kold stress og den kolde pressortest

temperatur og andre miljømæssige stressfaktorer er kendt for at påvirke blodtryk (BP) og puls (HR). I denne aktivitet udfører eleverne cold pressor-testen for at demonstrere ændringerne i BP, der følger en miljømæssig stress. Ved kold stress nedsænker motivet den ene hånd i isvand i 1-2 minutter, mens gruppemedlemmer overvåger ændringer i motivets BP fra baseline til genopretning.

baggrund

temperatur og andre miljømæssige stressfaktorer er kendt for at påvirke HR og BP. For eksempel forårsager pludselig og stadig mere smertefuld kold stress massiv udledning af det sympatiske nervesystem og frigivelse af norepinephrin. Denne sympatiske udledning udløser reaktioner i det kardiovaskulære (CV) system, der inkluderer arteriolær indsnævring, øget HR og øget hjertekontraktilitet. Disse svar kombineres for at øge BP. Dette er kendt som pressor respons (21), og teste et emne med kold stress på denne måde er kendt som den kolde pressor test. Koldpressorprøven er blevet anvendt klinisk som en stresstest til vurdering af venstre ventrikelfunktion (15). Testen bruges også til at evaluere hjerte autonom funktion (24) og som en eksperimentel smertestimulering (23).

testen blev engang foreslået som et indeks for screening af personer for hypertension (høj BP) (8, 16). Flere undersøgelser har vist, at CV-responset på koldpressorprøven kan forudsige den fremtidige udvikling af hypertension. Undersøgelser af sorte og hvide voksne og børn har vist, at sorte forsøgspersoner, der har øget risiko for at udvikle tidlig hypertension, viser stærkere vaskulære reaktioner på koldpressorprøven end hvide forsøgspersoner (10). Koldpressorprøven har vist sig at udvide koronararterierne hos normale forsøgspersoner, men indsnævre koronararterierne hos hypertensive forsøgspersoner (1). En undersøgelse (14) anvendte koldpressortestinduceret koronar vasokonstriktion til med succes at forudsige efterfølgende uønskede CV-hændelser (f.eks. slagtilfælde eller hjerteanfald) hos asymptomatiske type 2 diabetespatienter. Formodentlig er vasokonstriktion forbundet med endotel dysfunktion, der resulterer i langvarig CV-patologi.

læringsmål

efter afslutningen af denne aktivitet skal eleverne kunne gøre følgende:

1. Beskrive og forklare de fysiologiske kontrolveje, der ligger til grund for BP-responsen på den kolde pressortest

2. Udvikle en hypotese og designe et eksperiment for at teste det

3. Indsamle og analysere data og drage passende konklusioner

4. Kritik eksperimentelt design til forbedring af fremtidige udforskninger

aktivitetsniveau

denne aktivitet ville være nyttig i en række kurser, herunder fysiologi, anatomi og fysiologi, generel biologi, Humanbiologi, æresbiologi eller Avanceret Placeringsbiologi fra gymnasiet gennem professionel skole.

forudsætning studerendes viden eller færdigheder

før de udfører denne aktivitet, skal de studerende have en grundlæggende forståelse af følgende:

1. Fysiologiske faktorer, der påvirker HR og BP

2. Veje og reaktioner i det autonome nervesystem

3. Typer af sensoriske receptorer i kroppen, og hvor de findes

studerende skal vide, hvordan man gør følgende:

1. Mål BP med sphygmomanometer / BP-manchet og stetoskop eller med et automatisk dataindsamlingssystem

2. Mål pulsfrekvens, enten manuelt eller med en fingerpulstransducer

tid krævet

en simpel demonstration af refleksen tager < 1 time. Hvis eleverne gør dette som en undersøgelsesaktivitet, skal du tillade mindst 1 time (i laboratoriet eller før laboratoriet) til baggrundslitteraturforskningen, 30 minutter til planlægning og design af eksperimentet og 1-2 timer til dataindsamling afhængigt af antallet af emner.

udstyr og forsyninger

nødvendigt udstyr (1 sæt/gruppe).

følgende udstyr er påkrævet til denne aktivitet:

1. Et sphygmomanometer / BP manchet eller elektronisk tilsvarende

2. Et stetoskop

3. En vand spand / pan

4. Is

5. Et termometer, der kan måle så lavt som 4 liter C

6. Et ur eller ur, der kan læses på få sekunder

ekstraudstyr (1 sæt/gruppe).

følgende udstyr er valgfrit til denne aktivitet:

1. En EKG-eller HR-monitor; skiftevis en computer med fysiologisk dataindsamlingsprogram (f. eks. Kan anvendes med en finger puls transducer og sphygmomanometer transducer

2. Et kølet vandbad

3. Et stopur

Human Subjects Approval

dette noninvasive eksperiment betragtes som en fritaget uddannelsesaktivitet af det institutionelle Gennemgangsudvalg. Adoptere af denne aktivitet er ansvarlige for at få tilladelse til forskning i mennesker fra deres hjemmeinstitution. For en oversigt over “vejledende principper for forskning, der involverer dyr og mennesker,” se venligst www.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

instruktioner

1. Forberedelse: Saml udstyr. Der kræves ingen yderligere forberedelses-eller opfølgningstid. Et eksempel på dataindsamlingsark er vist i tabel 1.

2. Forbered en pande af is og vand, der kan opretholdes ved 4 liter C. Bemærk: du kan bruge vand i 4-10 liter C-området og forvente at se et svar.

3. Vis eleverne isvandet og bed dem om at skrive en hypotese/hypoteser, der forudsiger den effekt, at nedsænkning af en hånd i vandet vil have på CV-systemet. De bør omfatte en forudsigelse af virkningen af kold stress på BP, HR og blodgennemstrømning baseret på hvad de ved om den autonome kontrol af BP og om termoregulering. For eksempel kan en forudsigelse være som følger: “I kulden indsnævres kutane blodkar for at begrænse varmetabet over kropsoverfladen, og denne vasokonstriktion bør øge BP.”

4. Bed motivet om at ligge på ryggen (liggende) eller sidde stille i 5 minutter. Det er foretrukket at bruge den liggende position, hvor det er muligt.

5. Tag BP og HR to til tre gange for at bestemme normale niveauer. Lad den deflaterede BP-manchet være på armen.

6. Brug armen uden manchetten til at nedsænke motivets hånd i isvandet og lade den være der i 2 minutter. Hvis kulden bliver for smertefuld, kan motivet til enhver tid trække hånden tilbage.

7. Bestem BP og HR hver 30 s i 2 minutter. Bemærk: mange af de kliniske koldpressorprøver bruger kun 1 min nedsænkning. Hvis forsøgspersoner finder ud af, at hånden bliver for smertefuld til en 2-min test, skal du forkorte testen til 1 min. Eksperimentet kan også udføres med foden i stedet for hånden.

8. Fjern motivets hånd fra isvandet.

9. Mål straks systolisk og diastolisk BPs og tæl pulsfrekvensen med 30 s intervaller, indtil BP og puls er vendt tilbage til normal.

10. Beregn den gennemsnitlige normale systoliske og diastoliske BPs ud fra de data, der er opnået før nedsænkning. Træk det gennemsnitlige preimmersionstryk fra de højeste aflæsninger opnået under eller efter nedsænkning.

kur ændringen i BP giver et indeks for BP-labilitet eller reaktivitet.

personer, hvis systoliske BP stiger med 25 eller mere mmHg, eller hvis diastoliske BP stiger med 20 eller mere mmHg, anses for at være hyperreaktive (25).

kontinuerlig overvågningsmetode

sandsynligvis er det sværeste tekniske aspekt af dette eksperiment nødvendigheden af at tage hurtige serielle målinger af BP. Hvis studerende bruger et edb-dataindsamlingssystem med en sphygmomanometer-transducer, det kan være muligt at overvåge ændringer i BP med kontinuerlige aflæsninger, som beskrevet nedenfor.

1. Sphygmomanometerets manchet må ikke lække. For at teste for dette skal du puste manchetten op til et tryk under motivets systoliske BP og stramme skruen. Se sporet på computerskærmen for at sikre, at BP forbliver konstant. Deflater manchetten.

2. Ved hjælp af målinger fra dit emne i hvile beregnes middel BP som følger: middel BP = diastolisk BP + 1/3 pulstryk, hvor pulstryk = systolisk BP − diastolisk BP.

3. Når eksperimentet er klar til at begynde, skal du sætte manchetten på emnet og blæse den op til 5 mmHg under motivets gennemsnitlige BP. Hold BP konstant ved denne værdi ved at stramme skruen på gummipæren.

Start optagelsen. Du skal observere små trykimpulser på sporet, når hver trykbølge passerer under manchetten. Forøg følsomheden af y-aksen, hvis det er nødvendigt. Sporet på optagelsen giver dig mulighed for at se ændringer i systolisk BP samt variationer i optagelsens baseline.

sikkerhedshensyn

personer med en af følgende tilstande bør ikke tjene som emne:

1. CV lidelser

2. Neurologiske lidelser

3. Rygere

4. Nyligt indtaget koffein

studerende skal eftertrykkeligt fortælles, at hvis det kolde vand bliver for smertefuldt, skal de straks fjerne hånden og ikke vente til slutningen af testperioden.

Advar eleverne om at forlade manchetten oppustet for længe. Hvis motivet klager over smerter i armen, skal du straks tømme manchetten.

fejlfinding

potentielle problemer og løsninger for denne aktivitet er vist i tabel 2.

resultater

forventede resultater

arteriel BP og HR bør øges under hånddypning i koldt vand og derefter vende tilbage til normal, efter at hånden er fjernet (Fig. 1).

evaluering af studerendes arbejde

studerende skal præsentere deres data som grafer. De kan plotte systoliske og diastoliske BP-værdier og derefter beregne og plotte gennemsnitlige BP. De kan omfatte HR-data på en separat akse på det samme stykke grafpapir.

det er ofte nyttigt at få eleverne til at samle deres data og lave deres grafer ved hjælp af kompilerede klassedata, da dette giver dem mulighed for at observere variabiliteten i en population af mennesker. Hvis klassen inkluderer statistik, skal eleverne udføre både parrede og uparrede studerendes t-test på dataene for at vise, hvordan en parret t-test kan vise betydning i en variabel population, der måske eller måske ikke viser signifikante forskelle før efter, når de analyseres med en uparret t-test.

spørgsmål til Laboratorierapporten

spørgsmål 1.

hvilket var større: virkningen af kulde på systolisk BP eller på diastolisk BP? Hvad kan forklare dette?

svar.

litteraturen forudsiger, at effekten er større på systolisk BP. Sympatisk innervation vil øge hjertets kontraktilitet, hvilket påvirker systolisk BP.

spørgsmål 2.

er ændringerne i HR medieret af det autonome nervesystem? Hvis ja, hvilken gren?

spørgsmål 3.

fungerer baroreceptorrefleksen under den kolde pressortest? Brug beviser til at understøtte dit svar.

svar.

Nej, baroreceptorrefleksen fungerer ikke. Hvis det var, ville stigningen i BP resultere i et refleksfald i HR.

spørgsmål 4.

Hvad er de fysiologiske mekanismer, hvormed den kolde pressortest fungerer? Lav et detaljeret kort over processen, der begynder med stimulus af hånden i koldt vand og slutter med øget BP.

Forespørgselsansøgninger

når testen udføres som skrevet i instruktionerne, er denne aktivitet et “cookbook” – laboratorium. For at øge undersøgelsesniveauet kan læreren give eleverne mulighed for at bestemme, hvilken del af kroppen der skal udsættes for kulde (se note nedenfor), hvilken vandtemperatur der skal bruges, og hvor længe kropsdelen skal udsættes for kulde. Studerende kan også blive spurgt, hvordan man styrer denne test for at udelukke muligheden for, at det er vandets tryk på huden, der udløser svaret (svar: gentag testen med kropstemperatur eller varmere vand).

for et endnu højere undersøgelsesniveau bliver eleverne bedt om at lære om cold pressor-testen alene og designe et eksperiment for at teste for det. For at gøre dette skal de søge i litteraturen ved hjælp af PubMed (www.pubmed.com) og læse offentliggjorte artikler om den kolde pressor test. Litteraturen er eksplicit nok om protokollen, at studentdesignede eksperimenter skal være meget tæt på protokollen beskrevet ovenfor.

studerende kan bruge cold pressor-testen til yderligere at undersøge aspekter af miljøeffekter på BP og HR. spørgsmål, som studerende kan stille og teste, inkluderer følgende:

• Hvad er tærskeltemperaturen, der udløser koldpressorresponsen?

• varierer tærskeltemperaturen fra person til person?

• varierer det efter køn, race/etnisk gruppe, vægt, alder osv.?

• varierer forskellige populationer i intensiteten af svaret?

• er der andre stressfaktorer, der påvirker BP, der kan bruges til efterforskning?

Bemærk: Hvis koldt påføres ansigtet, især i næseområdet, kan stimulus udløse en dykkerrefleks, hvilket er indikeret ved et fald i HR (bradykardi) og ringe eller ingen stigning i BP. Et undersøgelseseksperiment kan være at få eleverne til at afgøre, om CV-svaret på kulde varierer alt efter hvilken del af kroppen der udsættes for den kolde stimulus.

yderligere ressourcer

for yderligere oplysninger om dette emne, se Refs. 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, og 26.

tilskud

dette arbejde blev udviklet med støtte fra National Science Foundation Grant DUE-041064.

oplysninger

ingen interessekonflikter, økonomiske eller på anden måde, erklæres af forfatteren(e).

FORFATTERBIDRAG