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Erschienen in: European Journal of Applied Physiology 10/2020

03.08.2020 | Original Article

Hold your breath: peripheral and cerebral oxygenation during dry static apnea

verfasst von: Janne Bouten, Jan G. Bourgois, Jan Boone

Erschienen in: European Journal of Applied Physiology | Ausgabe 10/2020

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Abstract

Purpose

Acute breath-holding deprives the human body from oxygen. In an effort to protect the brain, the diving response is initiated, coupling several physiological responses. The aim of this study was to describe the physiological responses to apnea at the cardiac, peripheral and cerebral level.

Methods

31 physically active subjects (17 male, 14 female, 23.3 ± 1.8 years old) performed a maximal static breath-hold in a seated position. Heart rate (HR), muscle and cerebral oxygenation (by means of near-infrared spectroscopy, NIRS) were continuously measured. RM MANOVA’s were used to identify changes in HR, peripheral (mTOI) and cerebral (cTOI) tissue oxygenation and oxygenated (O2Hb) and deoxygenated (HHb) hemoglobin during apnea.

Results

Average apnea duration was 157 ± 41 s. HR started decreasing after 10 s (p < 0.001) and dropped on average by 27 ± 14 bpm from baseline (p < 0.001). mTOI started decreasing 10 s after apnea (p < 0.001) and fell by 8.6 ± 4.0% (p < 0.001). Following an immediate drop after 5 s (p < 0.001), cTOI increased continuously, reaching a maximal increase of 3.7 ± 2.4% followed by a steady decrease until the end of apnea. cTOI fell on average 5.4 ± 8.3% below baseline (p < 0.001).

Conclusion

During apnea, the human body elicits several protective mechanisms to protect itself against the deprivation of oxygen. HR slows down, decreasing O2 demand of the cardiac muscle. The decrease in mTOI and increase in cTOI imply a redistribution of blood flow prioritizing the brain. However, this mechanism is not sufficient to maintain cTOI until the end of apnea.
Literatur
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Metadaten
Titel
Hold your breath: peripheral and cerebral oxygenation during dry static apnea
verfasst von
Janne Bouten
Jan G. Bourgois
Jan Boone
Publikationsdatum
03.08.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
European Journal of Applied Physiology / Ausgabe 10/2020
Print ISSN: 1439-6319
Elektronische ISSN: 1439-6327
DOI
https://doi.org/10.1007/s00421-020-04445-y

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