Auswirkungen der normobaren Hyperoxie auf ausgewählte Funktionsparameter des autonomen Nervensystems, des Herz-Kreislauf-Systems und der kognitiven Funktionen bei gesunden Probanden
Molekularer Sauerstoff O2 ist an der Energieproduktion durch mitochondriale Atmung beteiligt. Die Erhöhung des Partialdrucks pO2 in der eingeatmeten Luft ist eine potenziell wirksame therapeutische Option, unter anderem bei bestimmten neurologischen Erkrankungen und zur Leistungssteigerung bei Amateur- und Profisportlern. In experimentellen Studien kann die normobare Hyperoxie bei der Behandlung von Patienten mit akutem ischämischem Schlaganfall das Absterben von Gewebe aufgrund von Ischämie verhindern und die Folgen teilweise vermeiden lassen. Die normobare Hyperoxie verbessert die zerebrale Durchblutung und die Sauerstoffversorgung und schafft so günstige Bedingungen, um die negativen Auswirkungen neurodegenerativer Erkrankungen zu verringern. Die Annahmen über die therapeutischen Wirkungen der normobaren Hyperoxie sind teilweise mit der hyperbaren Sauerstofftherapie verwandt; der klinische Aspekt der Hyperbarie ist jedoch deutlich anders. Die hyperbare Sauerstofftherapie wird seit fast einem Jahrhundert zur Behandlung eines breiten Spektrums schwerer, oft lebensbedrohlicher Erkrankungen eingesetzt, in der Regel auf der Intensivstation oder in personalisierten Therapieprogrammen.
Die hyperbare Sauerstofftherapie (HBOT) besteht aus der Inhalation einer erhöhten Menge an Sauerstoff in einer Hyperbarkammer unter erhöhtem Druck, der den absoluten Druck der Atmosphäre, definiert als 1 physikalische Atmosphäre (1 ATA), übersteigt. Der Druckbereich, der bei der HBOT verwendet wird, bewegt sich normalerweise zwischen 1,5 ATA und 3 ATA, während die Therapiedauer zwischen 30 und 120 Minuten liegt. Das Einatmen von Sauerstoff bei 3 ATA erhöht den Sauerstoffpartialdruck im Blut auf >200 kPa, wodurch die arterielle Blutsauerstoffkonzentration von 6,6 auf 6,8 mL 6,6 auf 6,8 ml (O2/100 mL) ansteigt. Unter normalen Bedingungen wird der Sauerstoff im Blut transportiert, wobei der größte Teil an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebunden ist. Entscheidend für die HBOT ist, dass bei einem Druckanstieg auf 3 ATA die mit dem Blut abgegebene O2 um das 10- bis 15-fache über dem Normalwert liegt. Dieser Mechanismus ist besonders wichtig bei einer Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid)-Vergiftung. Kohlenmonoxid bindet sich 250 Mal leichter an Hämoglobin als Sauerstoff und behindert somit den Sauerstofftransport durch Hämoglobin. Bei einer Kohlenmonoxidvergiftung kann die Anwendung von HBOT ausreichen, um das Leben zu erhalten, selbst wenn kein Hämoglobin vorhanden ist. Zu den Nebenwirkungen der hyperbaren Sauerstoffbehandlung (HBOT) gehören jedoch in seltenen Fällen Sauerstofftoxizität, Lungenödeme und, was noch häufiger vorkommt, hyperoxische Myopie. Darüber hinaus leiden viele Patienten unter Klaustrophobie in der Kammer, die durch eine Vergrößerung der inneren Oberfläche der Kammer minimiert werden kann.
EKONSTAL Ltd. hat eine Kammer entwickelt, die sich in ihren Merkmalen von den Standardkammern unterscheidet, die im Rahmen der in der medizinischen Welt unter dem Akronym HBOT bekannten Therapie verwendet werden. Obwohl der Druck in der Kammer mit 1.500 hPa über den Bedingungen auf Meereshöhe (1013,25 hPa) liegt, haben die Konstrukteure daher beschlossen, ihr Produkt als normobare Kammer zu bezeichnen. In der normobaren Kammer erfolgt die Exposition bei einem modifizierten Druck von drei Gasen mit den folgenden Parametern: 41 pO2 [kPa], 0,55 pH2 [kPa], 2,1 pCO2 [kPa]. Die Analyse der verfügbaren Literaturdaten lässt die Hypothese zu, dass solche Atemgasparameter bei völlig sicheren Expositionsbedingungen positive und erwartete therapeutische Wirkungen haben.
Darüber hinaus kann die Exposition in der normobaren Kammer von EKONSTAL spółka z.o.o. dank ihrer größeren inneren Oberfläche ein geringeres Risiko mit sich bringen, ein Gefühl der Klaustrophobie auszulösen, was besonders wichtig erscheint.
Der therapeutische Einsatz von normobarer Hyperoxie war Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen und ist nach wie vor ein Forschungsfeld für etablierte Forschungsteams. Zu den vielen positiven Auswirkungen der normobaren Hyperoxie gehören:
- Verbesserung der vaskulären endothelialen Funktion,
- Reduzierung der Schwellung des diabetischen Auges,
- Verringerung von Lymphödemen,
- Verbesserung der Angiogenese,
- Verbesserung der kognitiven Funktionen,
- Verringerung der negativen Auswirkungen von Hypoxie auf das Nervengewebe,
- Verringerung der Schwere von Entzündungsprozessen,
- Verbesserung der Gewebetrophik,
- Stimulierende Wirkung auf die Hautzellen, insbesondere auf die Fibroblasten, wodurch die Elastizität verbessert wird,
- Verlangsamung der negativen Auswirkungen neurodegenerativer Erkrankungen.
Das Ziel des von unserem Forschungsteam durchgeführten Projekts war es, die Wirksamkeit eines Programms zu testen, das aus einer Serie von 10 Expositionen in einer normobaren Kammer von EKONSTAL spółka z.o.o. besteht. Das Programm lief vierzehn Tage lang, wobei jede Exposition zwei Stunden dauerte. Es wurden die Auswirkungen der Intervention auf die kognitiven, biochemischen (oxidative Stressparameter und Neurotrophinspiegel) und kardiovaskulären Funktionsparameter, vor allem im Hinblick auf die autonome Regulation, bewertet. […]
Das wichtigste Ergebnis dieser Studie ist, dass 10 Expositionen in einer normobaren Kammer bei 1500 hPa, mit modifizierten Gaskonzentrationen wie folgt (41 pO2 [kPa], 0,55 pH2 [kPa], 2,1 pCO2 [kPa]), einen positiven Effekt auf die Geschwindigkeit der visuellen Informationsverarbeitung und die Fähigkeit, zwischen Zielen zu wechseln, das auditiv-verbale Kurzzeitgedächtnis hat. Darüber hinaus wurden eine erhöhte Neurotrophin-Expression und eine verbesserte Empfindlichkeit des arteriellen Barorezeptorreflexes festgestellt. Veränderungen des sympathisch-parasympathischen Gleichgewichts und der arteriellen Blutdruckregulation wurden auch als Reaktion auf den aktiven Stehtest beobachtet, was auf eine verbesserte Kontrolle der orthostatischen Reaktionen hindeutet. Die beobachtete Verbesserung der orthostatischen Reaktion ist in Bezug auf die kurzfristige autonome Regulation äußerst wichtig. Eine Reihe von Studien deutet darauf hin, dass Verbesserungen in der autonomen Regulation ein Marker für allgemeine Verbesserungen in der Reaktivität des Nervensystems auf seinen verschiedenen Ebenen, einschließlich der kognitiven Funktion, sein können. […]
Die Exposition in der normobaren Kammer modulierte auch den oxidativen Stress, was durch signifikante Veränderungen der biochemischen Parameter: MDA und SOD belegt wurde. Eine Verringerung der MDA-Werte und ein Anstieg der SOD-Werte kann als positive Auswirkung auf die Fähigkeit der Interventionsteilnehmer angesehen werden, mit oxidativem Stress umzugehen. Wichtig ist, dass der in der oben genannten Studie beobachtete Anstieg der SOD eine Reaktion auf den erhöhten oxidativen Stress sein könnte, der mit sauerstoffinduzierten reaktiven Sauerstoffspezies einhergeht. Besonders erwähnenswert sind die erhöhten Werte des CC16-Proteins, ein Indikator für oxidativen Stress und Umbau des Lungengewebes. […]
Bei der Planung einer Exposition gegenüber normobarer Hyperoxie müssen eine Reihe von Kontraindikationen und Einschränkungen dieser Art von Exposition berücksichtigt werden. Bislang wurden keine nennenswerten Nebenwirkungen dieser Therapieform festgestellt, was für ihre Sicherheit spricht, aber das entbindet nicht davon, alle Vorsichtsmaßnahmen zu treffen.
Leiter der Abteilung für Trainingsphysiologie und Funktionelle Anatomie CM UMK
Prof. Dr. hab. Paweł Zalewski
