[논문 정리] Cardiorespiratory Coupling: Common Rhythms in Cardiac, Sympathetic, and Respiratory Activities

Title: Cardiorespiratory Coupling: Common Rhythms in Cardiac, Sympathetic, and Respiratory Activities

Authors: Thomas E. Dick et al.
link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24746049/

 

Abstract

• 연구 배경: Cardiorespiratory Coupling, CRC을 중심으로 호흡, 심박수, 혈압 간의 상호작용을 분석한다. 심혈관계가 호흡 패턴에 미치는 영향과 그 기전이 아직 명확하지 않기에 이 연구는 이를 규명하려고 한다.
• 연구 목적: 간헐적 및 지속적 저산소 자극이 CRC에 미치는 차별적 영향을 분석하며, 이러한 자극이 자율신경계와 호흡 패턴에 어떻게 영향을 미치는지 설명.
• Known:
  • Respiratory Sinus Arrhythmia (RSA) 호흡성 부정맥으로 인해 inhale시 심박수가 빨라지며, exhale시 심박수가 느려짐. 이는 자율신경계가 심혈관 및 호흡에 미치는 영향이랑 관련 존재. 
  • Intermittent hypoxia는 sympatho-respiratory 결합을 강화시킴 -> variablity 감소. 
  • Constant hypoxia는 sympatho-respiratory 결합을 약화시킴 -> variablity 상승. 
    • ex) 지속적인 저산소증 자극을 받은 쥐에서의 baro-receptor 제거 -> sympathetic nerves neuron 지속, 호흡 안정

• UnKnown: 
  • 심혈관계가 호흡에 미치는 영향: 심혈관계, 특히 심장 박동과 동맥 맥압이 호흡 패턴에 어떤 영향을 미치는지에 대한 구체적인 기전은 아직 명확하지 않음.
    • 가설: 바로수용체를 통해 심혈관계가 호흡을 조절할 수 있다, 이 부분은 더 많은 연구가 필요
  • CRC의 생리적 목적: CRC가 가스 교환 효율성을 높이는 데 있어 중요한 역할을 하는지에 대해서는 아직 명확한 결론 X. 이 연구에서는 CRC가 가스 교환보다는 변동성을 유지하는 데 더 중요한 역할을 할 수 있다고 제안.
    

Introduction

• CRC의 정의: CRC는 호흡이 심박수와 혈압에 미치는 영향을 나타내며, 반대로 심혈관계도 호흡 패턴에 영향을 미친다. 이러한 상호작용은 자율신경계와 호흡 시스템 간의 복잡한 신경적 연계를 반영한다.
• 호흡이 심혈관계에 미치는 영향: 호흡은 자율신경계 활동을 조절하며 심박수와 혈압 변동에 영향을 준다. 특히, 호흡성 부정맥(Respiratory Sinus Arrhythmia, RSA)이 이를 잘 설명한다.
  • 기전: 호흡이 심장 박동과 혈압에 미치는 영향은 오래전부터 잘 알려져 있었고, 이는 호흡성 부정맥(Respiratory Sinus Arrhythmia, RSA)과 Traube-Hering 파동으로 나타남
  • 가스 교환 효율성: CRC가 가스 교환 효율성에 미치는 영향은 미미한 것으로 보이며, 가스 교환을 최적화하는 역할보다는 호흡 패턴의 변동성을 유지하는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 알려짐.
• 심혈관계가 호흡에 미치는 영향: 반대로, 심혈관계가 호흡 패턴에 미치는 영향은 최근에야 더 명확하게 연구되고 있다. 심박수 및 혈압 변동이 호흡의 타이밍에 영향을 주며, 이러한 상호작용을 설명하기 위해 여러 기전이 제안되었다.

Methodology

• 저산소 자극 모델: 연구에서는 간헐적 저산소 자극과 지속적 저산소 자극을 사용하여 실험을 진행했다. 간헐적 저산소 자극은 45초간 8% 산소 농도를 제공하고, 그 후 5분간 정상 산소를 제공하는 방식으로 진행되었고, 지속적 저산소 자극은 0.5기압에서 14일 동안 유지되었다.
• 신경 활동 기록: 실험에서 쥐의 교감신경 활동(sSNA)과 횡격막 신경 활동(PNA)을 기록하여 호흡과 심박수 간의 상호작용을 분석했다. 다양한 저산소 조건에서 신경 활동이 어떻게 변하는지를 관찰했다.

Results

• 간헐적 저산소 자극: 간헐적 저산소 자극을 받은 쥐들은 sSNA와 PNA 간의 높은 결합을 보였으며, 이로 인해 심혈관 및 호흡 패턴의 변동성이 줄어들었다. 이러한 결합은 호흡 주기와 심박수 사이의 상관관계가 강화되는 결과로 나타났다.
• 지속적 저산소 자극: 지속적 저산소 자극을 받은 쥐들은 sSNA와 PNA 간의 결합이 약해졌으며, 호흡 패턴의 변동성이 증가했다. 결합 패턴이 불규칙해지면서 심박수와 호흡 간의 일관된 상호작용이 사라졌다.

Conclusion

• CRC의 중요성: 본 연구는 간헐적 및 지속적 저산소 자극이 CRC에 미치는 차이를 명확히 보여준다. 간헐적 저산소 자극은 심혈관계와 호흡 간의 결합을 강화하여 패턴의 안정성을 높였으나, 지속적 저산소 자극은 결합 패턴을 불안정하게 만들었다.
• 임상적 의의: CRC는 심혈관계와 호흡의 동시 조절을 반영하며, 심혈관 질환 및 호흡 문제에 대한 잠재적인 바이오마커로 활용될 수 있다