Risposte endocrine, infiammatorie e immunitarie e differenze individuali nell'ipossia ipobarica acuta nelle pianure

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12659 (2023) Citare questo articolo

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Quando gli abitanti delle pianure sono esposti ad ambienti che inducono ipossia ipobarica (HH) come le alte montagne, si verificano cambiamenti emodinamici per mantenere i livelli di ossigeno nel corpo. Tuttavia, i cambiamenti in altre funzioni fisiologiche in tali condizioni devono ancora essere chiariti. Questo studio ha studiato i cambiamenti nei parametri endocrini, infiammatori e immunitari e le differenze individuali durante l’esposizione acuta all’HH utilizzando una camera climatica (75 minuti di esposizione a condizioni che imitano i 3500 m) in abitanti sani delle pianure. L'aldosterone e il cortisolo erano significativamente diminuiti e la conta dell'interleuchina (IL)-6, IL-8 e dei globuli bianchi (WBC) era significativamente aumentata dopo l'HH. Una minore saturazione periferica di ossigeno (SpO2) era associata a conte più elevate di IL-6 e globuli bianchi, e una maggiore IL-8 era associata a cortisolo più elevato. Questi risultati suggeriscono che le risposte endocrine, infiammatorie e immunitarie vengono evocate anche con una breve esposizione di 75 minuti a HH e gli individui con SpO2 inferiore sembrano mostrare risposte più pronunciate. I nostri risultati forniscono dati di base per comprendere le risposte fisiologiche e le interazioni dei sistemi omeostatici durante l'HH acuto.

Negli ambienti ad alta quota, la diminuzione della pressione barometrica e la conseguente caduta della pressione parziale dell'ossigeno negli alveoli evocano una condizione denominata “ipossia ipobarica” (HH). È noto che le popolazioni tibetane e andine mostrano un adattamento all'ambiente di alta quota e sono state identificate differenze etniche in questi adattamenti1,2,3,4,5. Tipicamente, le popolazioni tibetane mostrano concentrazioni di emoglobina più basse e un flusso sanguigno elevato2,4,6, mentre le popolazioni andine mostrano concentrazioni di emoglobina più elevate e caratteristiche ventilatorie più elevate come il torace a botte2,7. Ciascun fenotipo contribuisce a mantenere i livelli di ossigeno al di sotto dell'HH. Al contrario, gli abitanti delle pianure esposti a HH acuto o subacuto mostrano diversi cambiamenti emodinamici (aumento della frequenza cardiaca, della ventilazione, della frequenza respiratoria, della gittata cardiaca e della concentrazione di emoglobina) per mantenere i livelli di ossigeno8,9,10. Tuttavia, altre risposte fisiologiche all’HH rimangono poco comprese.

Tra gli abitanti delle pianure, il mal di montagna acuto (AMS) si manifesta spesso ad altitudini superiori a 3000 m11,12 e la saturazione periferica di ossigeno (SpO2) è stata identificata come un fattore predittivo dell'AMS13,14,15. Tuttavia, nel corpo umano si verificano altri cambiamenti fisiologici. In particolare, l'HH porta a una forte natriuresi e diuresi attraverso la riduzione dell'aldosterone16,17, mentre l'AMS è spesso associata a ritenzione di liquidi17,18. Molti studi hanno anche riportato aumenti del cortisolo in risposta all'HH19,20,21, sebbene alcuni studi non abbiano riscontrato tali cambiamenti21,22,23. Le risposte dell'adrenalina e della noradrenalina nell'HH sono più controverse. La noradrenalina sembra aumentare con l'esposizione cronica all'HH23,24, ma con un'esposizione inferiore a circa 1 settimana non si osservano cambiamenti in nessuno dei due casi24. Inoltre, è noto che l'ipossia e le risposte infiammatorie sono correlate a livello molecolare, cellulare e clinico25,26,27,28 e le citochine infiammatorie come l'interleuchina (IL)-6, IL-1β e il fattore di necrosi tumorale (TNF) -aumento α durante HH8,29,30. Parallelamente, alcuni studi hanno riportato aumenti della conta dei globuli bianchi (WBC) durante l'HH31,32. Tali risultati suggeriscono che non solo l’emodinamica, ma anche le risposte endocrine, infiammatorie e immunitarie interagiscono durante l’HH per mantenere l’omeostasi umana.

Molti studi hanno riportato dati importanti provenienti dalla ricerca sul campo, ma fattori come il freddo, il carico fisico, i carichi di esercizio e altri fattori ambientali durante l’alpinismo possono influenzare le risposte fisiologiche. Inoltre, si osservano differenze individuali nelle risposte fisiologiche all'HH, compreso il rischio di AMS9,11,28, ma tali differenze non sono state pienamente considerate negli studi precedenti. È noto che l'HH evoca varie risposte fisiologiche, non solo emodinamiche, ma anche endocrine, infiammatorie e immunitarie. La nostra ipotesi era che gli individui che mostravano risposte più pronunciate a tali valori avrebbero mostrato una SpO2 più bassa durante l’esposizione all’HH, riflettendo una minore ossigenazione del sangue nel corpo. Questo studio mirava quindi a indagare le risposte endocrine, infiammatorie e immunitarie e le differenze individuali durante l'HH acuto in abitanti sani delle pianure utilizzando la camera climatica per ridurre il più possibile i fattori confondenti (Fig. 1), per comprendere meglio gli effetti di base dell'HH sull'uomo corpo e interazioni con i sistemi omeostatici umani.