veranderingen in cardiovasculaire en respiratoire functie zijn uiterst belangrijk naarmate we stijgen tot grote hoogte, aangezien de geassocieerde hypoxie leidt tot tachycardie, verhoogde cardiale output en herverdeling van de bloedstroom in rust en in grotere mate tijdens inspanning (Mirrakhimov & Winslow, 1996). De cardiale outputrespons wordt voornamelijk gemedieerd door tachycardie en, in mindere mate, verbeterde contractiele functie en veneuze terugkeer. Oefening daagt het cardiovasculaire systeem uit tijdens acute hypoxie omdat verminderde arteriële zuurstof de functie van skeletspieren, hart en bepaalde regionale vasculaire bedden zoals longslagaders verandert.
soortspecifieke cardiovasculaire reacties op lichaamsbeweging in een hypoxische omgeving die de arteriële zuurstofdruk verlaagt (↓PO2) zijn een manifestatie van verschillende interactieve mechanismen waarbij neuraal-humorale, lokale cardiale en directe vasculaire controle betrokken zijn (Fig. 1). In normoxische omstandigheden zijn chronotrope, ionotrope en vasculaire reacties een functie van een veranderde autonome uitstroom uit de medullaire cardiovasculaire hersenstamcentra (Med CV-centra) geactiveerd door de oefeningsdrukreflex van spier afferents (Musc Aff) en central command (CC) (Longhurst, 2003). Hypoxie tijdens inspanning stimuleert arteriële chemoreceptoren, in het bijzonder de halsslagader lichamen (CB), evenals medullaire chemoreceptoren (Med CR) te verhogen ventilatie (VE), die, via een pulmonale stretch receptor (SR) mechanisme, tegen perifere chemoreflex veranderingen in autonome uitstroom (Longhurst, 2003). Dus, hoewel hypoxische stimulatie van de halsslagader-lichamen bradycardie en hypotensie veroorzaakt, wordt deze primaire reflex overschaduwd door ventilatoire reacties die tachycardie en vasodilatatie veroorzaken. Tachypneu verlaagt ook arterieel kooldioxide (↓PCO2), dat via een centraal medullair chemoreceptormechanisme bradycardie en vasodilatatie induceert. Hypoxie-geïnduceerde stimulatie van aorta (AB) veroorzaakt tachycardie en vasoconstrictie. Verminderde arteriële zuurstof direct ontspant vasculaire gladde spier in alle circulaties, met uitzondering van de long. De geïntegreerde respons op hypoxie omvat een toename van de hartslag, het hartminuutvolume en de systolische bloeddruk, terwijl de gemiddelde en diastolische arteriële druk constant blijven of iets dalen.
oefening verbetert de sympathische (Symp) en vermindert de parasympathische (Parasymp) uitstroom naar het hart en het cardiovasculaire systeem. Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de verhoogde cardiale reacties tijdens hypoxische oefening is echter controversieel en vormt de focus van de zorgvuldige studie door Hopkins et al. (2003) in dit nummer van het Journal of Physiology. Net als eerdere studies, vonden de auteurs dat zowel het hartminuutvolume als de hartslag sneller toenamen naarmate de werkbelasting tijdens het sporten toenam. Echter, in tegenstelling tot eerdere werkzaamheden die suggereren dat hypoxie-geïnduceerde verandering in hartfunctie tijdens dynamische oefening gerelateerd is aan veranderde autonome functie, Hopkins et al. (2003) geen invloed waargenomen van ofwel β-adrenoceptorblokkade, d.w.z. noradrenaline (norepinefrine; NE) werking, of cholinerge muscarine (M) blokkade van acetylcholine (ACh) werking. Ervan uitgaande dat een adequate blokkade werd bereikt (een probleem niet getest), lijkt deze studie de heersende mening over het belang van autonome mechanismen die ten grondslag liggen aan de hartfrequentie en de cardiale output responses tijdens hypoxische oefening in twijfel te trekken. Longitudinale beoordeling van hemodynamische responsen en catecholamines door Hopkins et al. (2003) overwint beperkingen van eerdere studies, maar het onderzoek testte het belang van de twee efferente takken afzonderlijk. Aangezien de twee takken van het autonome zenuwstelsel (ans) elkaar kunnen compenseren tijdens reflexactivering (Krasney, 1967), kan alleen sympathische activering of parasympathische terugtrekking onvoldoende zijn om de verhoogde cardiale veranderingen te veroorzaken die gepaard gaan met hypoxie. Gecombineerde β-adrenoceptor – en muscarineblokkade zouden deze mogelijkheid testen.
maar, zo niet de ANS, wat zijn dan de mechanismen die ten grondslag liggen aan veranderingen in de hartfunctie tijdens hypoxische inspanning? De auteurs suggereren een rol voor post-junctional β-adrenoceptoren, aangezien deze receptoren, naast hun bekende vasoconstrictor functie, inotrope en mogelijk chronotrope reacties kunnen bemiddelen door hun acties op myocyten en Purkinje vezels (Saitoh et al. 1995), met name bij kinderen en jongvolwassenen (Tanaka et al. 2001).
als alternatief kan een verbeterde veneuze return (VR) tijdens hypoxische inspanning een atriale Bainbridge-achtige sino-atriale (SA) nodale stretchrespons stimuleren (pijlen in Fig. 1), hoewel het belang van deze reflex bij de mens controversieel is (Longhurst, 2003). Variabele veranderingen in hartvolume en vuldruk zijn waargenomen afhankelijk van de bereikte hoogte en de mate van arteriële hypoxemie (Mirrakhimov & Winslow, 1996). Hopkins et al. (2003) meet de hartvullingsdruk niet, hoewel ze wel vonden dat in vergelijking met de normoxische groep het slagvolume tijdens inspanning in de hypoxische groep op dezelfde manier werd verhoogd ondanks de verhoging van de hartslag en de verminderde hartvullingstijd, wat erop wijst dat de contractiele functie en/of veneuze terugkeer werden vergroot en dat een verbeterde veneuze terugkeer en een Bainbridge-achtige respons aanwezig kunnen zijn geweest.
andere chemische mediatoren dan catecholaminen kunnen ook bijdragen aan de versterkte chronotrope respons tijdens hypoxische inspanning. Bijvoorbeeld, endotheline (Endo) vrijgegeven tijdens hypoxie kan de SA knoop stimuleren (Mirrakhimov & Winslow, 1996; Ishikawa et al. 1988). Bradykinine (BK) vrijgegeven tijdens hypoxische oefening stimuleert spinale afferente systemen die reflex kunnen verbeteren sympathicoadrenale functie om de chronotrope versterken en handhaven inotrope hartfunctie (Longhurst, 2003). Hoewel controversieel, kan hypoxie-gerelateerde verhogingen van adenosine (Aden) eveneens met reflexverhogingen van harttarief worden geassocieerd (Longhurst, 2003). Deze reflexreacties worden echter gemedieerd door een verhoogde sympathische uitstroom, die Hopkins et al. (2003) suggereren is niet nodig voor de hypoxie-gerelateerde cardiale reacties. Als zodanig, de oorzaken van de verhoogde cardiale reacties op hypoxische oefening zal een mysterie blijven totdat extra zorgvuldig gecontroleerde menselijke studies kunnen worden geconstrueerd om alternatieve mechanismen te verkennen.
