A pressing issue of the day is the identification of therapeutic targets to suppress the “cytokine storm” in COVID-19 complicated by acute respiratory distress syndrome (ARDS) with concomitant hypoxemia. However, the key cytokine and its relative contribution to the pathogenesis of ARDS, which leads to high mortality, are unknown. A comparative assessment of the effect of elevated systemic levels of pro-inflammatory cytokines IL-1β, TNF-1α and IL-6 on the respiratory patterns and survival rate in rats was carried out under progressively increasing acute hypoxia. Increasing hypoxia was simulated by a rebreathing method (from normoxia to apnea). The recorded parameters were the breathing pattern components (tidal volume and respiratory rate), minute ventilation (MV), oxygen saturation, apnea onset time, and posthypoxic survival rate. A comparative analysis was carried out under mild, moderate and severe hypoxia (at F I O 2 = 15, 12 and 8%, respectively). It was shown that increasing hypoxia was accompanied by an acute suppression of the compensatory elevation of MV in rats with increased systemic levels of IL-1β and TNF-1α. By contrast, IL-6 caused an intensive elevation of MV with increasing hypoxia. Acute hypoxia (F I O 2 < 8%), in all experimental series, was accompanied by an impairment of the respiratory rhythm up to the development of apnea. Posthypoxic breathing restoration (survival rate) was 50% with IL-1β and TNF-1α and only 10% with IL-6. The obtained results indicate that the elevated IL-6 level, despite the absence of respiratory disorders at the initial stage of the developing pathologic process, leads to a higher mortality in rats compared to IL-1β and TNF-1α. This allows considering IL-6 as an early prognostic biomarker of a high risk of mortality under severe hypoxemia.

As a part of the multi-disciplinary "SELENA-T"-2015 Bed Rest Study, we investigated the pattern of inspiratory muscles fatigue in 22 healthy male subjects during incremental exercise test to exhaustion before and after 21 days of hypokinesia evoked by bed rest. Hypokinesia consisted of head-down bed rest (HDBR) at a minus 6° angle, simulating microgravity present on orbiting spacecraft, in 10 subjects. The remaining 12 subjects spent the first 5 days of hypokinesia in HDBR position and the subsequent 16 days in head-up bed rest (HUBR) at a plus 9.6° angle, as a presumed analog of lunar gravity that is six times less than Earth's gravity. Maximal inspiratory pressure (MIP) and electromyograms (EMG) of the diaphragm (D), parasternal (PS), sternocleidomastoid (SCM), and scalene (S) muscles served as indices of inspiratory muscle function. Before both HDBR and HUBR, exercise decreased MIP and centroid frequency (fc) of EMG (D, PS, SCM, and S) power spectrum (p < 0.05). After 3 weeks of HDBR, but not HUBR, inspiratory muscles fatigue was more expressed compared with control (p < 0.05). We conclude that HDBR lowers inspiratory muscles resistance to fatigue during high-intensity exercise while HUBR has no such effect. These changes may limit maximal ventilation and may contribute to exercise intolerance observed after prolonged simulated microgravity. The physiological mechanisms of respiratory muscle dysfunction after HDBR consist primarily of postural effects, and are not due only to hypokinesia.

Были изучены особенности влияния повышенного системного уровня провоспалительного цитокина интерлейкина-1-бета ( -1 ) на вазомоторные реакции пиальных артериол теменной области коры головного мозга наркотизированных крыс при прогрессивно развивающейся острой нормобарической гипоксии, приводящей к остановке дыхания животных, при апноэ и в постгипоксический период. Показано, что вазодилатирующее влияние гипоксии на микроциркуляторное русло коры головного мозга крыс происходит лишь при значительном уменьшении содержания кислорода во вдыхаемой газовой смеси. В экспериментальной группе животных, которым предварительно производилось внутривенное введение 500 нг -1 , достоверное увеличение диаметра пиальных артериол на 45-55 % наблюдалось при снижении содержания кислорода в дыхательной смеси до 10 %, тогда как в контрольной группе диаметр артериол при данной степени гипоксии не изменялся. При углублении гипоксии до 4-6 %, вызывающей остановку дыхания, вазодилатация пиальных артериол отмечалась и в контрольной группе, достигая 26 %. После перехода на дыхание воздухом у всех животных в контроле наблюдалось самопроизвольное восстановление дыхания. В экспериментальной группе у 50 % животных дыхание не восстанавливалось. Вазодилатация при этом была более выраженной у всех животных экспериментальной группы: диаметр артериол увеличивался на 70 % у животных с последующим полным восстановлением дыхания и на 135 % у животных без его восстановления. Таким образом, установлено, что экзогенное повышение системного уровня -1 усиливает чувствительность микрососудов мозга к гипоксии и увеличивает их дилатацию в ответ на прогрессивно нарастающее гипоксическое воздействие, снижая при этом возможность спонтанного возобновления дыхания после апноэ.

No abstract

ВведениеВ развитии нарушений, характерных для тяжелой дыхательной недостаточности с сопутствующей гипоксемией, существенную роль играет повышенная продукция провоспалительных цитокинов (Behrens, Koretzky 2017). Провоспалительный цитокин интерлейкин-6 (ИЛ-6) является одним из многочисленных медиаторов системной воспалительной реакции (СВР), которая усугубляется развитием острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) с прогрессивно нарастающей гипоксемией, в большинстве случаев приводящей к неблагоприятному исходу (Liu et al. 2020;Somers et al. 2020). ИЛ-6 классифицируется как миокин, высвобождающийся при усиленной работе