Adaptacja człowieka do dużych wysokości

Cel badania A: Masa krwinek czerwonych i niedotlenienie:

Różne formy treningu wysokościowego były stosowane w celu zwiększenia w szczególności wytrzymałości wytrzymałościowej elitarnych sportowców. Najczęściej stosowanym podejściem jest mieszkanie i trening na wysokości (Żyj wysoko – trenuj wysoko; LHTH) lub mieszkaj na dużej wysokości podczas treningu na poziomie morza (Żyj wysoko – trenuj nisko; LHTL). Chociaż ogólnie przyjmuje się, że potencjalne efekty zwiększające wydajność LHTH i LHTL są pośredniczone przez zależny od niedotlenienia wzrost masy krwinek czerwonych (1), nigdy nie zostało to wykazane eksperymentalnie. W 2010 roku badacze przeprowadzili pierwsze badanie LHTL z podwójnie ślepą próbą i kontrolą placebo (wsparte funduszami BASPO) w jasnym celu zidentyfikowania mechanizmu(ów) odpowiedzialnego(-ych) za zaklęcie występu po LHTL. W skrócie, z tego powodu 16 elitarnych sportowców (średnie VO2max ≈ 70 ml.kg.min) przebywało przez 16 godzin dziennie w normoksji lub na stymulowanej wysokości 3000 m przez cztery tygodnie. Protokół ten został wybrany na podstawie ostatnich przeglądów dokonanych przez ekspertów w tej dziedzinie (2). Pomimo tego rzekomo optymalnego ustawienia, badacze nie znaleźli ani jednej pozytywnej zmiany wywołanej przez LHTL. Ku naszemu wielkiemu zaskoczeniu i pomimo pomiaru VO2max, wyników próby czasowej, masy czerwonych krwinek, markerów erytropoezy przy znacznie większej częstotliwości niż w jakimkolwiek innym poprzednim badaniu LHTL, wszystkie pozostały niezmienione przez LHTL. Opierając się na naszym doświadczeniu w fizjologii wysokości i badaniach obejmujących zastrzyki z erytropoetyny u ludzi, badacze zaczęli spekulować, czy nawet 3 tygodnie ciągłej ekspozycji na wysokości są wystarczającym bodźcem do zwiększenia masy krwinek czerwonych, co jest kamieniem węgielnym założenia LHTL (1, 3). Jeśli tak nie jest, znika naukowe uzasadnienie wykonywania LHTL.

Wstępne określenie masy krwinek czerwonych na wysokości datuje się na 100 lat wstecz, kiedy Douglas (4) poinformował, że 6-tygodniowa ekspozycja na wysokość 2300 m na Gran Canary nie zwiększyła masy krwinek czerwonych, podczas gdy htc tak. Około 50 lat później Lawrence (5) doszedł do wniosku, że prawdziwy wzrost masy krwinek czerwonych wymaga kilku tygodni (8) przebywania na wysokości (3800 m), podczas gdy spadek objętości osocza rozpoczyna się po przybyciu na miejsce. Należy tutaj zauważyć, że zastosowali znakomitą metodę określania masy krwinek czerwonych: autologiczne krwinki czerwone znakowane radioaktywnym fosforem, co nie jest dziś możliwe. W 1964 roku Hannon (6) przeprowadził swoje klasyczne już badanie, kiedy wystawił 8 kobiet i 8 mężczyzn na wysokość 4300 m przez pełne 9 tygodni. W ciągu pierwszego miesiąca nie nastąpił wzrost masy krwinek czerwonych, aw ciągu następnych 5 tygodni masa krwinek czerwonych wzrosła tylko o 5% pomimo ciągłej suplementacji żelaza. Metodą stosowaną w tym konkretnym badaniu były autologiczne krwinki czerwone znakowane chromem-51, tj. złoty standard. Nawet na bardzo dużej wysokości 5450 m n.p.m. (bez znaczenia dla sportu elitarnego) Reynafarje (7) poinformował, że wzrost objętości krwinek czerwonych wymaga 6 tygodni. Kontynuacja wszystkich wcześniejszych badań wysokościowych jest tutaj niemożliwa, ale w niedawnym przeglądzie Grover i Bärtsch (8) podsumowali je stwierdzając, że „Prawdziwa czerwienica rozwija się, gdy przebywanie na dużej wysokości (3800-4500 m) rozciąga się od miesięcy do lat”. Tak więc, w porównaniu z badaniami wysokościowymi prowadzonymi w przeszłości w odniesieniu do masy krwinek czerwonych, w większości prowadzonymi technikami znacznie lepszymi od stosowanych obecnie i na wyższych szerokościach geograficznych niż stosowane w protokołach LHTL, propozycja, aby LHTL zwiększała masa komórkowa wydaje się sprzeczna. Należy jednak pamiętać, że w większości badań wysokościowych trudno jest wyizolować skutki niedotlenienia, a także zmiany temperatury, spożycia składników odżywczych i poziomu aktywności fizycznej są często czynnikiem zakłócającym.

Levine i Stray-Gundersen (3) jako pierwsi zgłosili wzrost masy krwinek czerwonych po LHTL. Po 3 tygodniach LHTL na wysokości 2500 m obliczyli, że RCV wzrośnie o 8% w oparciu o zmiany w objętości osocza uzyskane za pomocą Evens Blue. Błękit parzysty jest kiepską miarą zmian RCV, ponieważ szybko wycieka z obiegu, a dane należy traktować z pewną ostrożnością. Interesujące jest również to, że wzrost RCV zaobserwowano tylko u 50% pacjentów z LHTL. Nie wyklucza to, że obserwowane zmiany nie były po prostu wynikiem zmienności biologicznej (9). W ciągu 10 lat od pierwszych pozytywnych wyników LHTL danych nie udało się powtórzyć. Szczególnie australijska grupa badawcza kierowana przez Chrisa Gore'a poczyniła ogromne wysiłki w tym okresie, ale nie mogła potwierdzić, że 3 tygodnie LHTH lub normobarycznego LHTL spowodowały wzrost RCV (10-16). Od 2006 roku i później odnotowano pozytywny wpływ LHTL na RCV, ale dane są dalekie od przekonujących. Grupa badawcza J.P. Richaleta przeprowadziła serię eksperymentów w Premanon i stwierdziła wzrost masy krwinek czerwonych w jednym badaniu (17), ale niezmienioną w kolejnych dwóch badaniach (18, 19). J Wehrlin z Bundesamt für Sport stwierdził, że trzytygodniowe LHTL zwiększa RCV (20), ale projekt badania nie jest czysty, ponieważ osoby z różnych dyscyplin służyły jako grupa kontrolna i badana. Jest to problem, ponieważ byli oni na różnych etapach sezonu treningowego i nie można wykluczyć, że nie ma to wpływu na RCV. Ponieważ badani byli elitarnymi sportowcami rywalizującymi na poziomie międzynarodowym, szkoda również, że w populacji badanych nie pobrano próbek antydopingowych. Chris Gore przez ostatnie kilka lat stosował niezwykłe podejście statystyczne iw ten sposób zgłaszał tak zwane „marginalne” wzrosty RCV po LHTL (21). Tego wniosku nie można jednak wyciągnąć, stosując standardowe przyjęte podejście statystyczne. Tak więc, chociaż ogólnie przyjmuje się, że LHTL może zwiększać RCV, obraz nie jest tak jasny, jak oczekiwano, a badacze twierdzą, że jest to raczej mało prawdopodobne w porównaniu z wyżej wymienionymi badaniami narażenia na chroniczną ekspozycję na wysokości.

Głównym celem tego badania jest określenie w dużej badanej populacji (n=16), czy ciągła ekspozycja na wysokość 3450 m przez cztery tygodnie zwiększa masę krwinek czerwonych, czy nie. Badacze wybrali tę wysokość, ponieważ: 1) w populacjach żyjących na stałe na tej wysokości odnotowano zwiększoną objętość krwinek czerwonych w porównaniu z ich rodakami mieszkającymi blisko poziomu morza, 2) jeśli badacze wybiorą niższą wysokość, a badacze nie zauważą wzrost masy krwinek czerwonych badacze nie byliby w stanie określić, czy był to efekt zbyt małej wysokości, czy też zbyt krótkiego czasu ekspozycji, 3) Ekspozycja na znacznie większe wysokości może nie być odpowiednia dla sportowców.

Protokół badania dla celu badania A: Masa krwinek czerwonych i niedotlenienie Miesiąc przed ekspozycją na wysokość osoby badane będą co tydzień poddawane ilościowemu badaniu RCV (poprzez ponowne oddychanie CO2) i innych parametrów hematologicznych w dwóch oddzielnych dniach nie oddzielonych więcej niż jednym dniem (tj. poniedziałek i wtorek lub wtorek i środa itp.). Pozwala to na bardzo dobre oszacowanie ich podstawowych wartości hematologicznych. Suplementacja lekkiego żelaza (40 mg/dzień zostanie rozpoczęta pierwszego dnia i utrzymana przez cały okres badania). Ponadto wszyscy badani będą wykonywać lekkie ćwiczenia na rowerze z mocą 1,0 W/kg masy ciała przez 30 minut co drugi dzień w tym miesiącu. Wiadomo, że taka aktywność światła nie wpływa na masę krwinek czerwonych (22). Aktywność będzie kontynuowana podczas okresu narażenia na wysokość w Jungfraujoch (patrz poniżej), aby ograniczyć wszelkie potencjalne skutki braku aktywności fizycznej spowodowanej wysokością/uwięzieniem, które mogą powodować zmniejszenie objętości osocza, które jednak jest eliminowane nawet przez bardzo światło (23). Dwa razy w tygodniu podczas pobytu w Jungfraujoch wszyscy uczestnicy będą eskortowani do Mönchhütte (na tej samej wysokości) iz powrotem (łącznie 60 minut marszu), aby również zachować trochę aktywności fizycznej. Na wysokości wszyscy badani wykonają to samo badanie co na poziomie morza, czyli dwukrotne oznaczanie parametrów hematologicznych raz w tygodniu.

Cel badania B: Dostosowanie układu sercowo-naczyniowego do dużych wysokości:

Klasyczne badania przeprowadzone przez Grollmana na Pikes Peak (4300 m) w USA wykazały, że w ciągu pierwszych dni wejścia na dużą wysokość dochodzi do około 40% wzrostu spoczynkowego rzutu serca (tętno × objętość wyrzutowa) (Grollman 1930). Podobne obserwacje poczyniono w bardziej rygorystycznie kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, przy równoważnym stopniu niedotlenienia (24, 25). Zmiany objętości wyrzutowej odgrywają niewielką rolę w wywołanym wysokością zwiększeniu pojemności minutowej serca, a większość odpowiedzi (90-95%) wydaje się być wynikiem przyspieszenia akcji serca (24, 25). Jednak po kilku dniach ekspozycji na wysokości pojemność minutowa serca powraca do wartości na poziomie morza lub nawet do niższych wartości, mimo że hipoksemia nadal się utrzymuje (26). Zaskakujący jest spadek pojemności minutowej serca, który występuje pomimo ciągłego zwiększania częstości akcji serca i jest konsekwencją zmniejszenia objętości wyrzutowej (26, 27). Podobne dane są zgłaszane w przypadku wysiłku fizycznego, tj. zmniejszenie objętości wyrzutowej przy submaksymalnym i maksymalnym wysiłku fizycznym (28). Fizjologiczny mechanizm prowadzący do zmniejszenia objętości wyrzutowej w spoczynku i podczas ćwiczeń przy ciągłej ekspozycji na dużą wysokość pozostaje nieznany, a głównym celem badania B jest rozwiązanie tego problemu. Ponieważ pojemność minutowa serca w dużej mierze zależy od objętości krwi (mechanizm Franka-Starlinga) i napełnienia lewej komory, kuszące jest spekulowanie, że zależne od wysokości zmniejszenie objętości osocza, a co za tym idzie także całkowitej objętości krwi, powoduje napełnianie prawej komory, a następnie także objętości wyrzutowej zostać zmniejszona. Aby przetestować tę hipotezę, przeprowadzone zostaną interwencje:

1. Aby ułatwić powrót żylny, a tym samym napełnienie prawej komory, badani będą co tydzień testowani na powszechnie używanym stole pochyleniowym. Stół przechylny umożliwia badanie osób w pozycji leżącej przy różnych pochyleniach głową w dół. Badacze chcą przebadać naszych ochotników podczas 5 minut pochylenia głowy w dół (przy każdym pochyleniu) -15, -30 i -45°, co jest normalną procedurą. Pochylenie głowy w dół ułatwia powrót żylny, a tym samym objętość wyrzutową. Największe efekty są zwykle widoczne przy około -70°. W ostatniej minucie każdego odchylenia pojemność minutowa serca zostanie oceniona za pomocą techniki ponownego oddychania obojętnego (badacze otrzymali tę procedurę zatwierdzoną przez Radę Etyczną ETH we wcześniejszych wnioskach) oraz za pomocą ultradźwiękowego dopplera. Tętno i ciśnienie krwi będą stale i nieinwazyjnie monitorowane.
2. Ostatniego dnia badania w Jungfraujoch objętość osocza zostanie przywrócona do poziomu morza przez wlew dekstranu. Dokładną objętość dekstranu do podania oblicza się mnożąc objętość krwinek czerwonych (określoną w projekcie A) przez hematokryt. Rzut serca będzie oceniany jak powyżej w pozycji leżącej i siedzącej przed i bezpośrednio po infuzji dekstranu.
3. Objętość wyrzutowa i częstość akcji serca będą określane podczas submaksymalnych i maksymalnych ćwiczeń poprzez ponowne oddychanie gazem obojętnym co tydzień podczas aklimatyzacji. Badacze postawili hipotezę, że oczekiwane zmiany objętości wyrzutowej dobrze korelują z wywołanymi wysokością zmianami objętości osocza i krwi.

Badanie C: Autonomiczna kontrola nerwowa na dużych wysokościach:

Narażenie na niedotlenienie powoduje u ludzi sympatoekscytację. Zostało to określone pośrednio przez pomiary wywołanego niedotlenieniem wzrostu noradrenaliny (Cunningham i in., 1965) i bezpośrednio przez wzrost aktywności nerwu współczulnego mięśni (Saito i in., 1988). Podstawowym mechanizmem jest aktywacja chemoreceptorów w tętnicy szyjnej (Marshall, 1994) i pniu mózgu (Solomon, 2000). Tak więc podczas ostrej ekspozycji na niedotlenienie częstość akcji serca i aktywność nerwów współczulnych zmieniają się znacząco, gdy wysycenie krwi tlenem spada do około 85% (Smith i in., 1996). U ludzi ten poziom nasycenia wynika z oddychania niedotlenionymi mieszaninami gazów o FIO2 wynoszącym 0,11-0,13 z pewną indywidualną zmiennością (Lundby i in., 2004). Niedawno wykazano, że mieszkańcy poziomu morza aklimatyzujący się przez 4 tygodnie do wysokości 5260 m n.p.m. wykazali zaskakująco wysoki poziom aktywności nerwów współczulnych mięśni (Hansen i Sander, 2003). Średnia częstotliwość skurczu mięśnia współczulnego wzrosła do wartości 300% nad poziomem morza, co znacznie przekracza oczekiwane 50-100% podczas ostrej ekspozycji na odpowiadającą hipoksję mieszaninę gazów (FIO2 0,105). Jedynym ograniczeniem tego pierwszego badania było włączenie tylko jednego punktu czasowego podczas aklimatyzacji wysokościowej. Zatem nie wiadomo, czy współczucie na dużych wysokościach, mierzone za pomocą mikroneurografii, ustępuje podczas dalszej aklimatyzacji u mieszkańców poziomu morza.

Konkretne mechanizmy leżące u podstaw tego pozornego współczucia na dużych wysokościach są niejasne. Równoczesne oddychanie czystym tlenem i dożylna infuzja soli fizjologicznej na dużej wysokości w celu przywrócenia homeostazy krwi spowodowała jedynie niewielki spadek aktywności nerwu współczulnego mięśni (Hansen i Sander, 2003), co sugeruje, że tradycyjna aktywacja obwodowego chemorefleksu lub baroreceptoru krążeniowo-oddechowego nie uwzględnia za sympatykowzbudzenie. Zamiast tego, przewlekła ekspozycja na niedotlenienie może spowodować zresetowanie ośrodkowych szlaków nerwowych zaangażowanych w odruchy sympatyko-pobudzające. Istnieje coraz więcej dowodów potwierdzających, że indukowane farmakologicznie hamowanie sygnalizacji tlenku azotu w pniu mózgu powoduje wzmocnienie lub zresetowanie odruchów współczulno-pobudzających i zasugerowano, że nagromadzenie endogennych inhibitorów tlenku azotu może być podobnie zaangażowane w ludzkie stany sympatyczno-pobudzające.

Podstawowy mechanizm sympathoekscytacji na dużych wysokościach (punkty 1-5 poniżej)

Nie wiadomo, w jaki sposób przewlekła hipoksja powoduje wzbudzenie współczulne, ale niektóre z potencjalnych mechanizmów leżących u jego podstaw opisano poniżej:

1. Aktywacja baroreceptorów tętniczych. W poprzednich badaniach MSNA na dużych wysokościach mieszkańcy poziomu morza mieli niewielki, ale znaczący wzrost ciśnienia tętniczego krwi o około 8-12 mmHg (29, 30), co wyklucza rozładowanie baroreceptorów tętniczych. Resetowanie odruchu z baroreceptorów tętniczych nie zostało wykluczone jako czynnik przyczyniający się do tego, ale jest mało prawdopodobne, aby był głównym mechanizmem.
2. Aktywacja baroreceptorów krążeniowo-oddechowych. W przewlekłym badaniu na dużych wysokościach (29) dożylny wlew soli fizjologicznej (800-1000 ml w ciągu 15 minut) spowodował tylko niewielki spadek ruchu współczulnego, dostarczając dowodów na to, że rozładowanie baroreceptorów krążeniowo-oddechowych nie jest główną przyczyną.

3. Uczulenie Chemoreflex. Wentylacyjne i sympatyko-pobudzające reakcje na aklimatyzację na dużych wysokościach mają kilka wspólnych cech. Obie reakcje rozwijają się stopniowo w ciągu dni, a raz ustalona normalizacja jest powolna w ciągu dni po ponownej ekspozycji na normoksję (29, 31, 32). Wentylacyjne i współczulne chemoreceptory dzielą doprowadzający sygnał wejściowy z obwodowych chemoreceptorów, a centralne obwody neuronalne odpowiedzialne za eferentną aktywację nerwów przeponowych i odpływ współczulny są równoległe. Badacze wysuwają hipotezę, że reakcje hiperwentylacyjne i współczulno-pobudzające na przewlekłą ekspozycję na hipoksję mają wspólne mechanizmy leżące u podstaw. Uważa się, że aklimatyzacja oddechowa do dużych wysokości zależy przede wszystkim od uczulenia na chemorefleks, tj. pomimo stabilnego lub nawet nieznacznie poprawiającego się ciśnienia tlenu w krwi tętniczej podczas pierwszych 2 tygodni aklimatyzacji, odpowiedź wentylacyjna chemorefleksu hipoksyjnego (HVR) powoli się zwiększa. Podstawa tego wyjątkowego odruchowego uczulenia była dość szeroko badana w ciągu ostatnich kilku dekad. U ludzi prawdopodobnie zaangażowane są zarówno mechanizmy obwodowe, jak i ośrodkowe.

   Obwodowo zdarzenia sygnalizacyjne w chemoreceptorach w obrębie ciał szyjnych i aorty są złożone i obejmują kilka przekaźników pobudzających i hamujących. Sygnały pobudzające obejmują adenozynę, ATP, acetylocholinę i endotelinę. Głównymi hamującymi cząsteczkami sygnałowymi są dopamina (działająca na receptory D2, D2R) (33), noradrenalina i NO. U ludzi dożylna niska dawka dopaminy i antagonista D2R domperydon (obecnie podawany tylko doustnie) są w stanie odpowiednio zmniejszyć i zwiększyć poziom morza HVR (34, 35), ale nie maksymalną wentylację hipoksyjną (36). Ani niskie dawki dopaminy, ani domperidonu nie przenikają przez barierę krew-mózg. Chociaż produkcja dopaminy i jej działanie w obrębie tętnicy szyjnej może się zmniejszyć w pierwszych dniach ekspozycji na niedotlenienie (37, 38), enzymy zaangażowane w produkcję dopaminy, receptory dopaminy i stężenie dopaminy (i noradrenaliny) są zwiększone podczas przewlekłego niedotlenienia (38). . Konsekwencje funkcjonalne odpowiedzi wentylacyjnych u ludzi były badane oszczędnie, ale jedno badanie sugeruje, że wpływ zarówno dopaminy, jak i dompridonu na HVR jest niezmieniony lub nieco większy u osób narażonych na niedotlenienie przez 8 godzin (35). Rola NO w obwodowej chemorecepcji nie była badana u ludzi, ale ostatnie badania na zwierzętach sugerują, że obwodowe hamujące działanie NO jest zakłócone przez odhamowanie działania dopaminy, w którym pośredniczy NO. Zatem nitroprusydek sodu faktycznie zwiększa odpalanie obwodowych chemoreceptorów u kotów, być może poprzez blokowanie endogennego hamowania dopaminy (39).

   Centralnie aktywacja chemoreceptorowo-aferentna powoduje uwalnianie L-glutaminianu i dopaminy w jądrze tractus solitarii (NTS). Zdarzenia te prowadzą do pobudzenia neuronów NTS, które z kolei poprzez L-glutaminian pobudzają neurony pnia mózgu w rdzeniu przednio-bocznym (RVLM). Zebrane dane wejściowe do neuronów RVLM kontrolują ośrodkowy współczulny odpływ z pnia mózgu. Badania na zwierzętach sugerują, że modulacja szlaku chemorefleksyjnego w NTS przez dopaminę (pobudzającą) (40) tlenek azotu (NO) (pobudzający) (41) staje się bardziej znacząca podczas ekspozycji na hipoksję. Tak więc mikroiniekcja nitroprusydku sodu i inhibitora syntazy NO L-NMMA do NTS u obudzonych szczurów powoduje wzrost i spadek wentylacji podczas ekspozycji na hipoksję (41). Rolę centralnego D2R w niedotlenieniu badano na szczurach, porównując HVR po domperidonie (obwodowa blokada D2R) z HVR po domperydonie + haloperidolu (obwodowy i ośrodkowo działający bloker D2R) (42). Ogólny wpływ samego haloperidolu na odpowiedź wentylacyjną na niedotlenienie izokapniczne u ludzi polegał na zmniejszeniu HVR (43).

   Podczas gdy wiele szlaków neuronalnych i przekaźników, zarówno obwodowych, jak i centralnych, może odgrywać fizjologiczne role w uczuleniu na chemorefleks związany z aklimatyzacją wysokościową, ostatnie badania na myszach z nokautem D2R dostarczyły przekonujących dowodów, że D2R są warunkiem wstępnym (44). Z tego powodu niniejsze badanie sprawdzi, czy uczulenie chemoreceptorów jest podstawową przyczyną współczulnego pobudzenia na dużych wysokościach, a jeśli tak, to czy zaangażowane są mechanizmy związane z dopaminą lub NO. W związku z tym należy zauważyć, że ostra hiperoksja lub nawet trzy dni oddychania normoksycznego nie doprowadziły do ​​normalizacji ruchu współczulnego u zdrowych osób aklimatyzowanych na dużej wysokości przez 4 tygodnie (29). Jednak podobne wyniki odnotowano w przypadku wentylacji. Tak więc przewlekła hipoksja może powodować tak znaczną sensytyzację chemorefleksu, że nawet hiperoksja może nie wyciszyć pierwotnych obwodowych chemoaferentów z tętnicy szyjnej i aorty, i spekulowano, że hiperoksja może faktycznie powodować ośrodkowe pobudzenie wentylacji i produkcji współczulnej po aklimatyzacja do wysokości.

4. Zmniejszona produkcja NO w ośrodkach naczynioruchowych pnia mózgu. Wkrótce po odkryciu, że NO jest ważnym środkiem rozszerzającym naczynia pochodzące ze śródbłonka, NO pojawił się również jako neuromodulator zwiększający neuroprzekaźnictwo glutaminergiczne (45). Od tego czasu dobrze ustalono na modelach zwierzęcych, że ogólne znaczenie funkcjonalne niedoboru NO w ośrodkach pnia mózgu polega na pobudzeniu współczulnym i wzmocnieniu odruchów współczulno-pobudzających (46). Ta forma współczucia została zidentyfikowana u ludzi (47). Tak więc, chociaż niektóre badania wskazują na zwiększoną produkcję NO w NTS, ogólna produkcja NO może być zmniejszona podczas ekspozycji na hipoksję. Rzeczywiście, ostatnie badania na ludziach sugerują, że istnieje co najmniej względny niedobór NO z niższymi poziomami cGMP we krwi podczas ekspozycji na hipoksję (48). W badaniu przeprowadzonym na dużych wysokościach dożylna infuzja substratu NO, L-argininy, nie miała wpływu na ruch współczulny (Lundby i in., 2002 streszczenie). Odkrycie to nie wyklucza niedoboru NO podczas przewlekłego niedotlenienia, a jedynie wskazuje, że taki domniemany niedobór nie jest związany ze względnym brakiem substratu do syntezy NO. Niniejsze badanie odnosi się do tego nierozwiązanego problemu na dwa niezależne sposoby. Po pierwsze, produkcja NO w całym ciele zostanie określona za pomocą nowej techniki stabilnych izotopów. Po drugie, L-NAME będzie używany do hamowania syntazy NO. W warunkach powietrza atmosferycznego ujawni to, czy funkcjonalne znaczenie endogennej produkcji NO zmniejsza się w przewlekłej niedotlenieniu. Podczas badania HVR L-NAME może mieć złożony wpływ na chemorefleks z powodu zarówno odhamowania na poziomie obwodowych chemoreceptorów, jak i pośredniego działania hamującego w obrębie NTS pnia mózgu.
5. Neurofizjologiczne cechy współczulnego wzbudzenia na dużych wysokościach Symptopobudzenie na dużych wysokościach nie zostało jeszcze scharakteryzowane przy użyciu zapisów pojedynczych jednostek. Charakterystyka pojedynczej jednostki, taka jak prawdopodobieństwo wystrzelenia i prawdopodobieństwo podwójnego i wielokrotnego wystrzelenia pojedynczej jednostki w ciągu jednego cyklu serca, pozwoli na przekrojowe porównanie ruchu sympatycznego między mieszkańcami nizin i tubylcami z dużych wysokości. Co więcej, niedawno opublikowano charakterystykę pojedynczej jednostki współczulnej dla stanów współczulno-pobudliwych niewydolności serca, bezdechu sennego i nadciśnienia tętniczego (49). W ten sposób można dokonać ważnych porównań z innymi stanami sympatyko-pobudzającymi. Charakterystyka wypalania może mieć istotne implikacje dla uwalniania noradrenaliny.

Obwodowe rozłączenie aktywności współczulnej i napięcia naczynioruchowego Pomimo dramatycznego wzrostu aktywności nerwów współczulnych i uwalniania noradrenaliny, na dużych wysokościach występuje ograniczony (aczkolwiek statystycznie istotny) wzrost oporu naczyniowego i ciśnienia krwi. Jest to logicznie związane z wywołanym niedotlenieniem obwodowym przesunięciem współczulnego skurczu naczyń. Odłączenie mogło być spowodowane przynajmniej częściowo przez obniżenie poziomu receptora alfa, chociaż nie było znaczącego spadku sercowych receptorów alfa-1 u szczurów żyjących w hipoksji hipobarycznej przez 21 dni (50). Ponadto ostra, ciężka ekspozycja na hipoksję powoduje również rozłączenie aktywności współczulnej i napięcia naczynioruchowego. Tak więc u ludzi stosujących FiO2 o wartości 0,08 ruch współczulny jest bardzo wysoki, ale opór naczyniowy i ciśnienie krwi są obniżone (51). Jest mało prawdopodobne, aby ten efekt ostrego niedotlenienia został wyjaśniony przez obniżenie poziomu receptora.

Hipotezy dotyczące sympatykowzbudzenia na dużych wysokościach testowane za pomocą proponowanej aplikacji:

1. Wysokogórskie współczulne pobudzenie będzie charakteryzowało się zwiększonym prawdopodobieństwem współczulnego pojedynczego wyładowania, przypominającego cechy współczulnego pobudzenia w niewydolności serca.
2. Przewlekła ekspozycja na niedotlenienie powoduje znaczną sensytyzację chemorefleksu, co przynajmniej częściowo wyjaśnia sympatykowzbudzenie na dużej wysokości.

3a) Efekty dopaminy za pośrednictwem ośrodkowego układu nerwowego D2R są istotnie zaangażowane w sensytyzację chemorefleksów w sympatykowzbudzeniu na dużych wysokościach.

3b) Zmieniona sygnalizacja NO jest istotnie zaangażowana w sensytyzację chemorefleksyjną w sympatykowzbudzeniu na dużych wysokościach.

Hipotezy dotyczące obwodowego rozprzęgania odpowiedzi współczulnych 4) Przewlekła ekspozycja na niedotlenienie powoduje zmniejszenie miejscowej i całego ciała produkcji tlenku azotu.

Każdy z ochotników zostanie przebadany 4 razy (2 badania kontrolne w Zurychu, z L-NAME i bez oraz 2 badania w Jungfraujoch w 3. tygodniu), z L-NAME i bez.

Każdy dzień nauki będzie obejmował:

Pomiary: BP, HR, pletyzmograficzny przepływ krwi w kończynach, wentylacja (w tym pobieranie tlenu), pulsoksymetria i pojedyncze jednostki MSNA oraz wiele jednostek MSNA dla pełnego badania chemoreflex. Próbki krwi: w tym: katecholaminy, kanały RBC, cGMP.

Stan : schorzenie:

• Odpoczynek
• Chemoreflex (6 różnych poziomów tlenu we krwi tętniczej) (protokół sugerowany przez Mou i wsp. 1995).

NB-1: CO2 będzie utrzymywane na poziomie oddychania otoczenia (tj. wartości spoczynkowej mierzonej u każdej osoby), poprzez dodawanie niewielkich ilości CO2 podczas testów chemoreflex.

NB-2: W jednym dniu badania, dożylny wlew dopaminy (3 µg kg -1 min-1) (Dahan et al. 1996), tabletki domperidonu (0,75 mg kg-1) (Pedersen et al. 1999, Lundby i wsp. 2001) i dożylny metoklopramid (10 mg) (Takeuchi i wsp. 1993) zostaną użyte w tej sekwencji na poziomie morza i w Jungfraujoch w celu zahamowania i odhamowania obwodowego odpalania chemoaferentnego, a następnie zahamowania centralnego pobudzenia chemorefleksu związanego z D2R . Efekty dopaminy ustępują w ciągu kilku minut po zatrzymaniu infuzji (Dahan i in. 1996, Jarnberg i in. 1981). Efekty działania domperydonu osiągają maksimum po około 30 minutach od przyjęcia tabletki i pozostają dość stabilne przez kolejne 30 minut. W tych dawkach dopamina i domperydon nie przekraczają bariery krew-mózg, w związku z czym udział ośrodkowych sensorów niedotlenienia pozostaje niezmieniony. Zgłaszano, że metoklopramid powoduje wzrost aktywności układu współczulnego na poziomie morza. Jeśli badacze potwierdzą to po leczeniu domperydonem na poziomie morza, jakikolwiek spadek ruchu współczulnego na dużych wysokościach będzie silnie sugerował zmiany związane z niedotlenieniem w centralnym pobudzeniu chemorefleksu związanym z D2R.

Cel badania D: Dostosowania metaboliczne mięśni szkieletowych i tkanki tłuszczowej do dużych wysokości:

Zależna od niedotlenienia kontrola funkcji mitochondriów od dawna budzi zainteresowanie, jednak zaskakująco niewiele wiadomo na ten temat u ludzi i zwierząt. Wcześniejsze obserwacje modyfikacji mitochondriów po aklimatyzacji do wysokości (zwłaszcza dużych i ekstremalnych wysokości) były niespójne. Wstępne raporty (52-55) wykazały większą ekspresję pośrednich markerów sugerujących zwiększony potencjał oksydacyjny zarówno u zwierząt, jak i ludzi żyjących na dużych wysokościach, co doprowadziło badaczy do wniosku, że aklimatyzacja może poprawić wydolność oddechową i funkcję mitochondriów w odpowiedzi na coraz bardziej niedotlenione środowisko (55 ). Ten początkowy paradygmat został zakwestionowany, gdy dalsze badania mieszkańców nizin przebywających na dużych / ekstremalnych wysokościach wykazały albo dramatyczną utratę mitochondriów mięśni szkieletowych (56, 57), albo nieistotne zmiany w profilu mitochondrialnym po aklimatyzacji do dużych / ekstremalnych wysokości (58-62), nawet pomimo znacznego zmniejszenia masy mięśni szkieletowych (60, 61). Jednak jedną spójnością w całej literaturze było założenie, że funkcja mitochondriów (tj. pojemność oddechowa, kontrola substratów oddychania oraz wydajność lub kontrola sprzężenia) są reprezentowane przez same pomiary statyczne, takie jak specyficzne dla mitochondriów stężenia/aktywność białek lub analiza morfometryczna reprezentująca odpowiednio zawartość lub objętość mitochondriów. Chociaż nie należy lekceważyć takich pomiarów statycznych, ponieważ są one niezbędne do badania i naszego zrozumienia fizjologii mitochondriów, poleganie na tych pomiarach w celu scharakteryzowania funkcji mitochondriów i potencjału oksydacyjnego jest niekompletne. Badanie funkcji mitochondriów wymaga bezpośrednich specyficznych manipulacji oddychaniem mitochondrialnym, aby można było zidentyfikować potencjalne zmiany w fosforylacji oksydacyjnej i transporcie elektronów. Zmiany w obrocie białkami w całym organizmie (63) i niedotlenienie ułatwiły zmiany w stężeniu białek, w tym kilka białek mitochondrialnych (64) z tego badania zostało już zgłoszonych. Aby wyjaśnić wywołane niedotlenieniem zmiany funkcji mitochondriów mięśni szkieletowych po aklimatyzacji na dużej wysokości, badacze chcą ocenić funkcję mitochondriów przepuszczalnych włókien mięśni szkieletowych i tkanki tłuszczowej na poziomie morza i po około 20-24 dniach ekspozycji na dużą wysokość.