Периодическая гипоксия
| Периодическая гипоксия | |
|---|---|
 Пример типичного протокола периодической гипоксии | |
| Другие имена | Эпизодическая гипоксия |
Периодическая гипоксия (также известная как эпизодическая гипоксия ) — это вмешательство, при котором человек или животное подвергается чередующимся периодам нормоксии и гипоксии . Нормоксия определяется как воздействие уровня кислорода , обычно присутствующего в атмосфере Земли (~ 21% O 2 ), а гипоксия – как любой уровень кислорода ниже, чем при нормоксии. Обычно воздействие гипоксии отрицательно связано с физиологическими изменениями в организме, такими как высотная болезнь . [ 1 ] Однако при умеренном применении периодическая гипоксия может использоваться клинически как средство облегчения различных патологических состояний. [ 2 ]
Общие механизмы
[ редактировать ]
При использовании в качестве реабилитационного вмешательства, особенно в отношении дыхания и ходьбы , периодическая гипоксия обычно работает с использованием долгосрочной фасилитации (LTF). LTF, который является синонимом долговременной потенциации , возникает, когда происходит долговременное увеличение синаптической силы из-за синаптической пластичности . [ 3 ] В случае периодической гипоксии такое увеличение синаптической силы приводит к увеличению двигательной активности. [ 4 ] [ 5 ]
Снижение парциального давления кислорода в артериях из-за периодической гипоксии воспринимается и стимулирует каротидное тело , хемоафферентный рецептор . [ 6 ] [ 7 ] Активированное каротидное тельце запускает высвобождение серотонина , который прикрепляется к серотониновым рецепторам на поверхности мотонейронов , таких как диафрагмальный мотонейрон в случае восстановления дыхания. [ 5 ] Этот путь передачи сигнала затем использует нижестоящие молекулы, такие как TrkB , [ 8 ] БДНФ , [ 8 ] и ПКА [ 9 ] увеличить синаптический выход задействованного мотонейрона, что, в свою очередь, увеличивает двигательный потенциал задействованных мышц и, таким образом, уменьшает функциональные нарушения. Поскольку степень периодической гипоксии изменяет количество высвобождения серотонина и, как следствие, количество ЛТФ, этот процесс проявляет метапластичность . [ 10 ] Метапластичность возникает, когда LTF сама по себе пластична или изменчива.
Вызванная периодической гипоксией LTF также была продемонстрирована у крыс с денервацией сонных артерий, что позволяет предположить, что синаптическая пластичность из-за периодической гипоксии также действует через другие механизмы, помимо хемоафферентов сонных артерий. [ 11 ]
Помимо этого, периодическая гипоксия также изменяет общее оксида азота , что происходит из-за сердечно-сосудистой адаптации к гипоксии. производство, концентрацию и экспрессию генов [ 12 ] Этот механизм актуален при использовании в качестве средства для снижения артериальной гипертензии. [ 13 ] или увеличить минеральную плотность костной ткани [ 14 ]
Дозировка
[ редактировать ]| Тип | Пример |
|---|---|
| Тяжесть гипоксии | Фи О 2 0,10 |
| Эпизодическая продолжительность | 1 минута на серию |
| Эпизодов в день | 10 серий/день |
| Схема презентации | Через день |
| Совокупная продолжительность воздействия | 24 суммарно часа |
Понимание правильной дозировки необходимо для разработки эффективного протокола интермиттирующей гипоксии, особенно из-за сопутствующих заболеваний, связанных с гипоксией. Например, было показано, что периодическая гипоксия индуцирует LTF у крыс, а постоянная гипоксия - нет. [ 15 ] И при острой ИГ нет никаких доказательств гибели клеток гиппокампа, обнаруженных у крыс, в то время как при хронической периодической гипоксии это происходит. [ 16 ]
Хотя периодическая гипоксия использовалась для различных терапевтических целей в ряде физиологических систем, существует общий консенсус относительно того, что можно считать безопасным и полезным объемом периодической гипоксии. Такой протокол будет включать фракцию вдыхаемого кислорода ( Fi O 2 ) в диапазоне 0,09–0,16 при 3–15 эпизодах в день с сопутствующими заболеваниями, обнаруженными в диапазоне Fi O 2 от 0,03 до 0,08 и 48–2400 эпизодов в день. [ 2 ]
Патологические и полезные эффекты
[ редактировать ]| Патологические эффекты [ 2 ] | Благотворное воздействие [ 2 ] |
|---|---|
| Системная гипертония | Снижение артериальной гипертензии |
| Ожирение | Потеря веса |
| Инсулинорезистентность | Повышение толерантности к глюкозе |
| Увеличение симпатической активации | Укрепить иммунный ответ |
| Когнитивный дефицит | Улучшить пространственное обучение и память |
| Воспаление | Уменьшить воспаление |
Терапевтическое применение
[ редактировать ]
Хотя периодическая гипоксия изначально затрагивает только дыхательную систему , ее последующие эффекты позволяют использовать ее также в качестве эффективного реабилитационного вмешательства в ряд различных биологических систем как у животных, так и у людей.
ЛТФ
[ редактировать ]Что касается дыхательной системы, LTF, которому способствует периодическая гипоксия, способствует увеличению мощности диафрагмального двигательного нерва . Было доказано, что это помогает людям с обструктивным апноэ во сне. [ 17 ] и ХОБЛ . [ 18 ] способность увеличивать мышечную активность, особенно при ходьбе . У обеих крыс также была продемонстрирована [ 16 ] и люди [ 19 ] после травмы спинного мозга .
Гиппокампальный нейрогенез
[ редактировать ]Гиппокампальный нейрогенез также был продемонстрирован у крыс, подвергнутых периодической гипоксии. Этот нейрогенез продемонстрировал связанные когнитивные улучшения, такие как улучшение обучения и памяти. [ 20 ] [ 21 ] а также общее увеличение пространственных когнитивных способностей. [ 22 ] Кроме того, антидепрессивно -подобные эффекты. у крыс, подвергающихся такому лечению, наблюдаются [ 23 ]
Производство оксида азота
[ редактировать ]Изменения уровня оксида азота из-за периодической гипоксии также дают потенциальную пользу. У людей с гипертонией наблюдается снижение артериального давления. [ 13 ] [ 24 ] Увеличение минеральной плотности костей у крыс также связано с этим процессом. [ 14 ] Такие изменения уровня оксида азота также помогают защитить миокард от ишемии и перфузии . [ 25 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Редакция ФСФ (май – июнь 1997 г.). «Безбилетные пассажиры рискуют получить смертельный уровень гипоксии и гипотермии» (PDF) . Человеческий фактор и авиационная медицина . 44 (3): 2.
- ^ Кандел, ER (2001). «Молекулярная биология памяти: диалог между генами и синапсами». Наука . 294 (5544): 1030–1038. Бибкод : 2001Sci...294.1030K . CiteSeerX 10.1.1.322.6795 . дои : 10.1126/science.1067020 . ПМИД 11691980 . S2CID 52799866 .
- ^ Хаяши, Ф.; Коулз, СК; Бах, КБ; Митчелл, Г.С.; МакКриммон, Д.Р. (1993). «Зависимые от времени реакции диафрагмального нерва на активацию афферентной сонной артерии: интактные и децеребеллатные крысы». Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol . 265 (4): R811–819. дои : 10.1152/ajpregu.1993.265.4.R811 . ПМИД 8238451 .
- ^ Jump up to: а б Фуллер, Д.Д.; Бах, КБ; Бейкер, ТЛ; Кинкед, Р.; Митчелл, GS (2000). «Долгосрочное облегчение диафрагмальной моторики». Физиол дыхания . 121 (2–3): 135–146. дои : 10.1016/S0034-5687(00)00124-9 . ПМИД 10963770 .
- ^ Миллхорн, Делавэр; Элдридж, Флорида; Уолдроп, Т.Г. (1980). «Длительная стимуляция дыхания с помощью нового центрального нейронного механизма». Физиол дыхания . 41 (1): 87–103. дои : 10.1016/0034-5687(80)90025-0 . ПМИД 6771859 .
- ^ Фуллер, Д.Д.; Забка, АГ; Бейкер, ТЛ; Митчелл, GS (2001). «Длительное облегчение диафрагмы требует активации рецептора 5-НТ во время, но не после эпизодической гипоксии» . J Appl Physiol . 90 (5): 2001–2006. doi : 10.1152/яп.2001.90.5.2001 . ПМИД 11299296 .
- ^ Jump up to: а б Бейкер-Херман, ТЛ; Фуллер, Д.Д.; Бавис, RW; Забка, АГ; Голдер, Ф.Дж.; Доперальски, Нью-Джерси; Джонсон, РА; Уоттерс, Джей Джей; Митчелл, GS (2004). «BDNF необходим и достаточен для пластичности спинного мозга после периодической гипоксии». Нат Нейроски . 7 (1): 48–55. дои : 10.1038/nn1166 . ПМИД 14699417 . S2CID 22965093 .
- ^ Хоффман, М.С.; Митчелл, GS (2011). «Активация спинальных рецепторов 5-HT7 вызывает длительное облегчение диафрагмальной моторики» . Дж Физиол . 589 (6): 1397–1407. дои : 10.1113/jphysicalol.2010.201657 . ПМК 3082099 . ПМИД 21242254 .
- ^ Вилкерсон, Дж. Э.; Митчелл, GS (2009). «Ежедневная периодическая гипоксия увеличивает уровень BDNF в спинном мозге, фосфорилирование ERK и долгосрочное облегчение дыхания» . Эксп Нейрол . 217 (1): 116–123. дои : 10.1016/j.expneurol.2009.01.017 . ПМК 2691872 . ПМИД 19416672 .
- ^ Сибигтрот, CM; Митчелл, GS (2011). «Каротидная хемоафферентная активность не является необходимой для любого длительного облегчения диафрагмы после острой перемежающейся гипоксии» . Дыхание Физиол Нейробиол . 176 (3): 73–79. дои : 10.1016/j.resp.2010.11.006 . ПМЦ 4374991 . ПМИД 21093615 .
- ^ Манухина, Д.Б.; Дауни, ХФ; Маллет, RT (2006). «Роль оксида азота в адаптации сердечно-сосудистой системы к периодической гипоксии» . Опыт Биол Мед . 231 (4): 343–365. дои : 10.1007/0-387-29540-2_6 . ПМИД 16565431 .
- ^ Jump up to: а б Лямина, Н.П.; Лямина, С.В.; Сенчикнин В.Н.; Маллет, RT; Дауни, ХФ; Манухина, Е.Б. (2011). «Нормобарическая гипоксия снижает артериальное давление и нормализует синтез оксида азота у больных артериальной гипертонией». Дж. Гипертенс . 29 (11): 2265–2272. дои : 10.1097/HJH.0b013e32834b5846 . ПМИД 21897291 . S2CID 28868197 .
- ^ Jump up to: а б Гюнер, И.; Узун, Д.Д.; Яман, Миссури; Генч, Х.; Гелисген, Р.; Коркмаз, Г.Г.; Халлак, М.; Ельман, Н.; Шахин, Г.; Картер, Ю.; Симсек, Г. (2013). «Влияние хронической длительной перемежающейся гипобарической гипоксии на минеральную плотность костей у крыс: роль оксида азота». Биол Трейс Элем Рес . 154 (2): 262–267. дои : 10.1007/s12011-013-9722-8 . ПМИД 23771686 . S2CID 14365564 .
- ^ Бейкер, ТЛ; Митчелл, GS (2000). «Эпизодическая, но не постоянная гипоксия вызывает долговременное облегчение диафрагмальной моторики у крыс» . Дж Физиол . 529 (1): 215–219. дои : 10.1111/j.1469-7793.2000.00215.x . ПМК 2270180 . ПМИД 11080263 .
- ^ Jump up to: а б Ловетт-Барр, MR; Сатриотомо, И.; Мьюир, Джорджия; Вилкерсон, Дж. Э.; Хоффман, М.С.; Винит, С.; Митчелл, GS (2012). «Повторяющаяся периодическая гипоксия вызывает восстановление дыхания и соматической моторики после хронической травмы шейного отдела позвоночника» . Дж. Нейроски . 32 (11): 3591–3600. doi : 10.1523/JNEUROSCI.2908-11.2012 . ПМК 3349282 . ПМИД 22423083 .
- ^ Герст, Д.Г.; 3-я Иокохана, СС; Карни, LM; Ли, Д.С.; Бадр, М.С.; Куреши, Т.; Антуар, Миннесота; Матейка, Дж. Х. (2011). «Гипоксическая дыхательная реакция и долгосрочное облегчение вентиляции изменяются в зависимости от времени суток и повторяющегося ежедневного воздействия периодической гипоксии» . J Appl Physiol . 110 (1): 15–28. doi : 10.1152/japplphysicalol.00524.2010 . ПМЦ 3785116 . ПМИД 20724571 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Хайдер, Т.; Касуччи, Г.; Линсер, Т.; Фаульхабер, М.; Гаттерер, Х.; Отт, Г.; Линсер, А.; Эренбург, И.; Ткачук Е.; Бурчер, М.; Бернарди, Л. (2009). «Интервальная гипоксическая тренировка улучшает вегетативную сердечно-сосудистую и респираторную регуляцию у пациентов с легкой хронической обструктивной болезнью легких». Дж. Гипертенс . 27 (8): 1648–1654. дои : 10.1097/HJH.0b013e32832c0018 . ПМИД 19387363 . S2CID 11277060 .
- ^ Хейс, HB; Джаятаман, А.; Херрманн, М.; Митчелл, Г.С.; Раймер, WZ; Трамбауэр, РД (2014). «Ежедневная периодическая гипоксия улучшает ходьбу после хронической травмы спинного мозга: рандомизированное исследование» . Неврология . 82 (2): 104–113. дои : 10.1212/01.WNL.0000437416.34298.43 . ПМЦ 3897437 . ПМИД 24285617 .
- ^ Лу, XJ; Чен, XQ; Венг, Дж.; Чжан, HY; Пак, Д.Т.; Луо, Дж. Х.; Ду, JZ (2009). «Связанный с позвоночником гиппокампа белок, активирующий Rap-специфическую ГТФазу, индуцирует улучшение обучения и памяти у мышей, подвергшихся постнатальной гипоксии» . Нейронаука . 162 (2): 404–414. doi : 10.1016/j.neuroscience.2009.05.011 . ПМЦ 3243647 . ПМИД 19442707 .
- ^ Чжан, JX; Чен, XQ; Ду, Джей Зи; Чен, QM; Чжу, CY (2005). «Неонатальное воздействие периодической гипоксии повышает производительность мышей в водном лабиринте и задачах в радиальном лабиринте с 8 рукавами». Дж. Нейробиол . 65 (1): 72–84. дои : 10.1002/neu.20174 . ПМИД 16010673 .
- ^ Шао, Г.; Чжан, Р.; Ван, ЗЛ; Гао, Кипр; Хо, X.; Лу, GW (2006). «Связанный с позвоночником гиппокампа белок, активирующий Rap-специфическую ГТФазу, индуцирует улучшение обучения и памяти у мышей, подвергшихся постнатальной гипоксии» . Нейросигналы . 15 (6): 314–321. дои : 10.1159/000121368 . ПМИД 18349553 .
- ^ Чжу, XH; Ян, ХК; Чжан, Дж.; Цюй, HD; Цю, XS; Чен, Л.; Ли, С.Дж.; Цао, X.; Бин, Джей Си; Чен, Л.Х.; Цинь, XH; Лю, Дж. Х.; Бай, XC; Мэй, Л.; Гао, ТМ (2010). «Периодическая гипоксия способствует нейрогенезу гиппокампа и оказывает антидепрессивно-подобный эффект у взрослых крыс» . Дж. Нейроски . 30 (38): 12653–12663. doi : 10.1523/JNEUROSCI.6414-09.2010 . ПМЦ 6633584 . ПМИД 20861371 .
- ^ Шатилло, В.Б.; Коркушко О.В.; Ищук, В.А.; Дауни, ХФ; Серебровская, ТВ (2008). «Влияние периодической тренировки с гипоксией на физическую работоспособность, гемодинамику и вентиляцию легких у здоровых пожилых мужчин» . Высокий Альт Мед Биол . 9 (1): 43–52. дои : 10.1089/ham.2008.1053 . ПМИД 18331220 .
- ^ Болли, Р. (2001). «Кардиозащитная функция индуцибельной синтазы оксида азота и роль оксида азота в ишемии и прекондиционировании миокарда: обзор десятилетних исследований». J Mol Cell Cardiol . 33 (11): 1897–1918. дои : 10.1006/jmcc.2001.1462 . ПМИД 11708836 .