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Novel Approach to Elucidate Human Baroreflex Regulation at the Brainstem Level: Pharmacological Testing During fMRI.

Gerlach, D. und Manuel, J. und Hoff, A. und Kronsbein, H. und Hoffmann, F. und Heusser, K. und Ehmke, H. und Diedrich, A. und Jordan, J. und Tank, J. und Beissner, F. (2019) Novel Approach to Elucidate Human Baroreflex Regulation at the Brainstem Level: Pharmacological Testing During fMRI. Frontiers in Neuroscience, 13, Seite 193. Frontiers Media S.A.. doi: 10.3389/fnins.2019.00193. ISSN 1662-4548.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6411827/pdf/fnins-13-00193.pdf

Kurzfassung

Brainstem nuclei govern the arterial baroreflex, which is crucial for heart rate and blood pressure control. Yet, brainstem function is difficult to explore in living humans and is therefore mostly studied using animal models or postmortem human anatomy studies. We developed a methodology to identify brainstem nuclei involved in baroreflex cardiovascular control in humans by combining pharmacological baroreflex testing with functional magnetic resonance imaging. Materials and Methods: In 11 healthy men, we applied eight repeated intravenous phenylephrine bolus doses of 25 and 75 μg followed by a saline flush using a remote-controlled injector during multiband functional magnetic resonance imaging (fMRI) acquisition of the whole brain including the brainstem. Continuous finger arterial blood pressure, respiration, and electrocardiogram (ECG) were monitored. fMRI data were preprocessed with a brainstem-specific pipeline and analyzed with a general linear model (GLM) to identify brainstem nuclei involved in central integration of the baroreceptor input. Results: Phenylephrine elicited a pressor response followed by a baroreflex-mediated lengthening of the RR interval (25 μg: 197 ± 15 ms; 75 μg: 221 ± 33 ms). By combining fMRI responses during both phenylephrine doses, we identified significant signal changes in the nucleus tractus solitarii (t = 5.97), caudal ventrolateral medulla (t = 4.59), rostral ventrolateral medulla (t = 7.11), nucleus ambiguus (t = 5.6), nucleus raphe obscurus (t = 6.45), and several other brainstem nuclei [p < 0.0005 family-wise error (few)-corr.]. Conclusion: Pharmacological baroreflex testing during fMRI allows characterizing central baroreflex regulation at the level of the brainstem in humans. Baroreflex-mediated activation and deactivation patterns are consistent with previous investigations in animal models. The methodology has the potential to elucidate human physiology and mechanisms of autonomic cardiovascular disease.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/129683/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Novel Approach to Elucidate Human Baroreflex Regulation at the Brainstem Level: Pharmacological Testing During fMRI.
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gerlach, D.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Manuel, J.Institute for Neuroradiology, Hannover Medical School, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoff, A.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kronsbein, H.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoffmann, F.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Heusser, K.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ehmke, H.Institute of Cellular and Integrative Physiology, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Hamburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Diedrich, A.Division of Clinical Pharmacology, Department of Medicine, Autonomic Dysfunction Service, Vanderbilt University, Nashville, TNNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jordan, J.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tank, J.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beissner, F.Institute for Neuroradiology, Hannover Medical School, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 März 2019
Erschienen in:Frontiers in Neuroscience
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.3389/fnins.2019.00193
Seitenbereich:Seite 193
Verlag:Frontiers Media S.A.
ISSN:1662-4548
Status:veröffentlicht
Stichwörter:baroreflex; blood pressure; brainstem; cardiovascular; fMRI; nuclei; regulation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
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Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Kardiovaskuläre Luft- und Raumfahrtmedizin
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Hinterlegt von: Schrage, Larissa
Hinterlegt am:23 Okt 2019 10:26
Letzte Änderung:31 Okt 2023 15:01

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