에리스로포이에틴이 모의 다이빙 동안 대뇌 혈류와 산소 공급을 보호할 수 있습니까?

배경

안면 냉각 중, 특히 숨을 참는 동안 포유류와 인간은 서맥, 말초 혈관 수축 및 뇌, 폐 및 심장으로의 혈류 집중화를 유발하는 소위 급강하 반사를 유발할 수 있지만(18 Foster et al 2005), 반사는 신체 활동에 의해 억제됩니다. 급강하 반사는 숨참기에 의해서만 유발될 수 있으며 동시에 안면 냉각 중에 더 두드러지지만 다른 피부 수용체의 자극에 의해서는 그렇지 않습니다(19 Asmussen et al 1968).

흉막내압과 폐용적은 어떤 방식으로 잠수 반사에 영향을 미치므로 사용되는 폐활량의 일부가 적을수록 서맥이 더 두드러집니다. 이것은 폐의 신장 수용체가 더 작은 폐 용적에 의해 덜 활성화되고 따라서 더 작은 미주 구심성 출력을 보낸다는 사실에 의해 설명됩니다.

잠수 반사는 내장과 근육의 강렬한 혈관 수축과 동시에 심박출량(CO) 감소로 인해 산소 보존 효과가 있습니다. 따라서 혈장 젖산이 증가하여 더 적은 국부 혈류량을 보상합니다. 100% 산소로 과호흡을 하면 반사가 여전히 유발될 수 있지만 질식 중에 더 두드러집니다. 7-10년 이상 다이빙을 해 온 숙련된 스포츠 다이버는 무호흡 후 산증 및 산화 스트레스가 감소했지만(18 Foster et al 2005), 아마도 진행성 저산소증 및 고탄산혈증에 대한 민감도는 더 낮을 것입니다. 휘어진.

수면 무호흡증이 있는 사람은 훈련된 숨 참기 다이버와 마찬가지로 수면 중에 최대 30~60초 동안 반복적인 저산소증 및 고탄산혈증에 노출되며 이에 대한 민감도가 낮아집니다. 이 환자들은 일반적으로 만성적으로 교감 신경계의 활성도가 높고 말초 저항과 혈압이 높습니다(18 Foster et al 2005).

1년에 100회 이상, 특히 냉수에서 다이빙하는 SCUBA 스포츠 다이버는 뇌 혈류가 감소하고 인지 기능이 저하됩니다(20 Slosman et al 2003). 나이와 체질량 지수(BMI)는 감소된 대뇌 혈류 및 인지 장애와 관련이 있습니다. 아마도 BMI가 높은 스쿠버 다이버는 지방 조직에 더 많은 질소 저장고가 있어 무증상 감압병 발생률이 더 낮기 때문일 수 있습니다. (20 Slosman 외 2003). 그러나 잠수반사로 인한 뇌혈류의 감소가 원인일 수 있다고 가정하는 것은 명백합니다.

또한 높은 고도(54,488~8,848m)로 등반하면 인지 장애가 발생하는 것으로 나타났습니다. 과호흡에 의한 저산소증에 매우 민감한 증상이 가장 두드러진 자. 과호흡으로 인한 저산소증이 대뇌 혈류 감소를 유발하는 것으로 의심되었습니다(33 Hornbein TF et al 1989).

경두개 도플러 초음파촬영(TCD)은 지속적인 비침습적 실시간 샘플링을 통해 뇌 관류에 대해 재현 가능한 가치를 제공합니다(14 Aslid et al 1982). 단일 압전 변환기는 가장 얇은 스컬의 측두 영역을 통해 초음파를 보내고 수집합니다. 이를 통해 전뇌동맥, 중막(MCA), 후뇌동맥 및 기저동맥의 혈류를 추정할 수 있습니다.

TCD를 사용하면 정적 작업과 동적 작업 중에 뇌의 어느 부분이 활성화되는지 확인할 수 있습니다(15 Colebatch et al 1991, 16 Dahl et al 1992). 또한 CO2가 높을 때 혈관 확장은 동맥 혈류의 증가로 보이며 작은 색전은 경동맥 수술 중에 특징적인 신호를 보냅니다(17 Halsey et al 1986).

Blood Oxygenation Level-Dependent functional Magnetic Resonance imaging을 통해 BOLD fMRI는 호흡 정지로 인한 hypercapnia가 감각 운동 피질, 전두엽 피질, 신경절 기저부, 시각 피질 및 소뇌에서 더 높은 대뇌 혈류를 제공한다는 것을 보여줍니다 (21 Kastrup et al 1999 ). 가장 큰 변화는 소뇌에서 나타나고 가장 작은 변화는 전두엽 피질에서 나타납니다(21 Kastrup et al 1999).

TCD를 사용하면 전신 혈압에 영향을 주지 않고 앙와위 자세로 휴식을 취할 때 정상적인 환기와 안면 냉각 중에 건강한 피험자의 MCA에서 대뇌 혈류가 상승하는 것을 볼 수 있습니다(22 Browna et al 2003). 100% 산소를 호흡하는 전문 다이버의 표준 기압 및 고압압 동안 단일 광자 방출 전산화 단층 촬영(SPECT) 스캐닝은 뇌의 여러 영역에서 대뇌 혈류를 감소시키는 것으로 나타났습니다(23 Di Pieroa et al 2002).

뇌의 신진대사는 지속적인 포도당 공급에 의존하며 장시간 작업으로 유발된 저혈당증 동안 억제됩니다(1 Nybo et al 2003). 그러나 뇌는 동맥 농도에 비례하는 양으로 흡수되는 젖산염과 같은 다른 기질을 어느 정도 사용할 수 있습니다(2 Dalsgaard et al 2003). 따라서 장시간 작업하는 동안 뇌는 포도당과 같은 양의 젖산염을 흡수할 수 있는 것으로 보입니다. 또한 젖산은 척수액이나 뇌 조직에 축적되지 않기 때문에 대사되는 것으로 보입니다(3 Madsen et al 1999). 휴식 시 뇌의 포도당 흡수는 비례하는 산소 흡수(약 1:6)로 균형을 이룹니다. 뇌가 활성화되면 이 균형은 지역적으로(4 Fox Raichle et al 1986) 그리고 전체적으로(5 Madsen 1995) 교란됩니다. 혈청 내 젖산 농도가 낮은 안정 시에는 뇌 대사에 있어 젖산의 중요성이 미미하지만, 혈장 젖산이 상승하는 신체 활동 시에는 흡수가 증가하여 뇌 대사율 저하에 기여합니다.

신체 활동 중 뇌 대사율이 떨어지는 근본 원인은 알려져 있지 않습니다. 그러나 과도한 양의 탄수화물(산소에 비례하여)은 뇌 글리코겐의 총량과 비슷한 수준에 도달할 수 있습니다(6 Dalsgaard et al 2004).

또한 활성화된 뇌는 IL-6 및 HSP-72를 자유롭게 하는 것으로 보입니다(7 Nybo et al 2002). 반면에 소량의 암모늄만이 뇌에 흡수되며(8 Nybo et al 2005), 이것은 부분적으로 온도 상승(9 Nybo et al 2002) 외에 뇌의 자동 조절이 특히 격렬한 동안 덜 안정적인 이유를 설명합니다. 신체 활동(10 Ogoh et al 2005), 간부전(11 Larsen et al 1996)으로 인한 혼수 상태의 환자에게서 알려져 있습니다.

신체 활동 중 뇌 대사율 감소에 대한 가능한 설명은 이 메커니즘이 비특이적 베타 차단 약물인 프로판올롤(12 Schmalbruch et al 2002)을 투여한 후 쥐의 뇌에서 기각될 수 있는 반면, 심장 선택적 약물인 메토프롤롤은 그렇지 않다는 것입니다. 사람에게도 동일한 효과가 있습니다(13 Dalsgaard et al 2004).

그러나 뇌혈류와 신진대사가 "안면 잠수"와 동시에 연장된 신체 활동에 의해 어떻게 영향을 받는지 아직 알려지지 않았으며, 따라서 대기압을 호흡할 때 고압(3m dybde) 하에서 젖산이 증가합니다. 훈련된 스쿠버 다이버들이 일합니다.

아마도 그것은 뇌 혈류의 감소와 시간이 지남에 따라 인지 장애를 일으킬 것입니다.

에리트로포이에틴(rhEPO)은 약 15년 ​​동안 스포츠에서 도핑으로 사용된 잘 알려진 약물입니다(24 Parisotto R et al, 2001). 지금까지 rhEPO에 의한 운동 성취도의 유일하게 알려진 향상은 말초 개선 및 특히 산소를 작용하는 근육으로 운반하는 혈액 능력에 의해 야기됩니다(25 A Gaudard et al, 2003). 이것은 헤마토크릿의 상승으로 기록되었습니다(25 A Gaudard et al, 2003). rhEPO는 또한 대뇌 저산소 허혈로 인한 신경 손상 환자의 신경 세포에 대한 신경 보호 효과가 있습니다(26, HH Marti 2004).

rhEPO는 또한 강화된 운동 및 공간 학습, 증가된 도파민 생성 및 칼슘 채널 활성화를 통한 신경 기능 개선을 포함하는 일련의 대뇌 메커니즘에 작용합니다(26, HH Marti 2004). 향상된 운동 학습은 작업 중 전문 다이버의 선택을 향상시킬 수 있으며 신체적 성능 및 기계적 효율성도 향상시킬 수 있습니다. 뇌의 도파민 농도가 낮아지면 피로가 심해질 수 있으며 rhEPO 치료로 인한 도파민 생성 증가는 신체 활동 중 피로를 지연시킬 수 있습니다. rhEPO의 정맥 주사는 rhEPO가 혈액 뇌를 통과할 수 있기 때문에 뇌척수액에서 rhEPO를 증가시킬 것입니다(26, HH Marti 2004). 이 모든 것은 rhEPO가 신체적 성능에 작용할 뿐만 아니라 뇌에도 영향을 미친다는 것을 나타냅니다. 강화된 rhEPO 농도는 신경 기능을 자극하여 도파민의 증가된 방출을 유도하고, 산소와 포도당 흡수 사이의 불일치를 줄이고, 개선된 운동 학습을 통해 자발적 활성화를 개선하고 효과를 증가시켜 뇌 기능을 개선할 수 있습니다. rhEPO는 암 및 투석 환자의 상태에도 영향을 미치며 단순히 헤모크릿 증가로 설명할 수 없습니다(27, W Jelkmann, 2004).

이 프로젝트는 rhEPO의 임상적 사용 메커니즘 이해에 새로운 지식을 추가할 것입니다.

Erythropoietin(EPO)은 주로 신장에서 합성되는 조혈 성장 인자입니다. 그것은 적혈구 생성을 자극합니다. 새로운 조사는 EPO가 대뇌 허혈, 뇌 외상, 자가면역 뇌척수염 및 카이나톡시사이트에서 신경보호적일 수 있음을 보여주었다(26, HH Marti 2004)). 병리생리학은 아직 알려지지 않았으나 2차적으로 유전자 유도에 의해 iNOS(inducible nitrogen oxide synthesis) 및 MAPK(mitogen activated protein kinase)와 같은 염증 반응의 억제를 통해 세포사멸을 억제할 수 있다. 또한 EPO가 항산화제를 상향 조절한다는 것도 그럴듯할 수 있습니다. 쥐에서 rhEPO는 전체 허혈/ 내장의 재관류에 의해 유도된 순환 쇼크 후 생존율을 증가시켰습니다(28 F Squadrito et al, 1999). rhEPO로 처리하면 NO의 내독소 매개 증가 활성이 억제됩니다. rhEPO는 전 염증성 IL-1 자극 후 평활근 세포에서 iNOS 생성을 억제합니다. rhEPO의 이러한 효과는 다소 높은 단독 투여량으로 치료한 후 몇 시간에서 며칠 사이에 나타나며 적혈구 생성 효과에 의해 독립적으로 매개되는 것으로 보이며, 이는 rhEPO로 몇 주 동안 지속적으로 치료한 후에만 달성될 수 있습니다(29 E Kusano et al, 1999, 30 Brines ML 등, 2000).

본 연구의 목적 본 연구의 목적은 훈련된 스포츠 다이버가 대기압을 호흡할 때 정상 기압 및 고압압(수심 3m) 동안 안면 잠수와 동시 호흡 정지가 뇌 혈류 및 신진대사에 어떤 영향을 미치는지 조사하는 것입니다. IL-6, HSP-72, 젖산염, 암모늄 및 체온을 측정합니다. 뇌 및 근육 산소화는 근적외선 분광법(NIRS)으로 측정됩니다. 또한 소량의 rhEPO가 안면 냉각이 있는 압력 챔버에서 시뮬레이션 다이빙 중에 언급된 매개변수에 영향을 미치는지 여부를 조사할 것입니다.

가설 훈련된 다이버의 뇌혈류량은 대기압 하에서 페이스 잠수 잠수와 동시에 숨을 참는 동안 장기간 신체 활동을 하는 동안 감소할 것입니다.

IL-6 및 HSP-72가 출시될 예정입니다. 모의 잠수 동안 장기간의 신체 활동 전에 소량의 rhEPO로 전처리하면 뇌 혈류 및 산소 공급에 보호 효과가 있습니다.