Menselijke aanpassing aan grote hoogte

Studiedoel A: Erytrocytenmassa en hypoxie:

Verschillende vormen van hoogtetraining zijn gebruikt om met name het uithoudingsvermogen van topsporters te verbeteren. De meest gebruikte benaderingen zijn om op hoogte te leven en te trainen (Live high - train high; LHTH) of om op grote hoogte te leven terwijl je op zeeniveau traint (Live high - train low; LHTL). Hoewel algemeen wordt aangenomen dat de potentiële prestatiebevorderende effecten van LHTH en LHTL worden gemedieerd door een hypoxie-afhankelijke toename van de rode bloedcelmassa (1), is dit nooit experimenteel aangetoond. In 2010 voerden de onderzoekers de eerste placebogecontroleerde dubbelblinde LHTL-studie uit (ondersteund door BASPO-financiering) met het duidelijke doel om het (de) mechanisme(n) te identificeren die verantwoordelijk zijn voor de prestatiebetovering na LHTL. Kortom, om deze reden verbleven 16 topsporters (gemiddelde VO2max ≈ 70 ml.kg.min) gedurende 16 uur per dag in normoxia of op de gestimuleerde hoogte van 3000 m gedurende vier weken. Dit protocol is gekozen op basis van recente beoordelingen door experts in het veld (2). Ondanks deze zogenaamd optimale instelling vonden de onderzoekers geen enkele positieve verandering veroorzaakt door LHTL. Tot onze grote verrassing en ondanks dat we VO2max, tijdritprestaties, rode bloedcelmassa, markers van erytropoëse met een veel hogere frequentie hebben gemeten dan in enige andere eerdere LHTL-studie, bleven ze allemaal onaangetast door LHTL. Op basis van onze ervaring op het gebied van hoogtefysiologie en onderzoeken, waaronder erytropoëtine-injecties bij mensen, zijn de onderzoekers begonnen te speculeren of zelfs 3 weken continue blootstelling aan hoogte voldoende stimulans is om de rode bloedcelmassa te vergroten, wat de hoeksteen is van de aanname voor LHTL (1, 3). Als dit niet het geval is, verdwijnt de wetenschappelijke grondgedachte om LHTL uit te voeren.

De eerste bepaling van de massa van rode bloedcellen op hoogte dateert van 100 jaar geleden toen Douglas (4) rapporteerde dat 6 weken blootstelling aan 2300 m hoogte op de Gran Canarische Eilanden niet leidde tot een toename van de massa van rode bloedcellen, terwijl htc wel toenam. Zo'n 50 jaar later kwam Lawrence (5) tot de conclusie dat voor een echte toename van de rode bloedcelmassa enkele weken (8) blootstelling aan hoogte (3800 m) nodig was, terwijl de afname van het plasmavolume al bij aankomst begint. Hier moet worden opgemerkt dat ze een uitstekende methode gebruikten om de massa van rode bloedcellen te bepalen: autologe rode bloedcellen die zijn gelabeld met radioactief fosfor, iets dat vandaag niet mogelijk is. In 1964 voerde Hannon (6) zijn nu klassieke studie uit toen hij 8 vrouwtjes en 8 mannetjes gedurende 9 volle weken blootstelde aan 4300 m hoogte. Tijdens de eerste maand was er geen toename van de rode bloedcelmassa, en gedurende de volgende 5 weken nam de rode bloedcelmassa slechts met 5% toe, ondanks voortdurende ijzersuppletie. De methode die in dit specifieke onderzoek werd gebruikt, was autologe rode bloedcellen met chroom-51-label, d.w.z. de gouden standaard. Zelfs op de zeer grote hoogte van 5450 m (niet relevant voor topsport), meldde Reynafarje (7) dat er 6 weken nodig zijn voor een toename van het aantal rode bloedcellen. Het is hier onmogelijk om alle eerdere hoogtestudies op te volgen, maar in een recent overzicht vatten Grover en Bärtsch (8) deze samen door te stellen dat "echte polycytemie ontstaat wanneer verblijf op grote hoogte (3800-4500 m) zich over maanden tot jaren uitstrekt". Dus in vergelijking met het hoogteonderzoek dat in het verleden is gedaan met betrekking tot de massa van rode bloedcellen, meestal uitgevoerd met behulp van technieken die veel beter zijn dan die welke tegenwoordig worden gebruikt en op hogere breedtegraden dan toegepast in LHTL-protocollen, is het voorstel dat LHTL rood zou moeten verhogen celmassa lijkt op gespannen voet te staan. Houd er echter rekening mee dat het in de meeste hoogtestudies moeilijk is om de effecten van hypoxie te isoleren, en dat ook veranderingen in temperatuur, voedingsinname en fysieke activiteit vaak een verstorende factor zijn.

Levine en Stray-Gundersen (3) rapporteerden als eersten een toename van de rode bloedcelmassa na LHTL. Na 3 weken LHTL op 2500 m berekenden ze een toename van RCV met 8% op basis van veranderingen in plasmavolume zoals afgeleid door Evens Blue. Evensblauw is een slechte maatstaf voor veranderingen in RCV, aangezien het snel uit de circulatie lekt, en de gegevens moeten met enige voorzichtigheid worden gebruikt. Het is ook interessant dat een toename van RCV slechts bij 50% van de LHTL-proefpersonen werd waargenomen. Dit sluit niet uit dat de waargenomen veranderingen simpelweg niet alleen het resultaat waren van biologische variatie (9). In de 10 jaar na de eerste positieve LHTL-resultaten konden de gegevens niet worden gerepliceerd. Vooral de Australische onderzoeksgroep onder leiding van Chris Gore heeft in deze periode enorme inspanningen geleverd, maar kon niet bevestigen dat 3 weken LHTH of normobare LHTL ervoor zorgde dat RCV toenam (10-16). Vanaf 2006 zijn positieve effecten van LHTL op RCV gerapporteerd, maar de gegevens zijn verre van overtuigend. De onderzoeksgroep van J.P. Richalet voerde een reeks experimenten uit met Premanon en ontdekte dat de rode bloedcelmassa in één onderzoek toenam (17), maar in twee andere onderzoeken onveranderd bleef (18, 19). J Wehrlin van het Bundesamt für Sport vond drie weken LHTL om de RCV te verhogen (20), maar het onderzoeksontwerp is niet zuiver omdat proefpersonen uit verschillende disciplines dienden als controle- en behandelingsproefpersonen. Dit is een probleem aangezien ze zich in verschillende stadia van hun trainingsseizoen bevonden en het kan niet worden uitgesloten dat dit geen invloed heeft op RCV. Aangezien de proefpersonen eliteatleten waren die op internationaal niveau strijden, is het ook jammer dat er geen antidopingmonsters werden verzameld in de populatie van deze proefpersoon. Chris Gore heeft de afgelopen jaren een ongebruikelijke statistische benadering toegepast en rapporteerde daarbij wat zij "marginale" stijgingen in RCV na LHTL noemen (21). Deze conclusie kan echter niet worden getrokken als een standaard geaccepteerde statistische benadering wordt gebruikt. Dus hoewel algemeen wordt aangenomen dat LHTL de RCV kan verhogen, is het beeld niet zo duidelijk als verwacht, en de onderzoekers stellen dat het vrij onwaarschijnlijk is in vergelijking met de bovengenoemde chronische hoogteblootstellingsonderzoeken.

Het belangrijkste doel van deze huidige studie is om in een grote studiepopulatie (n=16) te bepalen of continue blootstelling aan 3450 m hoogte gedurende vier weken de rode bloedcelmassa verhoogt of niet. De onderzoekers hebben deze hoogte gekozen omdat 1) bij populaties die permanent op deze hoogte leven, een hoger volume rode bloedcellen is gerapporteerd in vergelijking met hun landgenoten die in de buurt van zeeniveau wonen, 2) als de onderzoekers een lagere hoogte kiezen en de onderzoekers geen toename van de massa rode bloedcellen zouden de onderzoekers niet kunnen bepalen of dit het gevolg was van een te lage hoogte of een te korte blootstellingsduur, 3) Blootstelling aan veel hogere hoogten is mogelijk niet geschikt voor sporters.

Studieprotocol voor Studiedoel A: Erytrocytenmassa en hypoxie Een maand voor blootstelling aan hoogte laten proefpersonen wekelijks hun RCV (door CO rebreathing) en andere hematologische parameters kwantificeren op twee afzonderlijke dagen met niet meer dan één dag ertussen (d.w.z. maandag en dinsdag, of dinsdag en woensdag enz.). Dit zorgt voor een zeer goede schatting van hun basale hematologische waarden. Lichte ijzersuppletie (40 mg/dag zal op dag 1 worden gestart en gedurende de hele studie worden aangehouden). Bovendien zullen alle proefpersonen gedurende deze maand elke tweede dag gedurende 30 minuten lichte fietsoefeningen doen met 1,0 W/kg lichaamsgewicht. Het is bekend dat dergelijke lichtactiviteit geen invloed heeft op de massa van rode bloedcellen (22). De activiteit zal worden voortgezet tijdens de periode van blootstelling aan hoogte op de Jungfraujoch (zie hieronder), om elk mogelijk effect door hoogte/opsluiting veroorzaakte fysieke inactiviteit te beperken die een afname van het plasmavolume kan veroorzaken, die echter wordt geëlimineerd door zelfs zeer licht (23). Tijdens de Jungfraujoch worden alle proefpersonen twee keer per week begeleid naar de Mönchhütte (dezelfde hoogte) en terug (totaal 60 minuten lopen) om ook wat fysieke activiteit te behouden. Op hoogte zullen alle proefpersonen dezelfde test uitvoeren als op zeeniveau, d.w.z. dubbele bepaling van hematologische parameters op wekelijkse basis.

Leerdoel B: Cardiovasculaire aanpassingen aan grote hoogte:

Klassieke onderzoeken door Grollman op Pikes Peak (4300 m) in de VS toonden aan dat er een toename van ongeveer 40% is in het hartminuutvolume in rust (hartslag × slagvolume) binnen de eerste dagen van de klim naar grote hoogte (Grollman 1930). Soortgelijke waarnemingen zijn gedaan onder strenger gecontroleerde omstandigheden in het laboratorium, met vergelijkbare niveaus van hypoxie (24, 25). Veranderingen in het slagvolume spelen een ondergeschikte rol bij de door hoogte veroorzaakte toename van het hartminuutvolume, en het grootste deel van de respons (90-95%) lijkt het resultaat te zijn van een verhoogde hartslag (24, 25). Na een paar dagen blootstelling aan hoogte keert het hartminuutvolume echter terug naar waarden op zeeniveau of naar zelfs lagere waarden, ondanks dat de hypoxemie nog steeds aanhoudt (26). De afname van het hartminuutvolume is verrassend en treedt op ondanks een continu verhoogde hartslag en is een gevolg van een afname van het slagvolume (26, 27). Soortgelijke gegevens worden gerapporteerd bij inspanning, d.w.z. een afname van het slagvolume bij submaximale en maximale inspanning (28). Het fysiologische mechanisme dat leidt tot een vermindering van het slagvolume in rust en tijdens inspanning met voortdurende blootstelling aan grote hoogte blijft onbekend, en het belangrijkste doel van Studie B is om dit probleem op te lossen. Aangezien het hartminuutvolume in grote mate afhangt van het bloedvolume (Frank-Starling-mechanisme) en de vulling van de linkerventrikel, is het verleidelijk om te speculeren dat de hoogteafhankelijke afname van het plasmavolume en dus ook het totale bloedvolume de rechterventrikelvulling en vervolgens ook het slagvolume veroorzaakt. te verminderen. Om deze hypothese te testen op interventies zullen worden uitgevoerd:

1. Om de veneuze terugkeer, en dus de vulling van het rechterventrikel, te vergemakkelijken, worden proefpersonen wekelijks getest op de veelgebruikte kanteltafel. De kanteltafel maakt onderzoek mogelijk van proefpersonen in rugligging bij verschillende kantelingen met het hoofd naar beneden. De onderzoekers willen onze vrijwilligers bestuderen gedurende 5 minuten met het hoofd naar beneden gekanteld bij (bij elke kanteling) -15, -30 en -45°, wat de normale procedure is. De kanteling van het hoofd naar beneden vergemakkelijkt de veneuze terugkeer en daarmee het slagvolume. De grootste effecten worden meestal waargenomen bij ongeveer -70°. Tijdens de laatste minuut van elke kanteling wordt het hartminuutvolume beoordeeld door middel van een inerte re-breathing-techniek (de onderzoekers hebben deze procedure laten goedkeuren door de ethische raad van ETH in eerdere aanvragen) en door ultrasone doppler. Hartslag en bloeddruk worden continu non-invasief gemonitord.
2. Op de laatste studiedag aan het Jungfraujoch zal het plasmavolume worden hersteld tot zeeniveauwaarden door infusie van dextran. Het exacte volume dextran dat moet worden geïnfundeerd, wordt berekend door de volumes van de rode bloedcellen (beoordeeld in project A) te vermenigvuldigen met de hematocriet. Het hartminuutvolume zal worden beoordeeld zoals hierboven beschreven in liggende en zittende positie voor en onmiddellijk na de infusie van Dextran.
3. Tijdens de submaximale en maximale inspanning worden het slagvolume en de hartslag bepaald door wekelijks tijdens acclimatisatie opnieuw in te ademen met inert gas. De onderzoekers veronderstellen dat de verwachte veranderingen in slagvolume goed correleren met door hoogte veroorzaakte veranderingen in plasma en bloedvolume.

Studie C: Autonome zenuwbeheersing op grote hoogte:

Blootstelling aan hypoxie veroorzaakt sympatho-excitatie bij mensen. Dit is indirect bepaald door metingen van de hypoxie-geïnduceerde verhogingen van noradrenaline (Cunningham et al., 1965) en direct door verhogingen van spier sympathische zenuwactiviteit (Saito et al., 1988). Het primaire onderliggende mechanisme is activering van chemoreceptoren in het halsslagaderlichaam (Marshall, 1994) en de hersenstam (Solomon, 2000). Dus tijdens acute blootstelling aan hypoxie veranderen de hartslag en sympathische zenuwactiviteit aanzienlijk wanneer de zuurstofverzadiging in het bloed afneemt tot ongeveer 85% (Smith et al., 1996). Bij mensen is dit verzadigingsniveau het gevolg van het inademen van hypoxische gasmengsels met een FIO2 van 0,11-0,13 met enige individuele variatie (Lundby et al., 2004). Onlangs werd aangetoond dat bewoners van zeeniveau die gedurende 4 weken acclimatiseerden tot een hoogte van 5260 meter boven zeeniveau een verrassend hoog niveau van spiersympathische zenuwactiviteit vertoonden (Hansen & Sander, 2003). De gemiddelde spiersympathische burst-frequentie nam toe tot 300% boven zeeniveauwaarden, wat aanzienlijk meer is dan de 50-100% die wordt verwacht tijdens acute blootstelling aan een overeenkomstig hypoxisch gasmengsel (FIO2 0,105). Een beperking van deze eerste studie was de opname van slechts één tijdpunt tijdens de acclimatisatie op hoogte. Het is dus niet bekend of sympatho-excitatie op grote hoogte, zoals gemeten door microneurografie, afneemt tijdens verdere acclimatisatie bij bewoners op zeeniveau.

De specifieke mechanismen die ten grondslag liggen aan deze schijnbare sympatho-excitatie op grote hoogte zijn onduidelijk. Gelijktijdige ademhaling van zuivere zuurstof en intraveneuze infusie van zoutoplossing op grote hoogte om de bloedhomeostase te herstellen, veroorzaakte slechts een kleine afname van de sympathische zenuwactiviteit van de spieren (Hansen & Sander, 2003), wat suggereert dat traditionele activering van de perifere chemoreflex of de cardiopulmonale baroreflex geen rekening houdt met voor de sympathische opwinding. In plaats daarvan kan chronische blootstelling aan hypoxie een reset van de centrale zenuwbanen veroorzaken die betrokken zijn bij sympatho-excitatoire reflexen. Er is een groeiend aantal bewijzen dat ondersteunt dat farmacologisch geïnduceerde remming van stikstofmonoxide-signalering in de hersenstam amplificatie of reset van sympatho-excitatoire reflexen veroorzaakt, en er is gesuggereerd dat accumulatie van endogene remmers van stikstofmonoxide op dezelfde manier betrokken zou kunnen zijn bij menselijke sympatho-excitatoire toestanden.

Het onderliggende mechanisme van sympatho-excitatie op grote hoogte (punt 1-5 hieronder)

Het is niet bekend hoe chronische hypoxie sympatho-excitatie veroorzaakt, maar enkele van de mogelijke onderliggende mechanismen worden hieronder beschreven:

1. Arteriële baroreflex-activering. In eerdere MSNA-onderzoeken op grote hoogte hadden de bewoners van de zeespiegel een lichte maar significante stijging van de arteriële bloeddruk van ongeveer 8-12 mmHg (29, 30), wat het ontladen van de arteriële baroreflex uitsluit. Resetten van de arteriële baroreflex is niet uitgesloten als een bijdragende factor, maar het is onwaarschijnlijk dat dit een belangrijk mechanisme is.
2. Cardiopulmonale baroreflex-activering. In een chronisch onderzoek op grote hoogte (29) veroorzaakte een intraveneuze infusie van zoutoplossing (800-1000 ml gedurende 15 min) slechts een kleine afname van het sympathische verkeer, wat bewijs levert dat het ontlasten van cardiopulmonale baroreceptoren niet de belangrijkste oorzaak is.

3. Chemoreflex-sensibilisatie. De ventilatoire en sympatho-excitatoire reacties op acclimatisatie op grote hoogte hebben verschillende kenmerken gemeen. Beide reacties ontwikkelen zich geleidelijk in de loop van dagen, en als de normalisatie eenmaal is vastgesteld, verloopt de normalisatie langzaam gedurende dagen na hernieuwde blootstelling aan normoxia (29, 31, 32). Ventilerende en sympathische chemoreflexen delen de afferente input van perifere chemoreceptoren, en de centrale neuronale circuits die verantwoordelijk zijn voor efferente activatie van nervus phrenicus en sympathische uitstroom zijn parallel. De onderzoekers veronderstellen dat hyperventilatie en sympatho-excitatoire reacties op chronische hypoxische blootstelling onderliggende mechanismen delen. Aangenomen wordt dat ademhalingsacclimatisatie op grote hoogte in de eerste plaats afhangt van chemoreflex-sensibilisatie, d.w.z. ondanks een stabiele of zelfs licht verbeterende arteriële zuurstofspanning tijdens de eerste 2 weken van acclimatisatie, wordt de hypoxische chemoreflex-ademhalingsrespons (HVR) langzaam verhoogd. De basis voor deze unieke reflex-sensibilisatie is de afgelopen decennia behoorlijk uitgebreid bestudeerd. Bij mensen zijn waarschijnlijk zowel perifere als centrale mechanismen betrokken.

   Perifeer zijn de signaalgebeurtenissen in de chemoreceptoren in de carotis- en aorta-lichaampjes complex waarbij verschillende prikkelende en remmende zenders betrokken zijn. De prikkelende signalen omvatten adenosine, ATP, acetylcholine en endotheline. De primaire remmende signaalmoleculen zijn dopamine (inwerkend op D2-receptoren, D2R) (33), noradrenaline en NO. Bij mensen zijn intraveneuze lage dosis dopamine en de D2R-antagonist domperidon (nu alleen oraal toegediend) in staat respectievelijk de HVR op zeeniveau te verlagen en te verhogen (34, 35), maar niet de maximale hypoxische ventilatie (36). Noch laaggedoseerde dopamine noch domperidon passeren de bloed-hersenbarrière. Hoewel de productie en effecten van dopamine in het carotislichaam kunnen afnemen tijdens de eerste dagen van hypoxische blootstelling (37, 38), worden enzymen die betrokken zijn bij de productie van dopamine, dopaminereceptoren en dopamineconcentratie (en noradrenaline) opgereguleerd tijdens chronische hypoxie (38) . De functionele consequentie voor ademhalingsresponsen bij mensen is spaarzaam bestudeerd, maar één studie suggereert dat de effecten van zowel dopamine als dompridon op HVR ongewijzigd of iets groter zijn bij proefpersonen die gedurende 8 uur aan hypoxie zijn blootgesteld (35). De rol van NO bij perifere chemoreceptie is niet onderzocht bij mensen, maar recente dierstudies suggereren dat de perifere remmende werking van NO wordt verstoord door NO-gemedieerde ontremming van dopamine-effecten. Aldus verhoogt natriumnitroprusside in feite het perifere afvuren van chemoreceptoren bij katten, misschien door endogene dopamine-remming te blokkeren (39).

   Centraal veroorzaakt chemoreceptor-afferente activering de afgifte van L-glutamaat en dopamine in de nucleus tractus solitarii (NTS). Deze gebeurtenissen leiden tot excitatie van NTS-neuronen die op hun beurt via L-glutamaat hersenstamneuronen exciteren in de rostrale ventrolaterale medulla (RVLM). De verzamelde input voor RVLM-neuronen regelt de centrale sympathische uitstroom vanuit de hersenstam. Dierstudies hebben gesuggereerd dat modulatie van de chemoreflexroute binnen NTS door dopamine (exciterend) (40) stikstofmonoxide (NO) (exciterend) (41) belangrijker wordt tijdens hypoxische blootstelling. Dus micro-injectie van natriumnitroprusside en de NO-synthaseremmer L-NMMA in NTS bij wakkere ratten veroorzaakt een toename en een afname van de ventilatie tijdens hypoxische blootstelling (41). De rol van centrale D2R bij hypoxie is onderzocht bij ratten door HVR na domperidon (perifere D2R-blokkade) te vergelijken met HVR na domperidon + haloperidol (een perifere en centraal werkende D2R-blokker) (42). De algehele effecten van alleen haloperidol op de ventilatoire respons op isocapnische hypoxie bij mensen was een vermindering van de HVR (43).

   Hoewel een aantal neuronale paden en transmitters, zowel perifeer als centraal, een fysiologische rol kunnen spelen bij chemoreflex-sensibilisatie gekoppeld aan hoogte-acclimatisatie, hebben recente studies bij D2R-knock-out muizen overtuigend bewijs geleverd dat D2R een vereiste is (44). Om deze reden zal de huidige studie testen of sensibilisatie van de chemoreceptoren een onderliggende oorzaak is voor sympatho-excitatie op grote hoogte, en zo ja, of er dopamine- of NO-gerelateerde mechanismen bij betrokken zijn. In dit verband moet worden opgemerkt dat acute hyperoxie of zelfs drie dagen normoxische ademhaling er niet in slaagden het sympathische verkeer te normaliseren bij gezonde proefpersonen die gedurende 4 weken waren geacclimatiseerd op grote hoogte (29). Soortgelijke bevindingen zijn echter gerapporteerd voor ventilatie. Chronische hypoxie kan dus zo'n substantiële sensibilisatie van de chemoreflex veroorzaken, dat zelfs hyperoxie de primaire perifere chemoafferenten van de halsslagader en de aorta niet het zwijgen kan opleggen, en er is gespeculeerd dat hyperoxie in feite centrale excitatie van ventilatoire en sympathische output kan veroorzaken na acclimatisatie aan hoogte.

4. Verminderde NO-productie in hersenstam-vasomotorische centra. Kort nadat werd ontdekt dat NO een belangrijke van het endotheel afgeleide vasodilatator was, kwam NO ook naar voren als een neuromodulator die de glutamaterge neurotransmissie versterkt (45). Sindsdien is in diermodellen goed ingeburgerd dat de algehele functionele betekenis van NO-deficiëntie in hersenstamcentra sympatho-excitatie en vergroting van sympatho-excitatoire reflexen is (46). Deze vorm van sympatho-excitatie is bij mensen vastgesteld (47). Dus hoewel sommige onderzoeken wijzen op een verhoogde NO-productie binnen NTS, zou de algehele NO-productie kunnen afnemen tijdens hypoxische blootstelling. Een recent onderzoek bij mensen heeft inderdaad gesuggereerd dat er tijdens hypoxische blootstelling op zijn minst een relatieve NO-deficiëntie is met lagere cGMP-waarden in het bloed (48). In een onderzoek op grote hoogte had intraveneuze infusie van het NO-substraat, L-arginine, geen effect op sympathisch verkeer (Lundby et al., 2002 abstract). Deze bevinding sluit NO-deficiëntie tijdens chronische hypoxie niet uit, maar geeft alleen aan dat een dergelijke vermeende deficiëntie niet gerelateerd is aan een relatief gebrek aan het substraat voor NO-synthese. De huidige studie pakt dit onopgeloste probleem op twee onafhankelijke manieren aan. Eerst zal de NO-productie in het hele lichaam worden bepaald door middel van een nieuwe stabiele-isotopentechniek. Ten tweede zal L-NAME worden gebruikt om GEEN synthaseremming te produceren. Onder omgevingsluchtcondities zal dit uitwijzen of de functionele betekenis van endogene NO-productie verminderd is bij chronische hypoxie. Tijdens HVR-testen kan L-NAME complexe effecten hebben op de chemoreflex door zowel ontremming op het niveau van de perifere chemoreceptoren als indirecte remmende werking binnen NTS van de hersenstam.
5. Neurofysiologische kenmerken van sympatho-excitatie op grote hoogte De sympatho-excitatie op grote hoogte is nog niet gekarakteriseerd met behulp van single-unit opnames. De kenmerken van een enkele eenheid, zoals de waarschijnlijkheid van het afvuren en de waarschijnlijkheid van dubbel en meervoudig afvuren van één eenheid binnen één hartcyclus, zullen een transversale vergelijking mogelijk maken van sympathiek verkeer tussen laaglanders en inboorlingen op grote hoogte. Bovendien zijn onlangs sympathische single-unit-kenmerken gepubliceerd voor de sympathische excitatoire toestanden van hartfalen, slaapapneu en hypertensie (49). Er kunnen dus belangrijke vergelijkingen worden gemaakt met andere sympathische prikkelende toestanden. De schieteigenschappen kunnen belangrijke implicaties hebben voor de afgifte van noradrenaline.

Perifere ontkoppeling van sympathische activiteit en vasomotorische tonus Ondanks een dramatische toename van sympathische zenuwactiviteit en noradrenaline-afgifte, is er een beperkte (zij het statistisch significante) toename van vasculaire weerstand en bloeddruk op grote hoogte. Dit is logisch gerelateerd aan door hypoxie geïnduceerde perifere compensatie van sympathische vasoconstrictie. De ontkoppeling kan op zijn minst gedeeltelijk worden veroorzaakt door neerwaartse regulatie van de alfa-receptor, hoewel er geen significante afname was van cardiale alfa-1-receptoren bij ratten die 21 dagen lang in hypobare hypoxie leefden (50). Bovendien veroorzaakt acute ernstige hypoxische blootstelling ook een ontkoppeling van sympathische activiteit en vasomotorische tonus. Bij mensen die een FiO2 van 0,08 gebruiken, is het sympathische verkeer dus erg hoog, maar de vasculaire weerstand en de bloeddruk zijn verlaagd (51). Het is onwaarschijnlijk dat dit acute hypoxie-effect kan worden verklaard door neerwaartse regulatie van de receptor.

Hypothesen voor sympatho-excitatie op grote hoogte getest met de voorgestelde toepassing:

1. De sympathische excitatie op grote hoogte zal worden gekenmerkt door een verhoogde waarschijnlijkheid van sympathische single-unit vuren, die lijkt op kenmerken van sympathische excitatie bij hartfalen.
2. Chronische hypoxische blootstelling veroorzaakt substantiële sensibilisatie van de chemoreflex, wat op zijn minst gedeeltelijk de sympatho-excitatie van grote hoogte verklaart.

3a) D2R-gemedieerde dopamine-effecten van het centrale zenuwstelsel zijn belangrijk betrokken bij chemoreflex-sensibilisatie bij sympatho-excitatie op grote hoogte.

3b) Veranderde NO-signalering is belangrijk betrokken bij chemoreflex-sensibilisatie bij sympatho-excitatie op grote hoogte.

Hypothesen voor perifere ontkoppeling van sympathische reacties 4) Chronische hypoxische blootstelling veroorzaakt verminderde lokale en gehele lichaam stikstofmonoxide productie.

Vrijwilligers zullen elk 4 keer worden onderzocht (2 controlestudies in Zürich, met en zonder L-NAME, en 2 studies in Jungfraujoch in week 3), met en zonder L-NAME.

Elke studiedag omvat het volgende:

Metingen: BP, HR, Plethysmografische doorbloeding van ledematen, Ventilatie (incl. zuurstofopname), Pulsoximetrie, en MSNA single-units, en MSNA multi-units voor het volledige chemoreflex-onderzoek. Bloedmonsters: Waaronder: Catecholamines, RBC-kanalen, cGMP.

Voorwaarde:

• Rest
• Chemoreflex (6 verschillende zuurstofniveaus in arterieel bloed) (protocol voorgesteld door Mou et al. 1995).

NB-1: CO2 wordt op omgevingsademniveau gehouden (d.w.z. de rustwaarde gemeten bij elk individu), door kleine hoeveelheden CO2 toe te voegen tijdens de chemoreflextesten.

NB-2: Op één studiedag intraveneus dopamine-infuus (3 µg kg-1 min-1) (Dahan et al. 1996), domperidon-tabletten (0,75 mg kg-1) (Pedersen et al. 1999, Lundby et al. 2001), en intraveneuze metoclopramide (10 mg) (Takeuchi et al. 1993) zullen in deze reeks op zeeniveau en bij Jungfraujoch worden gebruikt om perifere chemoafferente vuren te remmen en te desinhiberen, en vervolgens centrale D2R-gerelateerde chemoreflex-excitatie te remmen . Dopamine-effecten verdwijnen binnen enkele minuten na het stoppen van de infusie (Dahan et al. 1996, Jarnberg et al. 1981). De effecten van domperidon bereiken hun maximum ongeveer 30 minuten na inname van de tablet en blijven nog 30 minuten redelijk stabiel. Bij deze doses passeren dopamine en domperidon de bloed-hersenbarrière niet en bijgevolg blijft de bijdrage van centrale sensoren aan hypoxie onveranderd. Van metoclopramide is gemeld dat het een toename van de sympathische activiteit op zeeniveau veroorzaakt. Als de onderzoekers dit bevestigen na behandeling met domperidon op zeeniveau, zal elke afname van sympathisch verkeer op grote hoogte sterk wijzen op hypoxie-gerelateerde veranderingen in centrale D2R-gerelateerde chemoreflex-excitatie.

Studiedoel D: Skeletspier- en vetweefselmetabolische aanpassingen aan grote hoogte:

Hypoxie-afhankelijke controle van de mitochondriale functie is al lang van belang, maar er is verrassend weinig bekend over dit onderwerp bij mensen of dieren. Eerdere waarnemingen van mitochondriale modificaties na acclimatisatie aan hoogte (vooral grote en extreme hoogten) waren inconsistent. Eerste rapporten (52-55) toonden een grotere expressie aan van indirecte markers die wijzen op een verbeterd oxidatiepotentieel bij zowel dieren als mensen die op grote hoogte leven, waardoor onderzoekers postuleerden dat acclimatisatie de ademhalingscapaciteit en mitochondriale functie zou kunnen verbeteren als reactie op een steeds hypoxischere omgeving (55 ). Dit aanvankelijke paradigma werd uitgedaagd toen verdere studies van laaglanders die op grote/extreme hoogten verbleven ofwel een dramatisch verlies van mitochondriën in de skeletspieren rapporteerden (56, 57) of verwaarloosbare veranderingen in het mitochondriale profiel na acclimatisatie aan hoge/extreme hoogte (58-62), zelfs ondanks significante afname van de skeletspiermassa (60, 61). Een consistentie in de literatuur is echter de veronderstelling dat de mitochondriale functie (d.w.z. ademhalingscapaciteit, substraatcontrole van ademhaling en efficiëntie of koppelingscontrole) wordt alleen weergegeven via statische metingen, zoals mitochondriale specifieke eiwitconcentraties/-activiteit of morfometrische analyse die respectievelijk de mitochondriale inhoud of het mitochondriale volume vertegenwoordigen. Hoewel dergelijke statische metingen niet mogen worden verdisconteerd, omdat ze van vitaal belang zijn voor de studie en ons begrip van de mitochondriale fysiologie, is het onvolledig om op deze metingen te vertrouwen voor de karakterisering van de mitochondriale functie en het oxidatieve potentieel. Onderzoek van de mitochondriale functie vereist directe specifieke manipulaties van de mitochondriale ademhaling, zodat potentiële veranderingen in oxidatieve fosforylering en elektronentransport kunnen worden geïdentificeerd. Veranderingen in de eiwitomzet van het hele lichaam (63) en hypoxie vergemakkelijkten veranderingen in eiwitconcentratie, waaronder verschillende mitochondriale eiwitten (64) uit dit onderzoek zijn al gerapporteerd. Om hypoxie-geïnduceerde veranderingen in de mitochondriale functie van skeletspieren op te helderen na acclimatisatie aan grote hoogte, willen de onderzoekers de mitochondriale functie van doorlaatbare skeletspiervezels en vetweefsel op zeeniveau en na ongeveer 20-24 dagen blootstelling aan grote hoogte beoordelen.