Le stress au froid et le test du presseur à froid

la température et d’autres facteurs de stress environnementaux affectent la pression artérielle (TA) et la fréquence cardiaque (HR). Dans cette activité, les élèves effectuent le test de pression à froid pour démontrer les changements de BP qui suivent un stress environnemental. Pour le stress par le froid, le sujet plonge une main dans de l’eau glacée pendant 1 à 2 minutes pendant que les membres du groupe surveillent les changements de la TA du sujet de la base de référence à la récupération.

Contexte

La température et d’autres facteurs de stress environnementaux affectent la HR et la BP. Par exemple, un stress froid soudain et de plus en plus douloureux provoque une décharge massive du système nerveux sympathique et une libération de noradrénaline. Cette décharge sympathique déclenche des réponses dans le système cardiovasculaire (CV) qui comprennent une constriction artériolaire, une augmentation de la RH et une augmentation de la contractilité cardiaque. Ces réponses se combinent pour augmenter la TA. Ceci est connu sous le nom de réponse du presseur (21), et le test d’un sujet soumis à une contrainte à froid de cette manière est connu sous le nom de test du presseur à froid. Le test de pression à froid a été utilisé cliniquement comme test d’effort pour évaluer la fonction ventriculaire gauche (15). Le test est également utilisé pour évaluer la fonction autonome cardiaque (24) et comme stimulus expérimental de la douleur (23).

Le test a déjà été suggéré comme indice pour les sujets de dépistage de l’hypertension (TA élevée) (8, 16). Plusieurs études ont indiqué que la réponse CV au test de pression à froid peut prédire le développement futur de l’hypertension. Des études sur des adultes et des enfants noirs et blancs ont indiqué que les sujets noirs, qui courent un risque accru de développer une hypertension précoce, présentent des réactions vasculaires plus fortes au test de pression à froid que les sujets blancs (10). Il a été démontré que le test de pression à froid dilate les artères coronaires des sujets normaux mais contracte les artères coronaires des sujets hypertendus (1). Une étude (14) a utilisé une vasoconstriction coronarienne induite par un test de pression à froid pour prédire avec succès les événements indésirables ultérieurs du CV (par exemple, accident vasculaire cérébral ou crise cardiaque) chez des patients diabétiques asymptomatiques de type 2. Vraisemblablement, la vasoconstriction est associée à un dysfonctionnement endothélial qui entraîne une pathologie CV à long terme.

Objectifs d’apprentissage

Après avoir terminé cette activité, les élèves devraient être en mesure de faire ce qui suit:

1. Décrire et expliquer les voies de contrôle physiologiques sous-jacentes à la réponse BP au test de pression à froid

2. Développer une hypothèse et concevoir une expérience pour la tester

3. Recueillir et analyser des données et tirer des conclusions appropriées

4. Critique de la conception expérimentale pour améliorer les explorations futures

Niveau d’activité

Cette activité serait utile dans une variété de cours, y compris la physiologie, l’anatomie et la physiologie, la biologie générale, la biologie humaine, la biologie spécialisée ou la biologie de placement avancée du lycée à l’école professionnelle.

Connaissances ou compétences préalables de l’élève

Avant de faire cette activité, les élèves doivent avoir une compréhension de base des éléments suivants:

1. Facteurs physiologiques qui affectent la RH et la TA

2. Voies et réponses du système nerveux autonome

3. Les types de récepteurs sensoriels dans le corps et où ils se trouvent

Les étudiants doivent savoir comment faire ce qui suit:

1. Mesurer la pression artérielle avec un tensiomètre/brassard de pression artérielle et un stéthoscope ou avec un système automatisé d’acquisition de données

2. Mesurer la fréquence du pouls, manuellement ou à l’aide d’un capteur de pouls à doigt

Temps nécessaire

Une simple démonstration du réflexe prend < 1 h. Si les étudiants font cela comme une activité de recherche, prévoyez au moins 1 h (en laboratoire ou avant le laboratoire) pour la recherche documentaire de fond, 30 min pour la planification et la conception de l’expérience et 1 à 2 h pour la collecte de données, selon le nombre de sujets.

Matériel et Fournitures

Équipement requis (1 ensemble / groupe).

L’équipement suivant est requis pour cette activité:

1. Un tensiomètre/brassard BP ou équivalent électronique

2. Un stéthoscope

3. Un seau/casserole d’eau

4. Glace

5. Un thermomètre pouvant mesurer jusqu’à 4°C

6. Une horloge ou une montre qui peut être lue en quelques secondes

Équipement en option (1 ensemble / groupe).

L’équipement suivant est facultatif pour cette activité:

1. Un moniteur ECG ou HR; alternativement, un ordinateur avec un logiciel d’acquisition de données physiologiques (p.ex., Instruments AD, Biopac ou iWorx) plus un transducteur d’impulsion de doigt et un transducteur de sphygmomanomètre peuvent être utilisés

2. Un bain d’eau réfrigéré

3. Un chronomètre

Approbation des sujets humains

Cette expérience non invasive est considérée comme une activité éducative exemptée par le Conseil d’examen institutionnel de l’Université du Texas (Austin, TX). Les adoptants de cette activité sont responsables de l’obtention de l’autorisation pour la recherche sur des sujets humains auprès de leur établissement d’origine. Pour un résumé des ” Principes directeurs pour la recherche impliquant des Animaux et des Êtres humains “, veuillez consulter www.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

Instructions

1. Préparation: rassembler le matériel. Aucun temps de préparation ou de suivi supplémentaire n’est requis. Un exemple de feuille de collecte de données est présenté dans le tableau 1.

2. Préparez une casserole de glace et d’eau qui peut être maintenue à 4°C. Remarque: vous pouvez utiliser de l’eau entre 4 et 10 ° C et vous attendre à une réponse.

3. Montrez aux élèves l’eau glacée et demandez-leur d’écrire une ou des hypothèses prédisant l’effet que l’immersion d’une main dans l’eau aura sur le système de CV. Ils devraient inclure une prédiction de l’impact du stress par le froid sur la TA, la HR et le flux sanguin en fonction de ce qu’ils savent du contrôle autonome de la TA et de la thermorégulation. Par exemple, une prédiction pourrait être la suivante: “Dans le froid, les vaisseaux sanguins cutanés se contractent pour limiter la perte de chaleur à la surface du corps, et cette vasoconstriction devrait augmenter la TA.”

4. Demandez au sujet de s’allonger sur le dos (en décubitus dorsal) ou de s’asseoir tranquillement pendant 5 min. Il est préférable d’utiliser la position couchée, lorsque cela est possible.

5. Prenez BP et HR deux à trois fois pour déterminer les niveaux normaux. Laissez le brassard BP dégonflé sur le bras.

6. En utilisant le bras SANS le brassard, plongez la main du sujet dans l’eau glacée et laissez-la là pendant 2 min. Si le froid devient trop douloureux, le sujet peut retirer la main à tout moment.

7. Déterminer BP et HR toutes les 30 s pendant 2 min. Remarque : la plupart des tests cliniques de pressoir à froid n’utilisent qu’une immersion de 1 min. Si les sujets trouvent que la main devient trop douloureuse pour un test de 2 minutes, raccourcissez le test à 1 minute. L’expérience peut également se faire avec le pied au lieu de la main.

8. Retirez la main du sujet de l’eau glacée.

9. Mesurez immédiatement la pression artérielle systolique et diastolique et comptez la fréquence du pouls à des intervalles de 30 s jusqu’à ce que la pression artérielle et le pouls soient revenus à la normale.

10. Calculez le BPs systolique et diastolique normal moyen à partir des données obtenues avant l’immersion. Soustrayez les pressions de préimmersion moyennes des lectures les plus élevées obtenues pendant ou après l’immersion.

∙Le changement de BP fournit un indice de labilité ou de réactivité de BP.

∙ Les sujets dont la PA systolique augmente de 25 mmHg ou plus ou dont la PA diastolique augmente de 20 mmHg ou plus sont considérés comme hyperréactifs (25).

Méthode de surveillance continue

L’aspect technique le plus difficile de cette expérience est probablement la nécessité de prendre des mesures sérielles rapides de BP. Si les élèves utilisent un système informatisé d’acquisition de données avec un capteur sphygmomanomètre, il peut être possible de surveiller les changements de BP avec des lectures continues, comme décrit ci-dessous.

1. Le brassard du tensiomètre ne doit pas fuir. Pour tester cela, gonflez le brassard à une pression inférieure à la pression artérielle systolique du sujet et serrez la vis. Regardez la trace sur l’écran de l’ordinateur pour vous assurer que BP reste constant. Dégonflez le brassard.

2. En utilisant les mesures de votre sujet au repos, calculez la TA moyenne comme suit: ta moyenne = TA diastolique + 1/3 pression pulsée, où pression pulsée = TA systolique – TA diastolique.

3. Lorsque l’expérience est prête à commencer, placez le brassard sur le sujet et gonflez-le à5 5 mmHg en dessous de la pression artérielle moyenne du sujet. Maintenez la constante BP à cette valeur en serrant la vis de l’ampoule en caoutchouc.

Démarrez l’enregistrement. Vous devez observer de petites impulsions de pression sur la trace lorsque chaque onde de pression passe sous le brassard. Augmentez la sensibilité de l’axe des ordonnées si nécessaire. La trace sur l’enregistrement vous permettra de voir les changements de la pression artérielle systolique ainsi que les variations de la ligne de base de l’enregistrement.

Considérations de sécurité

Les personnes présentant L’une des conditions suivantes ne devraient PAS servir de sujet:

1. Troubles du CV

2. Troubles neurologiques

3. Fumeurs

4. Caféine récemment ingérée

Les élèves doivent être informés avec insistance que si l’eau froide devient trop douloureuse, ils doivent retirer immédiatement la main et ne pas attendre la fin de la période de test.

Avertissez les élèves de laisser le brassard gonflé trop longtemps. Si le sujet se plaint de douleurs au bras, dégonflez immédiatement le brassard.

Dépannage

Les problèmes potentiels et les solutions pour cette activité sont présentés dans le tableau 2.

RÉSULTATS

Résultats attendus

La TA artérielle et la HR devraient augmenter pendant l’immersion de la main dans l’eau froide, puis revenir à la normale après le retrait de la main (Fig. 1).

Évaluation du travail des élèves

Les élèves doivent présenter leurs données sous forme de graphiques. Ils peuvent tracer les valeurs de TA systolique et diastolique, puis calculer et tracer la TA moyenne. Ils peuvent inclure des données RH sur un axe séparé sur le même morceau de papier millimétré.

Il est souvent utile que les élèves mettent en commun leurs données et fassent leurs graphiques à l’aide de données de classe compilées, car cela leur donne l’occasion d’observer la variabilité inhérente à une population humaine. Si la classe comprend des statistiques, demandez aux élèves de faire des tests t appariés et non appariés sur les données pour montrer comment un test t apparié peut montrer une signification dans une population variable qui peut ou non montrer des différences significatives avant-après lorsqu’il est analysé avec un test t non apparié.

Questions pour le Rapport de Laboratoire

Question 1.

Lequel était le plus grand: l’effet du froid sur la TA systolique ou sur la TA diastolique? Qu’est-ce qui pourrait expliquer cela?

RÉPONSE.

La littérature prédit que l’effet est plus important sur la pression artérielle systolique. L’innervation sympathique augmentera la contractilité cardiaque, ce qui influence la TA systolique.

Question 2.

Les changements de RH sont-ils médiés par le système nerveux autonome? Si oui, quelle branche?

Question 3.

Le réflexe barorécepteur fonctionne-t-il pendant le test de pression à froid? Utilisez des preuves pour étayer votre réponse.

RÉPONSE.

Non, le réflexe barorécepteur ne fonctionne pas. Si c’était le cas, l’augmentation de la TA entraînerait une diminution réflexe de la HR.

Question 4.

Quels sont les mécanismes physiologiques par lesquels fonctionne le test de pression à froid? Faites une carte détaillée du processus commençant par le stimulus de la main dans l’eau froide et se terminant par une augmentation de la TA.

Demandes d’enquête

Lorsque le test est effectué comme indiqué dans les instructions, cette activité est un laboratoire “livre de recettes”. Pour augmenter le niveau d’enquête, l’enseignant peut permettre aux élèves de décider quelle partie du corps exposer au froid (voir note ci-dessous), quelle température d’eau utiliser et combien de temps exposer la partie du corps au froid. On peut également demander aux élèves comment contrôler ce test pour exclure la possibilité que ce soit la pression de l’eau sur la peau qui déclenche la réponse (réponse: répétez le test avec de la température corporelle ou de l’eau plus chaude).

Pour un niveau d’enquête encore plus élevé, les étudiants sont invités à se renseigner eux-mêmes sur le test de pressoir à froid et à concevoir une expérience pour le tester. Pour ce faire, ils doivent rechercher la littérature à l’aide de PubMed (www.pubmed.com ) et lire des articles publiés sur le test du presseur à froid. La littérature est suffisamment explicite sur le protocole pour que les expériences conçues par les étudiants soient très proches du protocole décrit ci-dessus.

Les élèves peuvent utiliser le test de pression à froid pour approfondir les aspects des effets environnementaux sur la pression artérielle et les RH.Les questions que les élèves pourraient poser et tester sont les suivantes::

• Quelle est la température seuil qui déclenche la réponse du presseur à froid?

• La température seuil varie-t-elle d’une personne à l’autre?

• Cela varie-t-il selon le sexe, la race / le groupe ethnique, le poids, l’âge, etc.?

• L’intensité de la réponse varie-t-elle selon les populations?

• Y a-t-il d’autres facteurs de stress qui affectent BP qui pourraient être utilisés pour l’exploration?

Remarque: si du froid est appliqué sur le visage, en particulier dans la région nasale, le stimulus peut déclencher un réflexe de plongée, ce qui est indiqué par une diminution de la HR (bradycardie) et une augmentation faible ou nulle de la TA. Une expérience d’enquête pourrait consister à demander aux élèves de déterminer si la réponse CV au froid varie en fonction de la partie du corps exposée au stimulus du froid.

Ressources supplémentaires

Pour plus d’informations sur ce sujet, veuillez consulter Refs. 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, et 26.

SUBVENTIONS

Ce travail a été développé avec le soutien de la subvention DUE-041064 de la National Science Foundation.

DIVULGATIONS

Aucun conflit d’intérêts, financier ou autre, n’est déclaré par le(s) auteur(s).

CONTRIBUTIONS DE L’AUTEUR