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Medullary and Hypothalamic Functional Magnetic Imaging During Acute Hypoxia in Tracing Human Peripheral Chemoreflex Responses

Gerlach, D.A. und Manuel, J. und Hoff, A. und Kronsbein, H. und Hoffmann, F. und Heusser, Karsten und Ehmke, H. und Jordan, J. und Tank, J. und Beissner, F. (2021) Medullary and Hypothalamic Functional Magnetic Imaging During Acute Hypoxia in Tracing Human Peripheral Chemoreflex Responses. Hypertension, 77 (4), Seiten 1372-1382. American Heart Association, Inc.. doi: 10.1161/HYPERTENSIONAHA.120.16385. ISSN 0194-911X.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.120.16385

Kurzfassung

Hypoxia-sensitive peripheral carotid chemoreceptors, which regulate sympathetic outflow from the brain stem, are promising antihypertensive treatment targets. However, the central nervous pathways integrating human peripheral chemoreflexes are poorly understood. We combined high-resolution functional magnetic resonance imaging with physiological profiling to elucidate hypothalamic and medullary responses to acute hypoxia. We exposed 12 healthy men (29.7±6.6 years) to 5 hypoxic episodes each by breathing 10% oxygen for 180 seconds followed by 90 seconds of normoxia during high-resolution subcortical functional magnetic resonance imaging. We recorded beat-by-beat finger blood pressure, ECG, and peripheral oxygen saturation (Spo2). We analyzed functional magnetic resonance imaging data through independent component analysis, correlation with systolic blood pressure and Spo2, and functional connectivity analysis by dual regression. On average Spo2 decreased by 12±3% (P<0.01) during hypoxia while heart rate increased by 3±7 bpm (P<0.01). Systolic blood pressure was unchanged. Brain stem-centered analyses revealed 5 distinct hypoxia-responsive regions around the nucleus of the solitary tract, nucleus ambiguus/intermediate reticular nucleus, dorsal motor nucleus of the vagal nerve, spinal trigeminal nucleus, and inferior olivary nucleus. Hypothalamus-centered analysis revealed 3 such regions around the arcuate nucleus, anterior hypothalamic area/lateral hypothalamic area, and paraventricular nucleus. During hypoxia, these regions showed altered functional connectivity with various medullary and hypothalamic areas. We conclude that high-resolution functional magnetic resonance imaging reveals subcortical systems engaged by acute hypoxia, which likely correspond to the peripheral chemoreceptor pathway. Our methodology may have utility in studying peripheral chemoreflex contributions to cardiovascular disease and responses to peripheral chemoreceptor modulation

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/144544/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Medullary and Hypothalamic Functional Magnetic Imaging During Acute Hypoxia in Tracing Human Peripheral Chemoreflex Responses
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gerlach, D.A.Cardiovascular Aerospace Medicine Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-7044-6065NICHT 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, KarstenInstitute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ehmke, H.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center, Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jordan, J.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany and Lehrstuhl für Luft- und Raumfahrtmedizin, Universität zu Köln; Jens.Jordan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4518-0706NICHT SPEZIFIZIERT
Tank, J.Cardiovascular Aerospace Medicine Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany; Jens.Tank (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5672-1187NICHT SPEZIFIZIERT
Beissner, F.Institute for Neuroradiology, Hannover Medical School, Hannover, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 März 2021
Erschienen in:Hypertension
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:77
DOI:10.1161/HYPERTENSIONAHA.120.16385
Seitenbereich:Seiten 1372-1382
Verlag:American Heart Association, Inc.
ISSN:0194-911X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:blood pressure; brain stem; hypothalamus; hypoxia; magnetic resonance imaging
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - CardioBrain
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Kardiovaskuläre Luft- und Raumfahrtmedizin
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Leitungsbereich ME
Hinterlegt von: Schrage, Larissa
Hinterlegt am:21 Okt 2021 16:26
Letzte Änderung:21 Okt 2021 17:34

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