Ademhaling sleutel tot zuurstofverhoging in de hersenen
Een toereikende zuurstoftoevoer is van cruciaal belang voor een goede hersenfunctie, en een tekort aan zuurstof in het weefsel is een comorbiditeit bij menselijke ziekten en veroudering. Om die reden is er veel belangstelling voor het bestuderen van de dynamiek van de cerebrale zuurstoftoevoer.
Er is echter een lacune in ons begrip van hoe gedrag, zoals natuurlijke oefeningen zoals motoriek, de cerebrale zuurstoftoevoer beïnvloedt. Hoe de cerebrale zuurstofdynamiek in het zich gedragende dier wordt geregeld, blijft echter onduidelijk.
Een nieuwe studie door een internationaal team van wetenschappers suggereert dat, in tegenstelling tot wat algemeen wordt aangenomen, bloed meer zuurstof naar muizenhersenen kan brengen wanneer ze oefenen, omdat de verhoogde ademhaling meer zuurstof in de hemoglobine inpakt.
De enige manier om meer zuurstof naar de hersenen te krijgen, zou zijn om meer bloed naar de hersenen te krijgen door de bloedstroom te verhogen. Wetenschappers wilden graag weten hoe de zuurstofniveaus in de hersenen werden beïnvloed door natuurlijk gedrag, met name lichaamsbeweging.
Het ademhalingspatroon verandert tijdens cognitieve taken. Ademhalingsfase sluit aan op de taak bij de hand. In de hersenen gaat een toename van de neurale activiteit gewoonlijk gepaard met een toename van de bloedstroom.
Hoewel wat er in het lichaam gebeurt, blijft onbekend. Daarom gebruikten wetenschappers muizen die konden kiezen om te lopen of te rennen op een loopband en controleerden hun ademhaling, neurale activiteit, bloedstroom en hersenoxygenatie.
Qing Guang Zhang, een postdoctorale fellow in ingenieurswetenschappen en werktuigbouwkunde, zei: “We voorspelden dat de hersenoxygenatie zou afhangen van neurale activiteit en bloedstroom. We verwachtten dat de zuurstofvoorziening in de frontale cortex van de hersenen zou dalen als de bloedstroom afnam.”
“Dat was wat we dachten dat zou gebeuren, maar toen realiseerden we ons dat het de ademhaling was die de zuurstofvoorziening op peil hield.”
“De enige manier waarop dat zou kunnen gebeuren zou zijn als oefening ervoor zorgde dat het bloed meer zuurstof vervoerde, wat zou betekenen dat het bloed normaal gesproken niet volledig verzadigd was met zuurstof.”
Wetenschappers observeerden de oxygenatie in de somatosensorische cortex, de frontale cortex, en de reukbol, omdat dit de meest toegankelijke gebieden van de hersenen zijn. Verschillende technieken werden gebruikt om de ademhaling, de bloedstroom en de oxygenatie te volgen.
Wetenschappers merkten op: “De oxygenatie hield aan wanneer neurale activiteit en functionele hyperemie (bloedstroomstijgingen) werden geblokkeerd, kwam zowel voor in het weefsel als in de slagaders die de hersenen voeden, en was nauw gecorreleerd met de ademhalingssnelheid en de fase van de ademhalingscyclus.”
De studie is gepubliceerd in Nature Communications.