontario, Canada, L2S 3A1
- Brock University
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Criteri di partecipazione
Criteri di ammissibilità
Età idonea allo studio
Accetta volontari sani
Sessi ammissibili allo studio
Descrizione
Inclusion Criteria:
- 18 to 25 yrs old; healthy males
Exclusion Criteria:
- diagnosed medical condition; NSAID allergy; smoker; high altitude exposure; implants
Piano di studio
Come è strutturato lo studio?
Dettagli di progettazione
- Scopo principale: Scienza basilare
- Assegnazione: Randomizzato
- Modello interventistico: Assegnazione di gruppo singolo
- Mascheramento: Separare
Armi e interventi
Gruppo di partecipanti / Arm |
Intervento / Trattamento |
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Sperimentale: Drug
Indomethacin 1.2 mg kg 1 dose
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Comparatore placebo: Placebo
flour capsule
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Cosa sta misurando lo studio?
Misure di risultato primarie
Misura del risultato |
Misura Descrizione |
Lasso di tempo |
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Soglia motoria a riposo
Lasso di tempo: Variazione rispetto al basale di 90 minuti
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I potenziali evocati motori vengono registrati dai muscoli in seguito alla stimolazione magnetica transcranica della corteccia motoria.
La soglia motoria a riposo è definita come l'intensità di stimolazione minima richiesta per suscitare un potenziale evocato motorio.
La soglia motoria a riposo sarà quantificata in millivolt.
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Variazione rispetto al basale di 90 minuti
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Contrazione volontaria massima
Lasso di tempo: Variazione rispetto al basale di 90 minuti
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Durante il test di massima contrazione volontaria (MVC), il braccio destro dei partecipanti sarà fissato in un dispositivo su misura utilizzato per isolare la flessione dell'avambraccio e per misurare la produzione di forza da parte del muscolo flessore radiale del carpo.
Ai partecipanti verrà chiesto di produrre un MVC di 5 secondi e saranno incoraggiati verbalmente a mantenere la massima produzione di forza per tutta la durata della contrazione.
MVC sarà quantificato come la massima produzione di forza in newton metri.
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Variazione rispetto al basale di 90 minuti
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H-Reflex Amplitude
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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The H-Reflex is an indirect measure of motor neuron excitability.
Initially, a maximal M-wave (M-max) will be elicited by stimulating (1 ms in duration; 15 s between stimuli) the median nerve incrementally (2 V increments) until the largest waveform is observed.
The peak-to-peak amplitude of this waveform is considered M-max.
Using similar procedures as above, a sub-maximal M-wave of 5% M-max will be elicited and the amplitude of the resultant H-reflex (a small waveform observed following the submaximal M-wave) will be calculated.
The amplitude of the H-reflex will be quantified in milllivolts.
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Change from baseline 90-minutes
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H-reflex latency
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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The H-Reflex is an indirect measure of motor neuron excitability.
Initially, a maximal M-wave (M-max) will be elicited by stimulating (1 ms in duration; 15 s between stimuli) the median nerve incrementally (2 V increments) until the largest waveform is observed.
The peak-to-peak amplitude of this waveform is considered M-max.
Using similar procedures as above, a sub-maximal M-wave of 5% M-max will be elicited and the amplitude of the resultant H-reflex (a small waveform observed following the submaximal M-wave) will be calculated.
The onset latency of the H-reflex will be quantified in milliseconds.
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Change from baseline 90-minutes
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Voluntary Activation
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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The level of neural drive to muscle during contraction is termed voluntary activation and will be estimated by interpolation of a single supramaximal motor evoked potential during the 5-second MVC contraction.
If extra force is evoked by the 'superimposed' stimulus then either the stimulated axons were not all recruited voluntarily or they were discharging at sub-tetanic rates.
Therefore, voluntary activation will be quantified as the amplitude of maximal voluntary force production, relative to the amplitude of the supramaximal MEP.
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Change from baseline 90-minutes
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Misure di risultato secondarie
Misura del risultato |
Misura Descrizione |
Lasso di tempo |
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Velocità del flusso sanguigno dell'arteria cerebrale media
Lasso di tempo: Variazione rispetto al basale di 90 minuti
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La velocità del flusso sanguigno dell'arteria cerebrale media (MCA) sarà misurata in modo non invasivo mediante una sonda ecografica Doppler transcranica (TCD) da 2 MHz, attaccata bilateralmente a una comoda fascia e fissata anteriormente all'arco zigomatico, rostrale del padiglione auricolare.
Le sonde Doppler saranno stimolate sopra le finestre temporali (vicino all'orecchio) e rimarranno in sede per tutta la durata del protocollo sperimentale.
La velocità di MCA sarà quantificata in cm/s.
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Variazione rispetto al basale di 90 minuti
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Brachial Artery Blood flow
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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Brachial artery blood flow will be measured non-invasively using a high-resolution ultrasound machine.
Participants will lie supine with their forearm extended in a comfortable position.
Blood flow measurements will be taken in the top 1/3 of the upper arm over the duration of 10 cardiac cycles (approximately 60 seconds).
Blood flow will be quantified in L/min.
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Change from baseline 90-minutes
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Internal Carotid Artery Blood Flow
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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Internal carotid artery (ICA) blood flow will be measured non-invasively using a high-resolution ultrasound machine.
Participants will lie supine with a slight extension of the neck and at 45° of lateral flexion away from the side being scanned.
ICA measurements will be taken 1 cm superior to the common carotid bifurcation over the duration of 10 cardiac cycles (approximately 60 seconds).
Blood flow will be quantified in L/min.
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Change from baseline 90-minutes
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Blood pressure
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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Beat by beat blood pressure will be calculated from the blood pressure waveform using finger photoplethysmography (Nexfin, bmeye), with a finger cuff placed directly over the middle finger on the left hand.
Blood pressure will be quantified in mmHg.
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Change from baseline 90-minutes
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Pulse oximetry
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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A pulse oximetry probe will be placed over a finger to provide a continuous, non-invasive measurement of the blood oxygen saturation to confirm that the end-tidal forcing system is controlling oxygen delivery at the desired levels during each experiment.
Oxygen saturation will be quantified as a percentage.
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Change from baseline 90-minutes
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Heart Rate
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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Heart rate will be measured by electrocardiogram.
Heart rate will be quantified in beats per minute.
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Change from baseline 90-minutes
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End-Tidal Gas Concentrations
Lasso di tempo: Change from baseline 90-minutes
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The end-tidal concentrations of oxygen and carbon dioxide will be measured and reported in mmHg.
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Change from baseline 90-minutes
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Collaboratori e investigatori
Sponsor
Investigatori
- Investigatore principale: Stephen Cheung, PhD, Brock University
Studiare le date dei record
Studia le date principali
Inizio studio
Completamento primario (Effettivo)
Completamento dello studio (Effettivo)
Date di iscrizione allo studio
Primo inviato
Primo inviato che soddisfa i criteri di controllo qualità
Primo Inserito (Stima)
Aggiornamenti dei record di studio
Ultimo aggiornamento pubblicato (Effettivo)
Ultimo aggiornamento inviato che soddisfa i criteri QC
Ultimo verificato
Maggiori informazioni
Termini relativi a questo studio
Termini MeSH pertinenti aggiuntivi
- Effetti fisiologici delle droghe
- Meccanismi molecolari dell'azione farmacologica
- Agenti del sistema nervoso periferico
- Inibitori enzimatici
- Analgesici
- Agenti del sistema sensoriale
- Agenti antinfiammatori, non steroidei
- Analgesici, non narcotici
- Agenti antinfiammatori
- Agenti antireumatici
- Inibitori della ciclossigenasi
- Agenti di controllo riproduttivo
- Soppressori della gotta
- Agenti tocolitici
- Indometacina
Altri numeri di identificazione dello studio
- 12-167
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