逐次呼吸时O2-CO2交换率的动态脑体结合

随静息状态下脑血流动力学波动

1美利坚合众国马萨诸塞州查尔斯敦，马萨诸塞州总医院Athinoula A. Martinos生物医学成像中心放射科

2美利坚合众国马萨诸塞州查尔斯敦，马萨诸塞州综合医院精神科

3中国香港特别行政区香港理工大学，生物医学工程系

摘要

背景

静息状态下低频脑血流动力学波动（CHF）的起源尚不清楚。在健康成年人中，逐次呼吸时O2-CO2的交换率（bER）与在频率范围为0.008-0.03HZ下的短促屏气挑战时的脑血管反应有关。bER被定义为O2的分压与CO2在吸气与呼气之间变化的比率。在这项研究中，我们旨在调查呼吸时气体交换（RGE）指标（bER, ΔPO2 and ΔPCO2）对自主呼吸过程中低频

CHF的贡献。

方法

在22名健康成年人中，我们用经颅多普勒超声通过测量两侧大脑中动脉的血流速度变化（ΔCBFv）来评估CHF。局部的CHF通过采用功能性磁共振图的方法被绘制为与血液氧合水平相关（ΔBOLD）

的信号变化。我们检测了自主呼吸过程中颞部特征以及RGE指标的频率特征，并研究了RGE指标与CHF（ΔCBFv和ΔBOLD）的同期测试结果以研究他们的相关性。

结果

我们发现ΔPO2 和ΔPCO2的随时间的变化过程存在相关性但有所区别。在频率范围为0.008-0.03HZ时，RGE指标的振荡与静息状态下的CHF具有相关性。bER、ΔPO2和CHF间的相关性均比ΔPCO2和CHF间的相关性高，而在某些大脑区域，CHF与bER的相关性比与ΔPO2的相关性更强。 bER和ΔBOLD之间交互最强的大脑区域与许多具有默认模式网络的区域重合，包括前额叶和后扣带回。

结论

尽管尚不清楚bER和CHF之间强相关性的生理机制，但我们的发现表明bER对低频静息状态下的CHF具有贡献，通过CHF和RGE指标振荡为脑-机交互提供了新见解

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