| Abstract | Opetovane apneje se spominju kao mogući uzrok smanjenog cerebrovaskularnog odgovora kod oboljelih od OSA. Kako bismo ispitali tvrdnju o utjecaju učestalo ponavljanih apneja na cerebrovaskularni odgovor u hiperkapniji, određivali smo taj odgovor mjereći promjene brzine protoka kroz srednju cerebralnu arteriju (MCAV, cm/s) u odnosu na promjenu vršne koncentracije CO2 na kraju izdisaja (PETCO2). Mjerenja su provođena tijekom dva hiperoksično hiperkapnična pokušaja disanja u zatvorenom sustavu (prilagođeni Read protokol) u skupini vrhunskih ronilaca na dah (N=7) i kontrolnoj skupini bez ronilačke anamneze (N=7). Uz cerebrovaskularne, mjereni su ventilacijski i kardiovaskularni parametri. Ventilacijski odgovor na hiperkapniju je u ronilaca bio smanjen u odnosu na kontrolnu skupinu prvenstveno uslijed niže frekvencije disanja. Cerebrovaskularni odgovor na hiperkapniju se nije razlikovao između skupina (3,7 ± 1,4 prema 3,4 ± 1,3 % / mm Hg), a slično je nađeno i kod cerebrovaskularnog otpora i MCAV. Kardiovaskularni parametri se nisu značajno mijenjali tijekom hiperkapnije, osim manjeg porasta srednjeg arterijskog tlaka u obje skupine. Rezultati ovoga istraživanja pokazuju da je cerebrovaskularni odgovor na hiperkapniju u ronilaca na dah nepromijenjen u cilju zaštite organizma od kroničnih, povremenih cerebralnih hipoksija i hiperkapnija tijekom ronjenja. Ovi rezultati, također, govore da uz opetovane apneje moraju postojati i drugi poremećaji kako bi se OSA bolesnicima smanjio cerebrovaskularni podražaj na hiperkapniju. Opetovani periodi hipoksije i hiperkapnije u OSA povećavaju simpatičku aktivnost što dovodi do arterijske hipertenzije. Vrhunski, dugogodišnji ronioci na dah izlažu se sličnim, apnejom uzrokovanim hipoksičnim i hiperkapničnim poremećajima homeostaze. Pretpostavili smo kako vrhunski ronioci na dah imaju povišenu simpatičku živčanu aktivnost u mirovanju, kao i naznake hipertenzije, što se objašnjava pretjeranim odgovorom simpatičkog živčanog sustava u hiperkapniji. U istraživanju je sudjelovalo 11 dugogodišnjih ronilaca na dah i 9 kontrolnih ispitanika. Promatrani su arterijski tlak, srčana frekvencija, brzina protoka kroz femoralnu arteriju, ventilacijski parametri, vršna koncentracija CO2 na kraju izdisaja (PETCO2) i mišićna simpatička živčana aktivnost (MSNA). Nakon mjerenja bazalnih vrijednosti ispitanici su disali hiperoksično/hiperkapničnu smjesu u zatvorenom sustavu (95 % O2 i 5 % CO2) sve do dosezanja PETCO2 od 60 mm Hg. Bazalna vrijednost MSNA (izražena kroz broj izbijanja u jedinici vremena) je iznosila 31±11 izbijanja/min u ronilaca, te 33±13 izbijanja/min u kontrolnih ispitanika. Ukupna MSNA aktivnost je iznosila 1,8 ± 1,5 aj/min u skupini ronilaca, te 1,8 ± 1,3 aj/min u kontrolnoj skupini. Zasićenost arterijske krvi kisikom se nije mijenjala tijekom pokusa, dok je PETCO2 rasla tijekom disanja u zatvorenom sustavu. Krivulja hiperkapničnog ventilacijskog i MSNA odgovora je bila slična u obje skupine. Temeljem ovih rezultata zaključili smo da opetovane hipoksije i hiperkapnije tijekom zaranjanja nisu same dovoljne za porast simpatičke aktivnosti ili pojavu arterijske hipertenzije u dugogodišnjih ronilaca na dah. Ranije je pokazano kako je cerebrovaskularni vazodilatacijski odgovor na hiperkapniju u ronilaca na dah jednak onome kontrolnih ispitanika, tako da opetovane apneje nisu same odgovorne za smanjeni cerebrovaskularni odgovor na hiperkapniju u OSA. Temeljem ove tvrdnje pretpostavili smo da ronioci na dah i OSA ispitanici bez pridruženih poremećaja svojstvenih OSA imaju sličan MCAV odgovor na hiperkapniju i hipokapniju. Uz to, nastojalo se istražiti je li uloga prostaglandinskih i/ili ne-prostaglandinskih mehanizama u vazokonstrikcijskom i vazodilatacijskom odgovoru jednaka ili nije. Proučavale su se promjene u MCAV odgovoru na hipokapniju i hiperoksičnu hiperkapniju u placebo pokušaju i 90 min nakon primjene 100 mg indometacina. Jednu skupinu su činili zdravi, dugogodišnji ronioci na dah (N=7), a drugu ispitanici s dijagnosticiranim OSA poremećajem (N=7). Tijekom kontrolne hiperkapnije MCAV je porastao za 54,4 % u ronilaca, te za 48,4 % u OSA ispitanika (p=0,02). Indometacin je značajno smanjio cerebrovaskularni odgovor na hiperkapniju u ronilaca (p=0,02), ali ne i u OSA ispitanika. Kardiovaskularni parametri se nisu značajno mijenjali tijekom hiperkapničnog pokusa, izuzevši manji porast srednjeg arterijskog tlaka. Indometacin je smanjio odgovor MAP u ronilaca, ali ne i u OSA ispitanika. Kardivaskularni i cerebrovaskularni odgovor na hipokapniju je bio jednak u obje skupine. Izostanak smanjenja MCAV odgovora na hiperkapniju pod utjecajem indometacina u OSA ispitanika ukazuje na dvije činjenice: 1) izostanak normalnog doprinosa lokalnih vazodilatacijskih mehanizama (prostaglandinskih i/ili ne-prostaglandinskih) u cerebrovaskularnom odgovoru na hiperkapniju u OSA ispitanika; 2) dugotrajno izlaganje opetovanim apnejama nije samo po sebi dovoljno za narušavanje normalnog doprinosa vazodilatacijskih mehanizama u cerebrovaskularnom odgovoru na hiperkapniju u OSA ispitanika. |
| Abstract (english) | Hypercapnic cerebrovascular reactivity is decreased in obstructive sleep apnea perhaps as a result of repeated apneas. To test the hypothesis that repeated apneas blunt cerebrovascular reactivity to hypercapnia, we studied breath hold divers and determined cerebrovascular reactivity by measuring changes in middle cerebral artery velocity (MCAV, cm/s) per mmHg change in end-tidal partial CO2 pressure (PETCO2) in response to two hyperoxic hypercapnia rebreathing maneuvers (modified Read protocol) in elite breath-hold divers (BHD, N=7) and non-divers (ND, N=7). In addition, ventilation and central hemodynamics (beat-to-beat stroke volume measurement with Modelflow technique) were determined. Ventilatory responses to hypercapnia were blunted in BHD vs ND largely due to lower breathing frequency. Cerebrovascular reactivity did not differ between groups (3.7±1.4 vs 3.4±1.3 %/mmHg PETCO2 in BHD and ND, respectively; p=0.90) and the same was found for cerebral vascular resistance and MCAV recovery to baseline after termination of the CO2 challenge. Cardiovascular parameters were not changed significantly during rebreathing in either group, except for small increase in mean arterial pressure for both groups. Our findings indicate that regulation of cerebral circulation in response to hypercapnia is intact in elite breath-hold divers, potentially as a protective mechanism against chronic intermittent cerebral hypoxia and/or hypercapnia that occurs during breath-hold diving. These data also suggest that factors other than repeated apneas contribute to the blunting of cerebrovascular reactivity in conditions like sleep apnea. Repeated hypoxemia in obstructive sleep apnea (OSA) patients increases sympathetic activity thereby promoting arterial hypertension. Elite breath-holding divers are exposed to similar apneic episodes and hypoxemia. We hypothesized that trained divers would have increased resting sympathetic activity and blood pressure, as well as an excessive sympathetic nervous system response to hypercapnia. We recruited eleven experienced divers and nine control subjects. During the diving season preceding the study, divers participated in 7.3±1.2 diving fish-catching competitions and 76.4±14.6 apnea training sessions with the last apnea 3- 5 days before testing. We monitored beat-by-beat blood pressure, heart rate, femoral artery blood flow, respiration, end tidal CO2, and muscle sympathetic nerve activity (MSNA). After a baseline period, subjects began to rebreath a hyperoxic gas mixture to raise end-tidal CO2 to 60 mm Hg. Baseline MSNA frequency was 31±11 bursts/min in divers and 33±13 bursts/min in control subjects. Total MSNA activity was 1.8±1.5 arbitrary units/min in divers and 1.8±1.3 au/min in control subjects. Arterial oxygen saturation did not change during rebreathing while end-tidal CO2 increased continuously. The slope of the hypercapnic ventilatory and MSNA response was similar in both groups. We conclude that repeated bouts of hypoxemia in elite, healthy breath-holding divers do not lead to sustained sympathetic activation or arterial hypertension. Repeated episodes of hypoxemia may not be sufficient to drive an increase in resting sympathetic activity in the absence of additional comorbidities. Previously we have shown that the cerebrovascular vasodilator response to hypercapnia is normal in breath hold divers (BHD) when compared to healthy men, suggesting that repeated sole apneas are not the cause of blunted cerebrovascular responses to hypercapnia in OSA. Thus we tested whether BHD and OSA subjects had similar middle cerebral artery velocity (MCAV) responses to hypercapnia and hypocapnia and we also tested whether the contribution of prostaglandin (PG)-dependent and PG-independent mechanisms to the vasodilator responses were the same or different. We have analysed changes in MCAV (cm/s) in response to hypocapnia and hyperoxic hypercapnia during placebo or after 90 min of oral indomethacin (100 mg) in BHD (N=7) and OSA (N=7). During control hypercapnia MCAV increased by 54.4 % in BHD and 48.4 % in OSA. Indomethacin blunted the MCAV increase in response to hypercapnia in BHD (p=0.02), but not in OSA. Cardiovascular parameters were not changed significantly during exposure to hypercapnia, except for a small increase in mean arterial pressure (MAP). Indomethacin attenuated the MAP response in BHD, but not in OSA. Cardiovascular and cerebrovascular responses to hypocapnia were the same in both groups. The blunted MCAV responses to hypercapnia with indomethacin in BHD, but not in OSA patients suggest that a) the normal contribution of local vasodilating PG-dependent and PG-independent mechanisms to cerebrovascular responses to hypercapnia is absent in OSA patients and b) exposure to chronic/repeated apneas is not causal per se in limiting the contribution of vasodilating, PG-dependent and PG-independent, mechanisms of cerebrovascular responses to hypercapnia in OSA. |
