El estrés por frío y la prueba de presión por frío

se sabe que la temperatura y otros factores de estrés ambientales afectan la presión arterial (PA) y la frecuencia cardíaca (FC). En esta actividad, los estudiantes realizan la prueba de presión en frío para demostrar los cambios en la PA que siguen a un estrés ambiental. Para el estrés por frío, el sujeto sumerge una mano en agua helada durante 1-2 minutos mientras los miembros del grupo monitorean los cambios en la presión arterial del sujeto desde el inicio hasta la recuperación.

Antecedentes

Se sabe que la temperatura y otros factores de estrés ambientales afectan la FC y la PA. Por ejemplo, el estrés frío repentino y cada vez más doloroso causa una descarga masiva del sistema nervioso simpático y la liberación de norepinefrina. Esta descarga simpática desencadena respuestas en el sistema cardiovascular (CV) que incluyen constricción arteriolar, aumento de la FC y aumento de la contractilidad cardíaca. Estas respuestas se combinan para aumentar la presión arterial. Esto se conoce como respuesta de presión (21), y probar a un sujeto con estrés por frío de esta manera se conoce como prueba de presión por frío. La prueba de presión en frío se ha utilizado clínicamente como prueba de esfuerzo para evaluar la función ventricular izquierda (15). La prueba también se utiliza para evaluar la función autónoma cardíaca (24) y como estímulo experimental del dolor (23).

La prueba se sugirió una vez como un índice para el cribado de sujetos para hipertensión (PA alta) (8, 16). Varios estudios han indicado que la respuesta CV a la prueba de presión fría puede predecir el desarrollo futuro de hipertensión. Los estudios con adultos y niños de raza negra y blanca han indicado que los sujetos de raza negra, que tienen un mayor riesgo de desarrollar hipertensión temprana, muestran reacciones vasculares más fuertes a la prueba de presión fría que los sujetos de raza blanca (10). Se ha demostrado que la prueba de presión fría dilata las arterias coronarias de sujetos normales, pero constriñe las arterias coronarias de sujetos hipertensos (1). Un estudio (14) utilizó vasoconstricción coronaria inducida por la prueba de presión fría para predecir con éxito acontecimientos adversos CV posteriores (por ejemplo, accidente cerebrovascular o ataque cardíaco) en pacientes con diabetes tipo 2 asintomática. Presumiblemente, la vasoconstricción se asocia con disfunción endotelial que resulta en patología CV a largo plazo.

Objetivos de aprendizaje

Después de completar esta actividad, los estudiantes deben poder hacer lo siguiente:

1. Describir y explicar las vías de control fisiológico subyacentes a la respuesta de la presión arterial a la prueba de presión en frío

2. Desarrollar una hipótesis y diseñar un experimento para probarla

3. Recopilar y analizar datos y sacar conclusiones oportunas

4. Critique el diseño experimental para mejorar las exploraciones futuras

Nivel de actividad

Esta actividad sería útil en una variedad de cursos, que incluyen fisiología, anatomía y fisiología, biología general, biología humana, biología con honores o biología de Colocación Avanzada desde la escuela secundaria hasta la escuela profesional.

Conocimientos o Habilidades previos del estudiante

Antes de realizar esta actividad, los estudiantes deben tener una comprensión básica de lo siguiente:

1. Factores fisiológicos que afectan la FC y la PA

2. Vías y respuestas del sistema nervioso autónomo

3. Tipos de receptores sensoriales en el cuerpo y dónde se encuentran

Los estudiantes deben saber cómo hacer lo siguiente:

1. Medida BP con un esfigmomanómetro/BP manguito y el estetoscopio o con un sistema automatizado de adquisición de datos del sistema

2. Medir la frecuencia del pulso, ya sea manualmente o con un transductor de pulso de dedo

Tiempo requerido

Una demostración simple del reflejo tarda < 1 h. Si los estudiantes están haciendo esto como una actividad de investigación, permita al menos 1 hora (en el laboratorio o antes del laboratorio) para la investigación de la literatura de fondo, 30 minutos para planificar y diseñar el experimento, y 1-2 horas para la recolección de datos, dependiendo del número de sujetos.

Equipos y Suministros

equipo Requerido (1 set/grupo).

Se requiere el siguiente equipo para esta actividad:

1. Un esfigmomanómetro/BP brazalete o equivalente electrónico

2. Un estetoscopio

3. Un cubo de agua/pan

4. Hielo

5. Un termómetro que puede medir hasta 4°C

6. Un reloj que se puede leer en segundos

equipamiento Opcional (1 set/grupo).

El siguiente equipo es opcional para esta actividad:

1. Un monitor de ECG o HR; alternativamente, una computadora con software de adquisición de datos fisiológicos (p. ej., Instrumentos AD, Biopac o iWorx), además de transductor de pulso de dedo y transductor de esfigmomanómetro

2. Un baño de agua refrigerada

3. Un cronómetro

Aprobación de sujetos humanos

Este experimento no invasivo es considerado una actividad educativa exenta por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Texas (Austin, TX). Los adoptantes de esta actividad son responsables de obtener el permiso de su institución de origen para la investigación en seres humanos. Para obtener un resumen de los “Principios Rectores para la Investigación con Animales y Seres Humanos”, consulte www.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

Instrucciones

1. Preparación: reunir el equipo. No se requiere tiempo adicional de preparación o seguimiento. En la Tabla 1 se muestra una hoja de recolección de datos de muestra.

2. Prepare una sartén con hielo y agua que se pueda mantener a 4°C. Nota: puede usar agua en el rango de 4-10°C y esperar ver una respuesta.

3. Muestre a los estudiantes el agua helada y pídales que escriban una hipótesis / hipótesis que predigan el efecto que tendrá sumergir una mano en el agua en el sistema de CV. Deben incluir una predicción del impacto del estrés por frío en la presión arterial, la FC y el flujo sanguíneo en función de lo que saben sobre el control autónomo de la presión arterial y sobre la termorregulación. Por ejemplo, una predicción podría ser la siguiente: “En el frío, los vasos sanguíneos cutáneos se contraen para limitar la pérdida de calor en la superficie corporal,y esta vasoconstricción debería aumentar la presión arterial.”

4. Pídale al sujeto que se acueste boca arriba (en posición supina) o que se siente en silencio durante 5 minutos. Es preferible utilizar la posición supina, cuando sea posible.

5. Tomar la pa y la FC de dos a tres veces para determinar los niveles normales. Deje el manguito de presión arterial desinflado en el brazo.

6. Usando el brazo SIN el manguito, sumerja la mano del sujeto en el agua helada y déjela allí durante 2 minutos. Si el resfriado se vuelve demasiado doloroso, el sujeto puede retirar la mano en cualquier momento.

7. Determine la presión arterial y la frecuencia cardíaca cada 30 segundos durante 2 minutos. Nota: muchas de las pruebas clínicas de presión en frío utilizan solo 1 minuto de inmersión. Si los sujetos encuentran que la mano se vuelve demasiado dolorosa para una prueba de 2 minutos, acorte la prueba a 1 minuto. El experimento también se puede hacer con el pie en lugar de la mano.

8. Retire la mano del sujeto del agua helada.

9. Mida inmediatamente la presión arterial sistólica y diastólica y cuente la frecuencia del pulso a intervalos de 30 segundos hasta que la presión arterial y el pulso hayan vuelto a la normalidad.

10. Calcule el promedio normal de BPs sistólica y diastólica a partir de los datos obtenidos antes de la inmersión. Reste las presiones medias de preimmersión de las lecturas más altas obtenidas durante o después de la inmersión.

∙El cambio en la PA proporciona un índice de labilidad o reactividad de la PA.

∙Los sujetos cuya PA sistólica aumenta en 25 o más mmHg o cuya PA diastólica aumenta en 20 o más mmHg se consideran hiperreactivos (25).

Método de Monitoreo continuo

Probablemente el aspecto técnico más difícil de este experimento es la necesidad de tomar mediciones seriales rápidas de la presión arterial. Si los estudiantes están utilizando un sistema computarizado de adquisición de datos con un transductor esfigmomanométrico, puede ser posible monitorear los cambios en la presión arterial con lecturas continuas, como se describe a continuación.

1. El manguito del esfigmomanómetro no debe tener fugas. Para probar esto, infle el manguito a una presión por debajo de la presión arterial sistólica del sujeto y apriete el tornillo. Observe el rastro en la pantalla de la computadora para asegurarse de que la presión arterial permanezca constante. Desinfla el brazalete.

2. Usando mediciones de su sujeto en reposo, calcule la PA media de la siguiente manera: PA media = PA diastólica + presión de pulso de 1/3, donde presión de pulso = PA sistólica − PA diastólica.

3. Cuando el experimento esté listo para comenzar, coloque el manguito en el sujeto e infle a 5 5 mmHg por debajo de la presión arterial media del sujeto. Mantenga la constante BP a este valor apretando el tornillo de la bombilla de goma.

Iniciar la grabación. Debe observar pequeños pulsos de presión en la traza a medida que cada onda de presión pasa por debajo del manguito. Aumente la sensibilidad del eje y si es necesario. El rastro en la grabación le permitirá ver los cambios en la PA sistólica, así como las variaciones en la línea de base de la grabación.

Consideraciones de seguridad

Las personas con CUALQUIERA de las siguientes afecciones NO deben servir como sujetos:

1. Trastornos CV

2. Trastornos neurológicos

3. Los fumadores

4. Cafeína ingerida recientemente

Se debe decir enfáticamente a los estudiantes que si el agua fría se vuelve demasiado dolorosa, deben quitar la mano inmediatamente y no esperar hasta el final del período de prueba.

Advierta a los estudiantes sobre dejar el manguito inflado demasiado tiempo. Si el sujeto se queja de dolor en el brazo, desinfle el manguito de inmediato.

Resolución de problemas

Los posibles problemas y soluciones para esta actividad se muestran en la Tabla 2.

RESULTADOS

Resultados Esperados

Arterial pa y la FC debe aumentar durante la mano de la inmersión en agua fría y, a continuación, volver a la normalidad después de quitar la mano (Fig. 1).

Evaluación del Trabajo de los estudiantes

Los estudiantes deben presentar sus datos en forma de gráficos. Pueden trazar valores de PA sistólica y diastólica y luego calcular y trazar la PA media. Pueden incluir datos de recursos humanos en un eje separado en la misma hoja de papel cuadriculado.

A menudo es útil que los estudiantes agrupen sus datos y hagan sus gráficos utilizando datos de clase compilados, ya que esto les da la oportunidad de observar la variabilidad inherente a una población de seres humanos. Si la clase incluye estadísticas, pida a los estudiantes que hagan las pruebas t de Student emparejadas y no emparejadas en los datos para mostrar cómo una prueba t emparejada puede mostrar importancia en una población variable que puede o no mostrar diferencias significativas antes y después cuando se analiza con una prueba t no emparejada.

Preguntas para el Informe del Laboratorio

Pregunta 1.

el Cual fue mayor: el efecto del frío sobre la presión arterial sistólica o diastólica? ¿Qué podría explicar esto?

CONTESTA.

La literatura predice que el efecto es mayor en la PA sistólica. La inervación simpática aumentará la contractilidad cardíaca, lo que influye en la PA sistólica.

Pregunta 2.

¿Los cambios en la FC están mediados por el sistema nervioso autónomo? Si es así, ¿qué rama?

Pregunta 3.

¿Funciona el reflejo barorreceptor durante la prueba de presión en frío? Use evidencia para respaldar su respuesta.

CONTESTA.

No, el reflejo barorreceptor no está funcionando. Si lo fuera, el aumento de la PA daría lugar a una disminución de los reflejos en la FC.

Pregunta 4.

¿Cuáles son los mecanismos fisiológicos por los que funciona la prueba de presión en frío? Haga un mapa detallado del proceso que comienza con el estímulo de la mano en agua fría y termina con aumento de la presión arterial.

Aplicaciones de consulta

Cuando la prueba se lleva a cabo como está escrito en las instrucciones, esta actividad es un laboratorio de “libros de cocina”. Para aumentar el nivel de indagación, el maestro puede permitir que los estudiantes decidan qué parte del cuerpo exponer al frío (vea la nota a continuación), qué temperatura del agua usar y cuánto tiempo exponer la parte del cuerpo al frío. También se puede preguntar a los estudiantes cómo controlar esta prueba para descartar la posibilidad de que sea la presión del agua sobre la piel la que desencadene la respuesta (respuesta: repita la prueba con temperatura corporal o agua más caliente).

Para un nivel de investigación aún más alto, se les pide a los estudiantes que aprendan sobre la prueba de presión en frío por su cuenta y que diseñen un experimento para probarla. Para ello, deben buscar en la literatura utilizando PubMed (www.pubmed.com) y leer artículos publicados sobre la prueba de presión en frío. La literatura es lo suficientemente explícita sobre el protocolo que los experimentos diseñados por los estudiantes deben estar muy cerca del protocolo descrito anteriormente.

Los estudiantes pueden usar la prueba de presión en frío para explorar más aspectos de los efectos ambientales en la presión arterial y la frecuencia cardíaca.:

• ¿Cuál es la temperatura umbral que desencadena la respuesta del presor en frío?

• ¿Varía la temperatura umbral de una persona a otra?

• Varía según el sexo, el grupo racial / étnico, el peso, la edad, etc.?

• ¿Varían las diferentes poblaciones en la intensidad de la respuesta?

• ¿Hay otros factores estresantes que afectan la presión arterial que podrían usarse para la exploración?

Nota: si se aplica frío en la cara, particularmente en la región nasal, el estímulo puede desencadenar un reflejo de buceo, que se indica por una disminución de la FC (bradicardia) y poco o ningún aumento de la PA. Un experimento de investigación podría ser hacer que los estudiantes determinen si la respuesta CV al frío varía de acuerdo con qué parte del cuerpo está expuesta al estímulo del frío.

Recursos adicionales

Para obtener información adicional sobre este tema, consulte Referencias. 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, y 26.

SUBVENCIONES

Este trabajo se desarrolló con el apoyo de la Subvención de la Fundación Nacional de Ciencias DUE-041064.

DIVULGACIONES

Los autores no declaran conflictos de intereses, financieros o de otro tipo.

CONTRIBUCIONES DE LOS AUTORES