Reakcje mózgowe podczas ćwiczeń w niedotlenieniu (CERVOX)

W klasycznym paradygmacie fizjologii wysiłku wydolność krążeniowo-oddechowa i zmęczenie mięśni wyznaczają granicę tolerancji wysiłku. Istnieją jednak sytuacje eksperymentalne, w których nie jest możliwe wyjaśnienie ograniczeń wydolności wysiłkowej za pomocą tego klasycznego paradygmatu i dlatego konieczne jest poszukiwanie alternatywy. Ostatnie badania podkreślają zmiany związane z ćwiczeniami w mózgu, m.in. zmiany w perfuzji mózgowej, dotlenieniu mózgu i pobudliwości neuronów. Ponadto kilka wyników sugeruje, że w pewnych warunkach ośrodkowy układ nerwowy nie może odpowiednio napędzać neuronów ruchowych, czyli tzw. zmęczenie ośrodkowe. Jednak zjawisko centralnego ograniczenia ćwiczeń i leżące u jego podstaw mechanizmy neurofizjologiczne wciąż nie zostały wyjaśnione. Dlatego należy zbadać metabolizm mózgowy i reakcje neurohumoralne podczas męczących ćwiczeń w celu zaproponowania nowego paradygmatu, który byłby w stanie wyjaśnić ograniczenie ćwiczeń. Wśród stanów, w których klasyczny paradygmat ograniczenia wydolności wysiłkowej wydaje się nie pasować do rzeczywistych obserwacji, ćwiczenia w warunkach hipoksji wydają się być szczególnie trudne. Niektóre dane rzeczywiście sugerują, że reakcja mózgu na wysiłek fizyczny może być znacznie zmieniona w hipoksji w porównaniu z normoksją.

Dlatego w obecnym projekcie badacze mają na celu ocenę wpływu niedotlenienia na adaptację mózgu do ćwiczeń u zdrowego człowieka. W szczególności celem jest ocena neurofizjologicznej odpowiedzi mózgu na męczące ćwiczenie, w tym perfuzji i natlenienia mózgu, aktywacji mózgu, pobudliwości korowej oraz wynikających z tego poleceń motorycznych podczas wdychania mieszanin gazowych o normoksycznej lub hipoksyjnej zawartości. Aby osiągnąć te cele, podczas ćwiczeń, zarówno w warunkach normoksycznych, jak i niedotlenionych, zostaną zastosowane uzupełniające podejścia metodologiczne: funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) zostanie wykorzystany do oceny aktywacji mózgu, metoda obrazowania perfuzji znakowania spinu tętniczego (ASL) jądrowego rezonansu magnetycznego oceni regionalny perfuzji mózgowej, spektroskopia w bliskiej podczerwieni (NIRS) pozwoli na pomiar utlenowania mózgu, pomiar motorycznego potencjału wywołanego w odpowiedzi na przezczaszkową stymulację magnetyczną (TMS) pozwoli na ocenę pobudliwości korowej, pomiar poziomu aktywacji ośrodkowej (ocenianej metodą TMS) oraz sygnały elektromiograficzne (EMG) ocenią polecenie motoryczne. Ponadto, aby uwzględnić wpływ masy mięśniowej zaangażowanej podczas ćwiczeń i czasu trwania ekspozycji na niedotlenienie, adaptacja mózgu do ćwiczeń w niedotlenieniu zostanie oceniona dla zadania motorycznego angażującego małe (przywodzenie kciuka) lub duże (prostowanie kolana, cykl ergometryczny) grupy mięśni jak również w przypadku ostrej (<1 godziny) lub długotrwałej ekspozycji na hipoksję (kilka godzin: 6 godzin). To multitechniczne podejście będzie możliwe dzięki temu wspólnemu projektowi trzech partnerów, ekspertów w dziedzinie badań funkcji mózgu i fizjologii wysiłku fizycznego (Institut Fédératif de Recherche „RMN Biomédical et Neurosciences”, Uniwersytet i Szpital Uniwersytecki im. Hospital, St Etienne; „Laboratorium sprawności i niedoborów motorycznych”, Uniwersytet Montpellier I, Montpellier).

Badacze postawili hipotezę, że niedotlenienie wzmogłoby zaburzenia mózgowe związane z danym męczącym ćwiczeniem, tj. spowodowałoby większe zmniejszenie krwi mózgowej i dotlenienia mózgu, większe zmniejszenie pobudliwości korowej i aktywacji centralnej, a także większe ograniczenie centralnego polecenia, i to szczególnie, gdy zaangażowana jest duża masa mięśniowa, a także gdy ekspozycja na hipoksję jest przedłużona.

Projekt ten ma na celu odnowienie naszej wizji ograniczenia wydajności wysiłkowej człowieka, a także naszego zrozumienia tolerancji wysiłku w warunkach hipoksemii. To ostatnie jest istotne dla medycyny sportowej i wysokościowej zajmującej się wysiłkiem fizycznym i tolerancją wysokości, a także dla chorób charakteryzujących się hipoksemią i nietolerancją wysiłku, takich jak choroby układu oddechowego, na przykład przewlekła obturacyjna choroba płuc.