Effect of hypoxia on cerebral blood flow regulation during rest and exercise : role of cerebral oxygen delivery on performance

Adequate supply of oxygen to the brain is critical for maintaining normal brain function. Severe hypoxia, such as that experienced during high altitude ascent, presents a unique challenge to brain oxygen (O2) supply. During high-intensity exercise, hyperventilation-induced hypocapnia leads to cerebral vasoconstriction, followed by reductions in cerebral blood flow (CBF), oxygen delivery (DO2), and tissue oxygenation. This reduced O2 supply to the brain could potentially account for the reduced performance typically observed during exercise in severe hypoxic conditions. The aims of this thesis were to document the effect of acute and chronic exposure to hypoxia on CBF control, and to determine the role of cerebral DO2 and tissue oxygenation in limiting performance during exercise in severe hypoxia. We assessed CBF, arterial O2 content (CaO2), haemoglobin concentration ([Hb]), partial pressure of arterial O2 (PaO2), cerebrovascular CO2 reactivity, ventilatory response to CO2, cerebral autoregulation (CA), and estimated cerebral DO2 (CBF ⨉ CaO2) at sea level (SL), upon ascent to 5,260 m (ALT1), and following 16 days of acclimatisation to 5,260 m (ALT16). We found an increase in CBF despite an elevated cerebrovascular CO2 reactivity at ALT1, which coincided with a reduced CA. Meanwhile, PaO2 was greatly decreased despite increased ventilatory drive at ALT1, resulting in a concomitant decrease in CaO2. At ALT16, CBF decreased towards SL values, while cerebrovascular CO2 reactivity and ventilatory drive were further elevated. Acclimatisation increased PaO2, [Hb], and therefore CaO2 at ALT16, but these changes did not improve CA compared to ALT1. No differences were observed in cerebral DO2 across SL, ALT1, and ALT16. Our findings demonstrate that cerebral DO2 is maintained during both acute and chronic exposure to 5,260 m, due to the reciprocal changes in CBF and CaO2. We measured middle cerebral artery velocity (MCAv: index of CBF), cerebral DO2, ventilation (VE), and performance during incremental cycling to exhaustion and 15km time trial cycling in both normoxia and severe hypoxia (11% O2, normobaric), with and without added CO2 to the inspirate (CO2 breathing). We found MCAv was higher during exercise in severe hypoxia compared in normoxia, while cerebral tissue oxygenation and DO2 were reduced. CO2 breathing was effective in preventing the development of hyperventilation-induced hypocapnia during intense exercise in both normoxia and hypoxia. As a result, we were able to increase both MCAv and cerebral DO2 during exercise in hypoxia with our CO2 breathing setup. However, we concomitantly increased VE and PaO2 (and presumably respiratory work) due to the increased hypercapnic stimuli with CO2 breathing, which subsequently contributed to the cerebral DO2 increase during hypoxic exercise. While we effectively restored cerebral DO2 during exercise in hypoxia to normoxic values with CO2 breathing, we did not observe any improvement in cerebral tissue oxygenation or exercise performance. Accordingly, our findings do not support the role of reduced cerebral DO2 in limiting exercise performance in severe hypoxia. -- Un apport adéquat en oxygène au niveau du cerveau est primordial pour le maintien des fonctions cérébrales normales. L'hypoxie sévère, telle qu'expérimentée au cours d'ascensions en haute altitude, présente un défi unique pour l'apport cérébral en oxygène (O2). Lors d'exercices à haute intensité, l'hypocapnie induite par l'hyperventilation entraîne une vasoconstriction cérébrale suivie par une réduction du flux sanguin cérébral (CBF), de l'apport en oxygène (DO2), ainsi que de l'oxygénation tissulaire. Cette réduction de l'apport en O2 au cerveau pourrait potentiellement être responsable de la diminution de performance observée au cours d'exercices en condition d'hypoxie sévère. Les buts de cette thèse étaient de documenter l'effet de l'exposition aiguë et chronique à l'hypoxie sur le contrôle du CBF, ainsi que de déterminer le rôle du DO2 cérébral et de l'oxygénation tissulaire comme facteurs limitant la performance lors d'exercices en hypoxie sévère. Nous avons mesuré CBF, le contenu artériel en oxygène (CaO2), la concentration en hémoglobine ([Hb]), la pression partielle artérielle en O2 (PaO2), la réactivité cérébrovasculaire au CO2, la réponse ventilatoire au CO2, et l'autorégulation cérébrale sanguine (CA), et estimé DO2 cérébral (CBF x CaO2), au niveau de la mer (SL), au premier jour à 5.260 m (ALT1) et après seize jours d'acclimatation à 5.260 m (ALT16). Nous avons trouvé des augmentations du CBF et de la réactivité cérébrovasculaire au CO2 après une ascension à 5.260 m. Ces augmentations coïncidaient avec une réduction de l'autorégulation cérébrale. Simultanément, la PaO2 était grandement réduite, malgré l'augmentation de la ventilation (VE), résultant en une diminution de la CaO2. Après seize jours d'acclimatation à 5.260 m, le CBF revenait autour des valeurs observées au niveau de la mer, alors que la réactivité cérébrovasculaire au CO2 et la VE augmentaient par rapport à ALT1. L'acclimatation augmentait la PaO2, la concentration en hémoglobine, et donc la CaO2, mais n'améliorait pas l'autorégulation cérébrale, comparé à ALT1. Aucune différence n'était observée au niveau du DO2 cérébral entre SL, ALT1 et ALT16. Nos résultats montrent que le DO2 cérébral est maintenu constant lors d'expositions aiguë et chronique à 5.260m, ce qui s'explique par la réciprocité des variations du CBF et de la CaO2. Nous avons mesuré la vitesse d'écoulement du sang dans l'artère cérébrale moyenne (MCAv : un indice du CBF), le DO2 cérébral, la VE et la performance lors d'exercice incrémentaux jusqu'à épuisement sur cycloergomètre, ainsi que des contre-la-montres de 15 km en normoxie et en hypoxie sévère (11% O2, normobarique) ; avec ajout ou non de CO2 dans le mélange gazeux inspiré. Nous avons trouvé que MCAv était plus haute pendant l'exercice hypoxique, comparé à la normoxie alors que le DO2 cérébral était réduit. L'ajout de CO2 dans le gaz inspiré était efficace pour prévenir l'hypocapnie induite par l'hyperventilation, qui se développe à l'exercice intense, à la fois en normoxie et en hypoxie. Nous avons pu augmenter MCAv et le DO2 cérébral pendant l'exercice hypoxique, grâce à l'ajout de CO2. Cependant, nous avons augmenté la VE et la PaO2 (et probablement le travail respiratoire) à cause de l'augmentation du stimulus hypercapnique. Alors que nous avons, grâce à l'ajout de CO2, efficacement restauré le DO2 cérébral au cours de l'exercice en hypoxie à des valeurs obtenues en normoxie, nous n'avons observé aucune amélioration dans l'oxygénation du tissu cérébral ou de la performance. En conséquence, nos résultats ne soutiennent pas le rôle d'un DO2 cérébral réduit comme facteur limitant de la performance en hypoxie sévère.

Sobrecarga dos cuidadores de idosos com acidente vascular cerebral

O objetivo deste estudo foi avaliar a sobrecarga dos cuidadores de idosos com acidente vascular cerebral (AVC), assim como correlacioná-la com as horas de cuidado, a idade e a independência funcional dos idosos. Trata-se de estudo transversal feito com 62 idosos com AVC e seus cuidadores. O instrumento continha variáveis sociodemográficas e econômicas, Mini-Exame do Estado Mental, Medida da Independência Funcional (MIF) e a Escala de Zarit. A possível correlação entre os escores da escala de Zarit e as outras variáveis foi avaliada por meio do Coeficiente de Correlação de Pearson. A maioria dos cuidadores era adultos, filhos, casados e do sexo feminino. A média do escore de Zarit foi 34,92 (15,8). A MIF apresentou correlação negativa com a sobrecarga do cuidador, porém, não houve correlação com a idade e as horas de cuidado. A sobrecarga da maioria dos cuidadores variou de moderada a severa e parece estar relacionada ao nível de independência funcional dos idosos.

Clinical relevance of cerebral autoregulation following subarachnoid haemorrhage.

Subarachnoid haemorrhage (SAH) is a form of stroke that is associated with substantial morbidity, often as a result of cerebral ischaemia that occurs in the following days. These delayed deficits in blood flow have been traditionally attributed to cerebral vasospasm (the narrowing of large arteries), which can lead to cerebral infarction and poor neurological outcome. Data from recent studies, however, show that treatment of vasospasm in patients with SAH, using targeted medication, does not translate to better neurological outcomes, and argue against vasospasm being the sole cause of the delayed ischaemic complications. Cerebral autoregulation-a mechanism that maintains stability of cerebral blood flow in response to changes in cerebral perfusion pressure-has been reported to fail after SAH, often before vasospasm becomes apparent. Failure of autoregulation, therefore, has been implicated in development of delayed cerebral ischaemia. In this Review, we summarize current knowledge about the clinical effect of disturbed cerebral autoregulation following aneurysmal SAH, with emphasis on development of delayed cerebral ischaemia and clinical outcome, and provide a critical assessment of studies of cerebral autoregulation in SAH with respect to the method of blood-flow measurement. Better understanding of cerebral autoregulation following SAH could reveal mechanisms of blood-flow regulation that could be therapeutically targeted to improve patient outcome.

Cerebral extracellular lactate increase is predominantly non ischemic in patients with severe traumatic brain injury

Le cerveau est l'organe avec les besoins en énergie les plus élevés du corps humain, et le glucose est un substrat énergétique cérébral essentiel. Ces dernières décennies, la compréhension de la neuroénergétique a beaucoup évolué et un rôle du lactate comme substrat énergétique important a été mis en évidence, notamment suite à l'introduction du modèle de l'ANLS (astrocyte-neuron lactate shuttle). Selon celui-ci, les astrocytes convertissent le glucose en lactate par réaction de glycolyse, puis il est transporté jusqu'aux neurones qui l'utilisent comme source d'énergie à travers le cycle de Krebs. Chez l'homme, divers travaux récents ont montré que le lactate peut servir de « carburant » cérébral chez le sujet sain, après effort intense ou chez le patient diabétique. La régulation métabolique et le rôle du lactate après lésion cérébrale aiguë sont encore peu connus. Présentation de l'article Le but de ce travail a été d'étudier le métabolisme cérébral du lactate chez les patients atteints de traumatisme crânien (TCC) sévère. Nous avons émis l'hypothèse que l'augmentation du lactate cérébral chez ces patients n'était pas associée de manière prédominante à une hypoxie ou une ischémie mais plutôt à une glycolyse aérobie, et également à une perfusion cérébrale normale. L'étude a porté sur une cohorte prospective de 24 patients avec TCC sévère admis au service de médecine intensive du CHUV (centre hospitalier universitaire vaudois), monitorés par un système combinant microdialyse cérébrale (outil permettant de mesurer divers métabolites cérébraux, tels que le lactate, le pyruvate et le glucose), mesure de la pression cérébrale en oxygène et de la pression intracrânienne. Cet outil nous a permis de déterminer si l'élévation du lactate était principalement associée à une glycolyse active ou plutôt à une hypoxie. L'utilisation du CTde perfusion a permis d'évaluer la relation entre les deux patterns d'élévation du lactate (glycolytique ou hypoxique) et la perfusion cérébrale globale. Nos résultats ont montré que l'augmentation du lactate cérébral chez les patients avec TCC sévère était associée de manière prédominante à une glycolyse aérobie plutôt qu'à une hypoxie/ischémie. D'autre part, nous avons pu confirmer que les épisodes de lactate glycolytique étaient toujours associés à une perfusion cérébrale normale ou augmentée, alors que les épisodes de lactate hypoxique étaient associés à une hypoperfusion cérébrale. Conclusions et perspectives Nos résultats, qui ont permis de mieux comprendre le métabolisme cérébral du lactate chez les patients avec TCC sévère, soutiennent le concept que le lactate est produit dans des conditions aérobes et pourrait donc être utilisé comme source d'énergie par le cerveau lésé pour subvenir à des besoins augmentas. Etant donné que la dysfonction énergétique est une des probables causes de perte neuronale après traumatisme crânien, ces résultats ouvrent des perspectives thérapeutiques nouvelles après agression cérébrale chez l'homme, visant à tester un potentiel effet neuroprotecteur via l'administration de lactate exogène.

A neuropsychological instrument measuring age-related cerebral decline in older drivers: development, reliability, and validity of MedDrive.

When facing age-related cerebral decline, older adults are unequally affected by cognitive impairment without us knowing why. To explore underlying mechanisms and find possible solutions to maintain life-space mobility, there is a need for a standardized behavioral test that relates to behaviors in natural environments. The aim of the project described in this paper was therefore to provide a free, reliable, transparent, computer-based instrument capable of detecting age-related changes on visual processing and cortical functions for the purposes of research into human behavior in computational transportation science. After obtaining content validity, exploring psychometric properties of the developed tasks, we derived (Study 1) the scoring method for measuring cerebral decline on 106 older drivers aged ≥70 years attending a driving refresher course organized by the Swiss Automobile Association to test the instrument's validity against on-road driving performance (106 older drivers). We then validated the derived method on a new sample of 182 drivers (Study 2). We then measured the instrument's reliability having 17 healthy, young volunteers repeat all tests included in the instrument five times (Study 3) and explored the instrument's psychophysical underlying functions on 47 older drivers (Study 4). Finally, we tested the instrument's responsiveness to alcohol and effects on performance on a driving simulator in a randomized, double-blinded, placebo, crossover, dose-response, validation trial including 20 healthy, young volunteers (Study 5). The developed instrument revealed good psychometric properties related to processing speed. It was reliable (ICC = 0.853) and showed reasonable association to driving performance (R (2) = 0.053), and responded to blood alcohol concentrations of 0.5 g/L (p = 0.008). Our results suggest that MedDrive is capable of detecting age-related changes that affect processing speed. These changes nevertheless do not necessarily affect driving behavior.

Paralisia cerebral tetraplégica e constipação intestinal: avaliação da reeducação intestinal com uso de massagens e dieta laxante

A constipação intestinal afeta 74% dos indivíduos com paralisia cerebral. O objetivo deste estudo foi avaliar resultados das intervenções de enfermagem no tratamento da constipação intestinal associada à paralisia cerebral. Trata-se de um estudo quantitativo, prospectivo e comparativo (antes-depois). A amostra foi composta por 50 pacientes com paralisia cerebral tetraplégica e constipação intestinal. As principais orientações conservadoras foram: consumo diário de alimentos laxantes e óleos vegetais, aumento da ingestão hídrica e execução de manobras intestinais diárias. Houve alívio total ou parcial da constipação em 90% dos participantes, com melhora de aspectos da qualidade de vida, como sono, apetite e irritabilidade, além de diminuição significativa de sangramento retal, fissura anal, retenção voluntária de fezes, choro e dor ao evacuar. Apenas 10% necessitaram de medicações laxantes. Recomenda-se que medidas conservadoras sejam preferencialmente utilizadas para o tratamento da constipação intestinal associada à paralisia cerebral e que medicamentos sejam apenas adjuvantes, quando necessário.

Mapping the structural core of human cerebral cortex.

Structurally segregated and functionally specialized regions of the human cerebral cortex are interconnected by a dense network of cortico-cortical axonal pathways. By using diffusion spectrum imaging, we noninvasively mapped these pathways within and across cortical hemispheres in individual human participants. An analysis of the resulting large-scale structural brain networks reveals a structural core within posterior medial and parietal cerebral cortex, as well as several distinct temporal and frontal modules. Brain regions within the structural core share high degree, strength, and betweenness centrality, and they constitute connector hubs that link all major structural modules. The structural core contains brain regions that form the posterior components of the human default network. Looking both within and outside of core regions, we observed a substantial correspondence between structural connectivity and resting-state functional connectivity measured in the same participants. The spatial and topological centrality of the core within cortex suggests an important role in functional integration.

Detecció automàtica de punts facials característics mitjançant un algoritme inspirat en el còrtex cerebral

En aquest article presentem l'aplicació d'un algoritme inspirat en el còrtex cerebral anomenat HMAX com a part central d'un procés de detecció automàtica de punts facials característics en imatges.

Ictal cerebral positron emission tomography (PET) in focal status epilepticus.

The diagnosis of focal status epilepticus (SE) can be challenging, particularly when clinical manifestations leave doubts about its nature, and electroencephalography (EEG) is not conclusive. This work addresses the utility of ictal (18)F-fluorodeoxyglucose ((18)F-FDG) positron emission tomography (PET) in focal SE, which was performed in eight patients in whom SE was finally diagnosed. Clinical, MRI and EEG data were reviewed. (18)F-FDG-PET proved useful: (1) to establish the diagnosis of focal SE, when clinical elements were equivocal or the EEG did not show clear-cut epileptiform abnormalities; (2) to delineate the epileptogenic area in view of possible resective surgery; and (3) when clinical features, MRI and EEG were incongruent regarding the origin of SE. We suggest that ictal (18)F-FDG-PET may represent a valuable diagnostic tool in selected patients with focal SE or frequent focal seizures.

Jeanne d'Arc : sa vie, son procès, sa mort / Narjo. [Jeanne Darc, poésie / signée Paul Thouzery]

Comprend : Jeanne Darc, poésie