In einer Studie mit Schlafapnoe-Patienten, die unter chronischem nächtlichen Sauerstoffmangel des Gehirns leiden, wurde die Durchblutungsgeschwindigkeit vor und nach längerer Anwendung einer Atemmasken-Therapie untersucht. Während der Messung führten die Patienten Aufgaben aus dem Bereich Aufmerksamkeit und Gedächtnis durch. Die Aufmerksamkeitsaufgaben zeichneten sich durch ein gleich bleibendes Anforderungsniveau aus, während die Gedächtnisaufgaben mit leichten Items begannen und im Verlauf der Aufgabe schwerer wurden. Im Sinne der zentralen Fragestellung wurde vermutet, dass die Verbesserung der zerebralen Sauerstoffversorgung durch die Therapie einerseits mit einem schnelleren und stärkeren Ansprechen der Hirndurchblutung und andererseits mit einer Verbesserung der kognitiven Leistungsfähigkeit einhergeht.
Parallel zu dieser klinischen Untersuchung wurde der Effekt einer Stimulation durch Koffein im Vergleich zu Placebo bei gesunden Personen geprüft. Von der Koffein-Einwirkung wurde angenommen, dass sie stimulierend auf die Durchblutungsgeschwindigkeit wirkt und dass sich ein deutlicher Unterschied zu der Bedingung unter Placebo (entkoffeinierter Kaffee) zeigt. Erwartet wurde, dass aufgrund der stimulierenden Wirkung des Koffeins eine Verbesserung der Reagibilität der Hirndurchblutung auftritt und dass es demnach durch die "Behandlung" zu einer Steigerung der Durchblutungsreagibilität und der Leistungsfähigkeit kommt.
Die Durchblutungsgeschwindigkeit (CBFV) wurde mittels funktioneller transkranieller Dopplersonographie (fTCD) an den mittleren Hirnarterien gemessen. Diese Methode ist ökonomisch und auch während der Bearbeitung von komplexen Aufgaben einsetzbar.
Es wurden 25 Männer und 8 Frauen mit Schlafapnoe im Alter zwischen 38 und 79 Jahren vor Beginn der nCPAP-Therapie und nach ca. drei Monaten nach der Behandlung untersucht. Das gleiche Vorgehen wurde für die gesunden, studentischen Versuchspersonen gewählt. Hier wurden die Versuchspersonen nach Gabe von entkoffeiniertem und koffeinhaltigem Kaffee untersucht. Ausgewählt wurden gezielt Personen mit einem mäßigen Koffeinkonsum, um einen möglichst deutlichen Effekt der einmaligen Koffeingabe zu erzielen. Die gesunde Stichprobe bestand aus 13 Männern und 15 Frauen im Alter von 21 bis 49 Jahren. Vor jeder Untersuchung wurde eine mindestens 24-stündige Koffeinabstinenz verlangt. Zur Kontrolle der Einhaltung der Abstinenz wurden vorab abgenommene Urinproben labortechnisch analysiert.
Beide Studien zeigten generell keine treatmentabhängige Veränderung der Reagibilität der Blutflussbeschleunigung. Die durch die kognitive Stimulation ausgelöste Beschleunigung der Hirndurchblutung war nach der Therapie durch die Atemmaske weder höher noch geringer als vor der Therapie. Ebenso fand sich kein Unterschied in der kognitiv provozierten Durchblutungsbeschleunigung unter Koffein im Vergleich zu Placebo.
Unabhängig von diesen Ergebnissen konnten eindeutig aufgabenspezifische Unterschiede bezüglich der Reagibilität gefunden werden. So zeigten weniger komplexe Aufgaben eine geringere Reagibilität der Durchblutung, während komplexere Anforderungen zu einer höheren Durchblutungsbeschleunigung führten. Darüber hinaus bildeten sich auch unterschiedliche Anforderungen innerhalb einer Aufgabe ab, so die zunehmende Schwierigkeit der Gedächtnisaufgaben.
Die Treatment-Bedingungen wirkten sich lediglich auf die absolute Durchblutungsgeschwindigkeit aus, und zwar in der Form, dass sie zu einer Verringerung führten. Die Durchblutungsgeschwindigkeit war nach der Atemtherapie niedriger als vorher und unter Koffein niedriger als unter Placebo.
Bezüglich der verschiedenen neuropsychologischen Leistungsüberprüfungen konnten keine Treatmenteffekte verzeichnet werden. Weder bei den Schlafapnoe-Patienten nach nCPAP-Behandlung noch bei Studierenden unter dem Einfluss von Koffein fanden sich bedeutsame Unterschiede zum Leistungsvermögen vor der Therapie bzw. unter Placebo.
Insgesamt hat sich die zentrale Erwartung der Studie, dass sich eine Normalisierung pathologischer physiologischer Zustände, die auch die Durchblutung des Gehirns betreffen und mit einer zerebralen Hypoxämie einhergehen, in einer Verbesserung der Durchblutungsreagibilität unter kognitiven Anforderungen äußert, nicht bestätigt. Genauso wenig bestätigt hat sich die Annahme, dass sich eine Verbesserung der Durchblutungsreagibilität durch die Verabreichung einer stimulierenden Substanz wie Koffein ergeben könnte.
Die vorliegenden Befunde sprechen demnach nicht dafür, dass die Reagibilität der Hirndurchblutung (im Unterschied zur absoluten Durchblutungsgeschwindigkeit) durch "externe Manipulationen" (Beatmungstherapie oder Koffein) verändert bzw. verbessert werden kann. Vielmehr legen die Ergebnisse nahe, dass die Autoregulation des Organismus die Fähigkeit hat, für sauerstoffempfindliche Organe wie das Gehirn stets die notwendigen Ressourcen bereitzustellen und für die Kompensation störender oder schädlicher Zustände zu sorgen.