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Functional brain connectivity changes in head-down tilt bedrest-induced orthostatic intolerance

Manuel, Jorge und Hoff, Alex und Bach, Anja und Mulder, Edwin und Jordan, Jens und Tank, Jens und Gerlach, Darius A. (2025) Functional brain connectivity changes in head-down tilt bedrest-induced orthostatic intolerance. 63. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin DGLRM, 2025-10-16 - 2025-10-18, Cologne, Germany.

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Kurzfassung

Introduction Both, returning astronauts and bedridden patients, often experience orthostatic intolerance. Plasma volume changes and cardiovascular deconditioning cannot fully explain the severity of the symptoms. To test the hypothesizes that neural changes in cardiovascular control centers in the brain contribute to orthostatic intolerance, we applied functional magnetic resonance imaging (fMRI) during an orthostatic challenge before and after head-down tilt bedrest. Methods 48 healthy individuals (21 women; 34 ± 8 years; 23.5 ± 2.6 kg/m2) underwent 30 days of strict headdown tilt bedrest. They were assigned to one of four intervention groups: lower body negative pressure (LBNP) (6 h/d; n = 13), sitting (6 h/d; n = 11), supine cycling (1 h/d) followed by venous thigh occlusion (6 h/d; n = 12), and a negative control (n = 12). All underwent orthostatic tolerance testing through combined head-up tilt and LBNP. At baseline, at day 28 of bedrest, and four days into recovery, we acquired fMRI measurements using a 3 T scanner during three different LBNP conditions (without pressure, -10 mmHg, -30 mmHg). We determined changes in functional connectivity by applying independent component analysis followed by a dual regression using an F-test and post-hoc two-sample t-tests. Results In all groups, orthostatic tolerance substantially decreased albeit to various degrees. After 28 days of bed rest, mainly five hypothalamic nuclei showed functional connectivity changes: the lateral and anterior hypothalamic areas, the ventromedial and the medial preoptic nuclei, and the mamillary bodies. The visual cortex also showed functional connectivity changes with the hypothalamus. The connectivity change between the medial preoptic nucleus and the ventromedial hypothalamic nucleus and the anterior hypothalamic area correlated negatively with the change in time to presyncope (R2 = 0.20; p = 0.02610). Conclusion In addition to cardiovascular deconditioning and plasma volume changes, head-down tilt bedrest elicits neuroplasticity in cardiovascular control centers of the brain. The mechanism may contribute to orthostatic intolerance in real or simulated weightlessness.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217840/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Functional brain connectivity changes in head-down tilt bedrest-induced orthostatic intolerance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Manuel, JorgeJorge.ManuelSanchez (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1983-1448NICHT SPEZIFIZIERT
Hoff, AlexAlex.Hoff (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bach, AnjaAnja.Bach (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mulder, EdwinEdwin.Mulder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1200-5792NICHT SPEZIFIZIERT
Jordan, JensJens.Jordan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4518-0706NICHT SPEZIFIZIERT
Tank, JensJens.Tank (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5672-1187NICHT SPEZIFIZIERT
Gerlach, Darius A.Darius.Gerlach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7044-6065NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 Oktober 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:fMRI; head-down tilt bedrest; hypothalamus; brainstem; orthostatic tholerance
Veranstaltungstitel:63. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtmedizin DGLRM
Veranstaltungsort:Cologne, Germany
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 Oktober 2025
Veranstaltungsende:18 Oktober 2025
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 > Kardiovaskuläre Luft- und Raumfahrtmedizin
Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Leitungsbereich ME
Hinterlegt von: Manuel, Jorge
Hinterlegt am:21 Okt 2025 11:27
Letzte Änderung:21 Okt 2025 11:27

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