Er blodstrøm gjennom IPAVA og PFO relatert til pustestopp og dykking-indusert pulmonal hypertensjon?

Pulmonal arteriell hypertensjon (økt lungeblodtrykk) er en multifaktoriell sykdom uten kur. Å undersøke reversible former for pulmonal hypertensjon indusert under ekstreme forhold som langvarig pustestopp og/eller dykking kan bidra til å bedre forstå hvorfor noen individer utvikler denne ødeleggende sykdommen, og andre ikke.

Pulmonalt arterielt trykk er vanligvis svært lavt hos friske mennesker. Lavt oksygennivå (hypoksi) forårsaker en innsnevring av lungeblodårene som resulterer i mindre diametre, men lungeblodstrømmen forblir konstant eller øker. Å ha konstant strømning med mindre kardiametre fører til at pulmonalt arterielt trykk øker, men det vil gå tilbake til det normale når normale oksygennivåer er gjenopprettet. Dessuten er det en assosiasjon med patent foramen ovale (PFO, lite hull mellom atriene i hjertet) og for høyt pulmonalt arterielt trykk ved lav oksygentilstand. Årsakene til den forverrede økningen i pulmonalt arterielt trykk hos disse pasientene med en PFO (PFO+) er imidlertid ukjent, men kan skyldes en overdreven innsnevringsrespons på lavt oksygen.

Under et pusthold reduseres oksygenet i lungen, og hos elitedykkere reduseres det til svært lave nivåer. Sammenlignet med personer uten PFO (PFO-), kan oksygenet synke enda lavere hos disse PFO+-personene fordi oksygenert blod reiser gjennom det lille hullet for å blandes med oksygenrikt blod, noe som forverrer nivået som blodoksygen synker til. Derfor er bruk av en pust-hold-modell for lungehypoksi en tilnærming til å undersøke en hypoksi-indusert økning i pulmonal arterielt trykk - en metode som er kritisk avhengig av elitedykkerens evne til å holde pusten i betydelige varigheter.

Intrapulmonale arteriovenøse anastomoser (IPAVA) er kar i lungen som omgår kapillærer. Etterforskergruppen har undersøkt de mulige rollene disse unike karene kan ha i fysiologiske og patofysiologiske tilstander. Etterforskerne har funnet ut at IPAVA-blodstrømmen oppstår når friske forsøkspersoner puster lite oksygengass. Etterforskerne har også funnet at IPAVA-blodstrømmen er omvendt relatert til pulmonalt arterielt trykk. Spesielt individer med høyt pulmonalt arterielt trykk har lav IPAVA-blodstrøm og omvendt.

Høyre ventrikkel i hjertet pumper blod gjennom lungearterien til lungene. Under hvileforhold utfører høyre hjerte minimalt med arbeid fordi trykket i lungeblodårene er lavt. Når pulmonal arteriell trykk øker, må arbeidet til høyre side av hjertet øke betydelig for å holde blodet pumpe gjennom lungen. Høye pulmonale arterielle trykk vil således øke arbeidet til høyre hjerte og kan føre til dysfunksjon av høyre hjerte og dermed begrense mengden blod hjertet kan pumpe. Hvis trykket er høyt nok til å begrense mengden blod som strømmer gjennom lungen, kan dette oppdages ved en reduksjon i lungeblodstrømmen og/eller endringer i hjertets funksjon under sammentrekning (systole) og avspenning (diastole). Følgelig kan en intervensjon som reduserer pulmonale arterielle trykk under et pusthold ha en gunstig effekt på høyre hjertefunksjon.

Samlet sett, under et elitedykk i pusten, der oksygennivået synker, forventer forskerne at pulmonal arteriell trykk vil øke når oksygennivået i lungene reduseres, og reduksjonen i oksygen kan være enda lavere hos PFO+-personer. Videre, ettersom oksygennivået i blodet synker, vil IPAVA-blodstrømmen øke hos noen PFO-individer, og dermed holde pulmonalarterietrykket lavt hos disse individene. Motsatt vil PFO+-personer og de PFO-personene med lave nivåer av IPAVA-blodstrøm forventes å ha det største lungetrykket. Hvorvidt dette er sant eller ikke er ukjent. Derfor vil mål nr. 1 kvantifisere lungearterielt trykk og høyre hjertefunksjon og undersøke deres forhold til PFO- og IPAVA-blodstrøm hos elitedykkere som holder pusten mens de puster konsentrasjoner av oksygen og karbondioksid som etterligner pustehold-indusert hypoksi [MERK: det er ikke mulig å avbilde hjertet under et pustestopp fordi den fullt oppblåste lungen hindrer ultralydsynet til hjertet]. Mål nr. 2 vil bruke sildenafil, et medikament som øker biotilgjengeligheten av nitrogenoksid for å utvide lungeblodkar, for å redusere lungearterietrykket mens du puster inn konsentrasjoner av oksygen og karbondioksid som etterligner pusten-hold-indusert hypoksi. Etterforskere vil kvantifisere effekten av sildenafil på pulmonalt arterielt trykk og høyre hjertefunksjon og vil avgjøre om det endrer forholdet til IPAVA- og PFO-blodstrømmen. Som nevnt ovenfor, fordi disse PFO+-personene kan ha en overdreven pulmonal vasokonstriktor-respons på hypoksi, kan sildenafil enten være mindre effektivt eller ineffektivt for å redusere det pulmonale arterielle trykket hos disse pasientene. Mål nr. 3 vil sammenligne studiedataene fra elitepustedykkere med data innhentet i alders-, kjønns- og PFO-matchede forsøkspersoner som ikke har omfattende erfaring med dykking med pustestopp. For å gjøre dette vil kontrollpersoner gjennomgå de samme prosedyrene i mål #1 og 2 ovenfor. Disse studiene vil også tillate etterforskere å avgjøre om det er forskjeller i pulmonal vaskulær respons på hypoksi mellom de med og uten dykkererfaring.

I tillegg til hjerte- og lungeendringene som oppstår hos dykkere med pustestopp som er skissert ovenfor, er det også kjent at lungearterietrykket øker etter dykking, men går tilbake til det normale innen noen få timer. Mekanismene som er ansvarlige for økningen i pulmonalt arterielt trykk er ukjente, men er uavhengige av hypoksi. Å undersøke forholdet mellom IPAVA, PFO og SCUBA-dykking-induserte økninger i pulmonal arterielt trykk gir en ekstra mulighet for å forstå følsomhet for pulmonal arteriell hypertensjon. Selv om det er ukjent hvorfor lungearterielt trykk øker med dykking, er det kjent at pulmonal hypertensjon kan bidra til dysfunksjon i høyre hjerte og lungeødem (lungevannakkumulering) som kan oppstå hos forsøkspersoner som svømmer og/eller dykker. Forebygging av økte pulmonale arterielle trykk under og/eller etter et dykk kan bidra til å forhindre overdreven dysfunksjon i høyre hjerte og lungeødem. Dermed vil mål #4 kvantifisere pulmonalt arterielt trykk og høyre hjertefunksjon og undersøke deres forhold til PFO og IPAVA blodstrøm, pre- og post-SCUBA-dykking. Mål nr. 5 vil kvantifisere effekten av sildenafil (etter dykk) på pulmonalt arterielt trykk og høyre hjertefunksjon og vil avgjøre om det endrer forholdet til IPAVA og PFO blodstrøm, før og etter SCUBA dykking.

Oppsummert foreslår etterforskerne å studere elite kroatiske dykkere som holder pusten og dykkere. Etterforskere vil kvantifisere pustens hypoksi- og dykking-indusert pulmonal hypertensjon og høyre hjertefunksjon for å undersøke forholdet mellom PFO og IPAVA blodstrøm. Undersøkere vil bruke en placebokontrollert intervensjon (sildenafil) for å redusere pulmonalt arterielt trykk hos disse forsøkspersonene for å undersøke virkningen av trykkendringen (eller fraværet av endring) på sammenhengene bestemt ovenfor.