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Cerebral Blood Flow and PETCO2 on Neuromuscular Function During Environmental Stress

2018년 1월 25일 업데이트: Stephen Cheung, Brock University

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.

연구 개요

연구 유형

중재적

등록 (실제)

8

단계

  • 4단계

연락처 및 위치

이 섹션에서는 연구를 수행하는 사람들의 연락처 정보와 이 연구가 수행되는 장소에 대한 정보를 제공합니다.

연구 장소

    • Ontario
      • St Catharines, Ontario, 캐나다, L2S 3A1
        • Brock University

참여기준

연구원은 적격성 기준이라는 특정 설명에 맞는 사람을 찾습니다. 이러한 기준의 몇 가지 예는 개인의 일반적인 건강 상태 또는 이전 치료입니다.

자격 기준

공부할 수 있는 나이

18년 (성인)

건강한 자원 봉사자를 받아들입니다

연구 대상 성별

남성

설명

Inclusion Criteria:

  • 18 to 25 yrs old; healthy males

Exclusion Criteria:

  • diagnosed medical condition; NSAID allergy; smoker; high altitude exposure; implants

공부 계획

이 섹션에서는 연구 설계 방법과 연구가 측정하는 내용을 포함하여 연구 계획에 대한 세부 정보를 제공합니다.

연구는 어떻게 설계됩니까?

디자인 세부사항

  • 주 목적: 기초 과학
  • 할당: 무작위
  • 중재 모델: 단일 그룹 할당
  • 마스킹: 하나의

무기와 개입

참가자 그룹 / 팔
개입 / 치료
실험적: Drug
Indomethacin 1.2 mg kg 1 dose
위약 비교기: Placebo
flour capsule

연구는 무엇을 측정합니까?

주요 결과 측정

결과 측정
측정값 설명
기간
휴식 모터 임계값
기간: 기준 90분에서 변경
운동 유발 전위는 운동 피질의 경두개 자기 자극 후 근육에서 기록됩니다. 휴식 모터 임계값은 모터 유발 전위를 유도하는 데 필요한 최소 자극 강도로 정의됩니다. 정지 모터 임계값은 밀리볼트 단위로 정량화됩니다.
기준 90분에서 변경
최대 자발적 수축
기간: 기준 90분에서 변경
최대 자발적 수축(MVC) 테스트 중에 참가자의 오른팔은 전완 굴곡을 격리하고 요측수근 굴근에 의한 힘 생성을 측정하는 데 사용되는 맞춤형 장치에 고정됩니다. 참가자는 5초 MVC를 생성해야 하며 수축 기간 동안 최대 힘 생산을 유지하도록 구두로 권장됩니다. MVC는 뉴턴 미터 단위의 최대 힘 생산으로 정량화됩니다.
기준 90분에서 변경
H-Reflex Amplitude
기간: Change from baseline 90-minutes
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.
Change from baseline 90-minutes
H-reflex latency
기간: Change from baseline 90-minutes
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.
Change from baseline 90-minutes
Voluntary Activation
기간: Change from baseline 90-minutes
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.
Change from baseline 90-minutes

2차 결과 측정

결과 측정
측정값 설명
기간
중간 대뇌 동맥 혈류 속도
기간: 기준 90분에서 변경
중간 대뇌 동맥(MCA) 혈류 속도는 2MHz 경두개 도플러(TCD) 초음파 프로브에 의해 비침습적으로 측정되며, 편안한 헤드밴드에 양측으로 부착되고 귓바퀴의 입쪽인 광대뼈 앞쪽에 고정됩니다. 도플러 프로브는 측두 창(귀 근처)을 통해 진행되며 실험 프로토콜 기간 동안 제자리에 유지됩니다. MCA 속도는 cm/s로 정량화됩니다.
기준 90분에서 변경
Brachial Artery Blood flow
기간: Change from baseline 90-minutes
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.
Change from baseline 90-minutes
Internal Carotid Artery Blood Flow
기간: Change from baseline 90-minutes
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.
Change from baseline 90-minutes
Blood pressure
기간: Change from baseline 90-minutes
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.
Change from baseline 90-minutes
Pulse oximetry
기간: Change from baseline 90-minutes
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.
Change from baseline 90-minutes
Heart Rate
기간: Change from baseline 90-minutes
Heart rate will be measured by electrocardiogram. Heart rate will be quantified in beats per minute.
Change from baseline 90-minutes
End-Tidal Gas Concentrations
기간: Change from baseline 90-minutes
The end-tidal concentrations of oxygen and carbon dioxide will be measured and reported in mmHg.
Change from baseline 90-minutes

공동 작업자 및 조사자

여기에서 이 연구와 관련된 사람과 조직을 찾을 수 있습니다.

스폰서

수사관

  • 수석 연구원: Stephen Cheung, PhD, Brock University

연구 기록 날짜

이 날짜는 ClinicalTrials.gov에 대한 연구 기록 및 요약 결과 제출의 진행 상황을 추적합니다. 연구 기록 및 보고된 결과는 공개 웹사이트에 게시되기 전에 특정 품질 관리 기준을 충족하는지 확인하기 위해 국립 의학 도서관(NLM)에서 검토합니다.

연구 주요 날짜

연구 시작

2013년 4월 1일

기본 완료 (실제)

2015년 6월 1일

연구 완료 (실제)

2016년 12월 1일

연구 등록 날짜

최초 제출

2013년 3월 20일

QC 기준을 충족하는 최초 제출

2013년 4월 10일

처음 게시됨 (추정)

2013년 4월 12일

연구 기록 업데이트

마지막 업데이트 게시됨 (실제)

2018년 1월 29일

QC 기준을 충족하는 마지막 업데이트 제출

2018년 1월 25일

마지막으로 확인됨

2018년 1월 1일

추가 정보

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