Somnologie

, Volume 6, Issue 3, pp 109–115 | Cite as

Cardiac responses to pressor challenges in congenital central hypoventilation syndrome

  • Amy H. Kim
  • Paul M. Macev
  • Mary A. Woo
  • Pearl L. Yu
  • Thomas G. Keens
  • David Gozal
  • Ronald M. Harper
Original Articles
First Online:

Summary

Question of the Study

Congenital central hypoventilation syndrome (CCHS) subjects exhibit diminished respiratory-related heart rate variation in addition to defining characteristics of CO2 insensitivity and reduced ventilatory drive during sleep. Loss of cardiovascular and breathing coupling may diminish blood pressure influences on breathing; such influences may be determined by evaluating cardiorespiratory responses to different pressor challenges.

Patients and Methods

Ten children with CCHS and 10 age- and gender-matched controls were subjected to a forehead cold pressor challenge and to Valsalva maneuvers. Heart and respiratory rates and variability during 30-s baseline and 120-s challenge periods were assessed with scatterplot displays and by analysis of variance procedures.

Results

Cold pressor challenges enhanced breathing efforts and increased respiratory-related heart rate variation in controls but not in CCHS patients, while lower frequency heart rate variability increased in both controls and CCHS subjects. Heart rate variation resulting from voluntary expiratory efforts was present but slightly reduced in CCHS. Respiratory and cardiac rate trends differed in control and CCHS cases.

Conclusions

More-rapidly changing heart rate variation from spontaneous or reflexively-induced sources is diminished in CCHS but remains intact from voluntary expiratory efforts, as does slower variation. Loss of reflexive influences on breathing from blood pressure changes may attenuate a source of respiratory drive.

Keywords

blood pressure sudden infant death syndrome heart rate variability valsalva cold pressor sleep 

Herzfrequenz-Reaktionen auf Druckauswirkungen bei angeborenem zentralem Hypoventilationssyndrom (CCHS)

Zusammenfassung

Einführung

Patienten mit angeborenem zentralem Hypoventilationssyndrom (CCHS) zeigten eine niedrigere Variabilität in der atmungsbedingten Herzfrequenz, eine Unempfindlichkeit gegenüber CO2 und verringerte Atmungssteuerung während des Schlafes. Der Koordinationsverhust zwischen kardiovaskulärem Druck und Atmung kann den Einfluss des Blutdruckes auf die Atmung verringern. Solche Einflüsse können durch eine Evaluierung der kardiorespiratorischen Reaktionen auf verschiedene Druckbelastungen bestimmt werden.

Methodik

Zehn Kinder mit CCHS und zehn Kinder einer Kontrollgruppe ohne CCHS in vergleichbarem Alter und mit vergleichbarem Geschlecht wurden einem cold-pressure-test auf der Stirn und einen Valsalvaschem Versuch ausgesetzt. Während einer 30s langen Kontrollperiode und einer 120s langen Belastungsperiode wurden Veränderungen der Herz-und-Atemfrequenz und ihrer Variabilität mit einem Korrelationsdiagramm und einer Analyse der Varianz bestimmt.

Ergebnisse

Belastungen durch den cold-pressure-test erhöhten die Eigenanstrengungen beim Atmen und produzierten damit eine verbesserte Veränderung der Herz-und-Atemfrequenz für die Kontrollgruppe, aber nicht für die CCHS-Patienten. Im Bereich einer niedrigeren Herzfrequenz erhöhte sich diese Variabilität der Herz-und-Atemfrequenz für die Kontrollgruppe und die CCHS-Patienten. Eine Variabilität in der Herzfrequenz durch eine Erhöhung der Eigenanstrengung bei der Ausatmung wurde für beide Gruppen beobachtet, aber war bei den CCHS-Patienten etwas verringert. Die Tendenzen in Atem-und-Herzfrequenz waren bei der Kontrollgruppe und den CCHS-Patienten unterschiedlich.

Schlussfolgerung

Eine schnellere Veränderung in der Herzfrequenz durch spontane oder reflektorisch induzierte Quellen ist für CCHS-Patienten verringert, aber bleibt durch eine Eigenanstrengung beim Ausatmen erhalten und zeigt außerdem eine langsamere Variabilität. Der Verlust von reflektorischen Einflüssen auf die Atmung durch eine Veränderung des Blutdruckes weist auf die Atmungsteuerung als Quelle hin.

Schlüsselwörter

Blutdruck plötzlicher Kindestod Variabilität der Herzfrequenz Valsalvascher Versuch cold-pressure-test Schlaf 
This is a preview of subscription content, log in to check access.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. [1]
    Allen GV, Pronych SP: Trigeminal autonomic pathways involved in nociception-induced reflex cardiovascular responses. Brain Res 754: 269–278, 1997.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  2. [2]
    American Thoracic Society: Idiopathic congenital central hypoventilation syndrome: diagnosis and management. Am J Respir Crit Care Med 160: 368–373, 1999.CrossRefGoogle Scholar
  3. [3]
    Esser MJ, Pronych SP, Allen GV: Trigeminal-reticular connections: possible pathways for nociception-induced cardiovascular reflex responses in the rat. J Comp Neurol 391: 526–544, 1998.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  4. [4]
    Gozal D, Marcus CL, Ward SL, Keens TG: Ventilatory responses to passive leg motion in children with congenital central hypoventilation syndrome. Am J Respir Crit Care Med 153: 761–768, 1996.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  5. [5]
    Gözal D, Simakajornboon N: Passive motion of the extremities modifies alveolar ventilation during sleep in patients with congenital central hypoventilation syndrome. Am J Respir Crit Care Med 162: 1747–1751, 2000.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  6. [6]
    Haddad GG, Mazza NM, Defendini R, Blane WA, Driscoll JM, Epstein MA, Epstein RA, Mellins RB: Cogenital failure of automatic control of ventilation, gastrointestinal motility and heart rate. Medicine 57: 517–526, 1978.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  7. [7]
    Harper RM, Richard CA, Rector DM: Physiological and ventral medullary surface activity during hypovolemia. Neuroscience 94 (2): 579–586, 1999.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  8. [8]
    Heymans C, Neil E: Reflexogenic areas of the cardiovascular system. J&A Churchill, London, 1958.Google Scholar
  9. [9]
    Keens TG, Davidson-Ward SL: Syndromes affecting respiratory control during sleep. In: Loughlin GM, Carroll JL (eds): Sleep during development and in pediatrics. Marcel Dekker, New York, pp 525–553, 2000.Google Scholar
  10. [10]
    Kumada M, Dampney RA, Reis D: The trigeminal depressor response: a cardiovascular reflex originating from the trigeminal system. Brain Res 92: 485–489, 1975.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  11. [11]
    Kumada M, Dampney RA, Reis DJ: The trigeminal depressor response: a novel vasodepressor response originating from the trigeminal system. Brain Res 119: 305–326, 1977.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  12. [12]
    McCulloch PF, Panneton WM, Guyenet PG: The rostral ventrolateral medulla mediates the sympathoactivation produced by chemical stimulation of the rat nasal mucosa. J Physiol (Lond) 516: 471–484, 1999.CrossRefGoogle Scholar
  13. [13]
    Menetrey D, Basbaum AI: Spinal and trigeminal projections to the nucleus of the solitary tract: a possible substrate for somatovisceral and viscerovisceral reflex activation. J Comp Neurol 255: 439–450, 1987.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  14. [14]
    Ohtake PJ, Jennings DB: Ventilation is stimulated by small reductions in arterial pressure in the awake dog. J Appl Physiol 73 (4): 1549–1557, 1992.PubMedGoogle Scholar
  15. [15]
    Panneton WM, Johnson SN, Christensen ND: Trigeminal projections to the parabrachial region in the muskrat. Neuroscience 58: 605–625, 1994.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  16. [16]
    Panneton WM, McCulloch PF, Sun W: Trigemino-autonomic connections in the muskrat: the neural substrate for the diving response. Brain Res 874: 48–65, 2000.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  17. [17]
    Paton JY, Swaminathan S, Sargent CW, Hawksworth A, Keens TG: Ventilatory response to exercise in children with congenital central hypoventilation syndrome. Am Rev Respir Dis 147: 1185–1191, 1993.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  18. [18]
    Raetz SL, Richard CA, Garfinkel A, Harper RM: Dynamic characteristics of cardiac R-R intervals during sleep and waking states. Sleep 14: 526–533, 1991.PubMedGoogle Scholar
  19. [19]
    Schläfke ME, Schaefer T, Kronberg H, Ullrich GJ, Hopmeier J: Transcutaneous monitoring as trigger for therapy of hypoxemia during sleep. Adv Exp Med Biol 220 (4): 95–100, 1987.Google Scholar
  20. [20]
    Shea SA: Behavioural and arousal-related influences on breathing in humans. Exp Physiol 81: 1–26, 1996.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  21. [21]
    Shea SA: Life without ventilatory chemosensitivity. Respir Physiol 110: 199–210, 1997.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  22. [22]
    Shea SA, Andres LP, Paydarfar D, Banzett RB, Shannon DC: Effect of mental activity on breathing in congenital central hypoventilation syndrome. Respir Physiol 94: 251–263, 1993.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  23. [23]
    Silke B, McAuley D: Accuracy and precision of blood pressure determination with the Finapres: an overview using re-sampling statistics. J Hum Hypertens 12: 403–409, 1998.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  24. [24]
    Trelease RB, Sieck GC, Marks JD, Harper RM: Respiratory inhibition induced by transient hypertension during sleep in unrestrained cats. Exp Neurol 90: 173–186, 1985.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  25. [25]
    Woo MS, Woo MA, Gozal D, Jansen MT, Keens TG, Harper RM: Heart rate variability in congenital central hypoventilation syndrome. Pediatr Res 31: 291–296, 1992.CrossRefPubMedGoogle Scholar
  26. [26]
    Yu PL, Kim AH, Kuo L, Saeed MM, Alger JR, Woo MA, Gozal D, Keens TG, Harper RM: Functional magnetic resonance imaging (fMRI) during cold pressor challenges in Congenital Central Hypoventilation Syndrome (CCHS). Soc Neurosci Abs 26: 2000.Google Scholar

Copyright information

© Blackwell Verlag 2002

Authors and Affiliations

  • Amy H. Kim
    • 5
  • Paul M. Macev
    • 5
    • 1
  • Mary A. Woo
    • 2
  • Pearl L. Yu
    • 5
    • 3
  • Thomas G. Keens
    • 3
  • David Gozal
    • 4
  • Ronald M. Harper
    • 5
    • 1
  1. 1.The Brain Research InstituteUniversity of California at Los AngelesLos Angeles
  2. 2.School of NursingUniversity of California at Los AngelesLos Angeles
  3. 3.Childrens Hospital Los AngelesLos Angeles
  4. 4.Department of PediatricsUniversity of LouisvilleLouisville
  5. 5.Department of NeurobiologyUniversity of California at Los AngelesLos AngelesUSA

Personalised recommendations