Är blodflödet genom IPAVA och PFO relaterat till lunghypertoni orsakad av andningsstopp och dykning?

Pulmonell arteriell hypertoni (förhöjt lungblodtryck) är en multifaktoriell sjukdom utan botemedel. Att undersöka reversibla former av pulmonell hypertoni inducerad under extrema förhållanden som ett långvarigt andningsstopp och/eller dykning kan hjälpa till att bättre förstå varför vissa individer utvecklar denna förödande sjukdom, och andra inte.

Pulmonellt artärtryck är vanligtvis mycket lågt hos friska människor. Låga syrenivåer (hypoxi) orsakar en sammandragning av lungblodkärlen vilket resulterar i mindre diametrar, men lungblodflödet förblir konstant eller ökar. Att ha konstant flöde med mindre kärldiametrar gör att pulmonellt artärtryck ökar men det kommer att återgå till det normala när normala syrenivåer återställs. Dessutom finns det ett samband med patent foramen ovale (PFO, litet hål mellan atrierna i hjärtat) och överdrivet pulmonellt artärtryck vid låga syretillstånd. Orsakerna till den förvärrade ökningen av pulmonellt artärtryck hos dessa patienter med en PFO (PFO+) är dock okända, men kan bero på en överdriven förträngningsreaktion på låg syrehalt.

Under ett andningsstopp minskar syret i lungan och hos elitdykare minskar det till mycket låga nivåer. Jämfört med försökspersoner utan PFO (PFO-), kan syret sjunka ännu lägre hos dessa PFO+-ämnen eftersom syrefattigt blod färdas genom det lilla hålet för att blandas med syresatt blod, vilket förvärrar nivån till vilken blodsyren minskar. Att använda en andningshållningsmodell för lunghypoxi är således ett tillvägagångssätt för att undersöka en hypoxiinducerad ökning av pulmonellt artärtryck - en metod som är kritiskt beroende av elitdykare som håller andan i andan under betydande tider.

Intrapulmonära arteriovenösa anastomoser (IPAVA) är kärl i lungan som går förbi kapillärer. Utredargruppen har undersökt vilka roller dessa unika kärl kan ha vid fysiologiska och patofysiologiska tillstånd. Utredarna har funnit att IPAVA-blodflöde uppstår när friska försökspersoner andas lågt syrgas. Utredarna har också funnit att IPAVA-blodflödet är omvänt relaterat till pulmonellt artärtryck. Specifikt har individer med högt pulmonellt arteriellt tryck lågt IPAVA-blodflöde och vice versa.

Den högra ventrikeln i hjärtat pumpar blod genom lungartären till lungorna. Under vilande förhållanden utför det högra hjärtat ett minimalt arbete eftersom trycket i lungblodkärlen är lågt. När pulmonellt artärtryck ökar måste arbetet på höger sida av hjärtat öka avsevärt för att hålla blodet pumpa genom lungan. Sålunda kommer höga lungartärtryck att öka det högra hjärtats arbete och kan leda till höger hjärtdysfunktion och därigenom begränsa mängden blod som hjärtat kan pumpa. Om trycket är tillräckligt högt för att begränsa mängden blod som strömmar genom lungan kan detta upptäckas genom en minskning av pulmonellt blodflöde och/eller förändringar i hjärtats funktion under kontraktion (systole) och avslappning (diastole). Följaktligen kan en intervention som minskar pulmonellt artärtryck under ett andningsstopp ha en gynnsam effekt på höger hjärtfunktion.

Sammantaget, under ett elitdyk, där syrehalten minskar, förväntar sig forskarna att lungartärtrycket kommer att öka när syrenivåerna i lungorna minskar, och minskningen av syre kan vara ännu lägre hos PFO+-personer. När syrenivåerna i blodet minskar kommer dessutom IPAVA-blodflödet att öka hos vissa PFO-patienter och därigenom hålla pulmonellt artärtryck lågt hos dessa individer. Omvänt förväntas PFO+-personer och de PFO-patienter med låga nivåer av IPAVA-blodflöde att ha det största lungtrycket. Huruvida detta är sant eller inte är okänt. Därför kommer mål #1 att kvantifiera pulmonellt artärtryck och höger hjärtfunktion och undersöka deras samband med PFO- och IPAVA-blodflödet hos elitdykare som håller andan medan de andas koncentrationer av syre och koldioxid som efterliknar andningshållningsinducerad hypoxi [OBS: det är inte möjligt att avbilda hjärtat under ett andetag eftersom den helt uppblåsta lungan hindrar ultraljudsvyn av hjärtat]. Mål #2 kommer att använda sildenafil, ett läkemedel som ökar kväveoxidens biotillgänglighet för att vidga lungblodkärl, för att minska pulmonellt artärtryck samtidigt som man andas koncentrationer av syre och koldioxid som efterliknar andningshållningsinducerad hypoxi. Utredarna kommer att kvantifiera effekten av sildenafil på pulmonellt artärtryck och höger hjärtfunktion och kommer att avgöra om det förändrar förhållandet till IPAVA- och PFO-blodflödet. Som nämnts ovan, eftersom dessa PFO+-patienter kan ha ett överdrivet pulmonellt kärlsammandragande svar på hypoxi, kan sildenafil vara antingen mindre effektivt eller ineffektivt för att minska det pulmonära artärtrycket hos dessa patienter. Mål #3 kommer att jämföra data från studiedata från elitens andningsdykare med data som erhållits från ålders-, köns- och PFO-matchade försökspersoner som inte har stor erfarenhet av andningsdykning. För att göra detta kommer kontrollämnen att genomgå samma procedurer i mål #1 & 2 ovan. Dessa studier kommer också att göra det möjligt för utredare att avgöra om det finns skillnader i lungvaskulära svar på hypoxi mellan dem med och utan erfarenhet av dykning.

Utöver de hjärt- och lungförändringar som inträffar hos dykare som beskrivits ovan, är det också känt att pulmonellt artärtryck ökar efter dykning, men återgår till det normala inom några timmar. De mekanismer som är ansvariga för ökningen av pulmonellt artärtryck är okända, men är oberoende av hypoxi. Att undersöka sambandet mellan IPAVA, PFO och SCUBA-dykning-inducerade ökningar av pulmonellt arteriellt tryck erbjuder således en ytterligare väg för att förstå känsligheten för pulmonell arteriell hypertoni. Även om det är okänt varför lungartärtrycket ökar med dykning, är det känt att pulmonell hypertoni kan bidra till höger hjärtdysfunktion och lungödem (ansamling av lungvatten) som kan uppstå hos personer som simmar och/eller dyker. Förebyggande av ökat pulmonellt artärtryck under och/eller efter ett dyk kan hjälpa till att förhindra överdriven högerhjärtdysfunktion och lungödem. Således kommer mål #4 att kvantifiera pulmonellt artärtryck och höger hjärtfunktion och undersöka deras samband med PFO- och IPAVA-blodflöde, före och efter SCUBA-dykning. Mål #5 kommer att kvantifiera effekten av sildenafil (efter dykning) på pulmonellt artärtryck och höger hjärtfunktion och kommer att avgöra om det förändrar förhållandet med IPAVA och PFO blodflödet, före och efter dykning.

Sammanfattningsvis föreslår utredarna att studera elitkroatiska dykare som håller andan och dykare. Utredarna kommer att kvantifiera lunghypertoni och höger hjärtfunktion för att undersöka sambandet mellan PFO- och IPAVA-blodflödet med hypoxi- och SCUBA-dykning-inducerad pulmonell hypertoni. Utredarna kommer att använda en placebokontrollerad intervention (sildenafil) för att minska pulmonellt arteriellt tryck hos dessa försökspersoner för att undersöka effekten av tryckförändringen (eller frånvaron av förändring) på sambanden som fastställts ovan.