Lo stress da freddo e il test del pressore freddo

la temperatura e altri fattori di stress ambientali sono noti per influenzare la pressione sanguigna (BP) e la frequenza cardiaca (HR). In questa attività, gli studenti eseguono il test pressorio a freddo per dimostrare i cambiamenti nella BP che seguono uno stress ambientale. Per lo stress da freddo, il soggetto immerge una mano in acqua ghiacciata per 1-2 min mentre i membri del gruppo monitorano i cambiamenti nella BP del soggetto dalla linea di base al recupero.

Sfondo

La temperatura e altri fattori di stress ambientali sono noti per influenzare HR e BP. Ad esempio, lo stress freddo improvviso e sempre più doloroso provoca una massiccia scarica del sistema nervoso simpatico e il rilascio di noradrenalina. Questa scarica simpatica innesca risposte nel sistema cardiovascolare (CV) che includono costrizione arteriolare, aumento dell’HR e aumento della contrattilità cardiaca. Queste risposte si combinano per aumentare BP. Questo è noto come la risposta del pressore (21), e testare un soggetto con stress da freddo in questo modo è noto come il test del pressore freddo. Il test pressorio a freddo è stato utilizzato clinicamente come stress test per valutare la funzione ventricolare sinistra (15). Il test viene utilizzato anche per valutare la funzione autonomica cardiaca (24) e come stimolo sperimentale del dolore (23).

Il test è stato suggerito una volta come indice per lo screening di soggetti per ipertensione (alta BP) (8, 16). Diversi studi hanno indicato che la risposta CV al test pressorio a freddo può predire lo sviluppo futuro dell’ipertensione. Studi su adulti e bambini in bianco e nero hanno indicato che i soggetti neri, che sono ad aumentato rischio di sviluppare ipertensione precoce, mostrano reazioni vascolari più forti al test della pressione fredda rispetto ai soggetti bianchi (10). Il test della pressione a freddo ha dimostrato di dilatare le arterie coronarie dei soggetti normali ma di restringere le arterie coronarie dei soggetti ipertesi (1). Uno studio (14) ha utilizzato la vasocostrizione coronarica indotta dal test della pressione fredda per prevedere con successo successivi eventi avversi CV (ad esempio, ictus o infarto) in pazienti con diabete di tipo 2 asintomatici. Presumibilmente la vasocostrizione è associata a disfunzione endoteliale che si traduce in patologia CV a lungo termine.

Obiettivi di apprendimento

Dopo il completamento di questa attività, gli studenti dovrebbero essere in grado di fare quanto segue:

1. Descrivere e spiegare le vie fisiologiche di controllo alla base della risposta BP al test pressorio freddo

2. Sviluppare un’ipotesi e progettare un esperimento per testarlo

3. Raccogliere e analizzare i dati e trarre conclusioni appropriate

4. Critique design sperimentale per migliorare le esplorazioni future

Livello di attività

Questa attività sarebbe utile in una varietà di corsi, tra cui fisiologia, anatomia e fisiologia, biologia generale, biologia umana, biologia degli onori o biologia avanzata dalla scuola superiore alla scuola professionale.

Prerequisito Conoscenze o abilità dello studente

Prima di svolgere questa attività, gli studenti dovrebbero avere una conoscenza di base di quanto segue:

1. Fattori fisiologici che influenzano HR e BP

2. Percorsi e risposte del sistema nervoso autonomo

3. I tipi di recettori sensoriali nel corpo e dove si trovano

Gli studenti dovrebbero sapere come fare quanto segue:

1. Misurare BP con uno sfigmomanometro/bracciale BP e stetoscopio o con un sistema di acquisizione dati automatizzato

2. Misurare la frequenza del polso, manualmente o con un trasduttore di impulso del dito

Tempo richiesto

Una semplice dimostrazione del riflesso richiede < 1 h. Se gli studenti lo fanno come attività di indagine, consentire almeno 1 h (in laboratorio o prima del laboratorio) per la ricerca della letteratura di base, 30 min per la pianificazione e la progettazione dell’esperimento e 1-2 h per la raccolta dei dati, a seconda del numero di soggetti.

Attrezzature e forniture

Attrezzatura richiesta (1 set/gruppo).

Per questa attività sono necessarie le seguenti attrezzature:

1. Un bracciale sfigmomanometro / BP o equivalente elettronico

2. Uno stetoscopio

3. Un secchio d’acqua / pan

4. Ghiaccio

5. Un termometro in grado di misurare fino a 4°C

6. Un orologio o un orologio che può essere letto in pochi secondi

Attrezzatura facoltativa (1 insieme/gruppo).

Le seguenti apparecchiature sono opzionali per questa attività:

1. Un monitor ECG o HR; alternativamente, un computer con software di acquisizione dati fisiologici (ad es., gli strumenti dell’ANNUNCIO, Biopac, o iWorx) più il trasduttore di impulso della barretta ed il trasduttore dello sfigmomanometro possono essere usati

2. Un bagno di acqua refrigerata

3. Un cronometro

Approvazione dei soggetti umani

Questo esperimento non invasivo è considerato un’attività educativa esente dall’Institutional Review Board dell’Università del Texas (Austin, TX). Gli adottanti di questa attività sono responsabili dell’ottenimento del permesso per la ricerca di soggetti umani dalla loro istituzione di origine. Per una sintesi di “Principi guida per la ricerca che coinvolge gli animali e gli esseri umani,” si prega di vedere www.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

Istruzioni

1. Preparazione: raccogliere attrezzature. Non è richiesto alcun tempo aggiuntivo di preparazione o follow-up. Una scheda di raccolta dei dati di esempio è mostrata nella Tabella 1.

2. Preparare una padella di ghiaccio e acqua che può essere mantenuta a 4°C. Nota: è possibile utilizzare acqua nell’intervallo 4-10°C e aspettarsi di vedere una risposta.

3. Mostra agli studenti l’acqua ghiacciata e chiedi loro di scrivere un’ipotesi / ipotesi che preveda l’effetto che l’immersione di una mano nell’acqua avrà sul sistema CV. Dovrebbero includere una previsione dell’impatto dello stress da freddo su BP, HR e flusso sanguigno in base a ciò che sanno sul controllo autonomo della BP e sulla termoregolazione. Ad esempio, una previsione potrebbe essere la seguente: “Nel freddo, i vasi sanguigni cutanei si restringono per limitare la perdita di calore attraverso la superficie corporea, e questa vasocostrizione dovrebbe aumentare la BP.”

4. Chiedere al soggetto di sdraiarsi sulla schiena (supina) o sedersi tranquillamente per 5 min. È preferibile utilizzare la posizione supina, ove possibile.

5. Prendere BP e HR due o tre volte per determinare i livelli normali. Lascia il bracciale BP sgonfiato sul braccio.

6. Usando il braccio SENZA il bracciale, immergere la mano del soggetto nell’acqua ghiacciata e lasciarla lì per 2 min. Se il freddo diventa troppo doloroso, il soggetto può ritirare la mano in qualsiasi momento.

7. Determinare BP e HR ogni 30 s per 2 min. Nota: molti dei test clinici a pressione fredda utilizzano solo 1 min di immersione. Se i soggetti scoprono che la mano diventa troppo dolorosa per un test di 2 minuti, abbreviare il test a 1 min. L’esperimento può anche essere fatto con il piede invece della mano.

8. Rimuovere la mano del soggetto dall’acqua ghiacciata.

9. Misurare immediatamente BPs sistolico e diastolico e contare la frequenza cardiaca a intervalli di 30 s fino a quando BP e impulso sono tornati alla normalità.

10. Calcola il BPS sistolico e diastolico normale medio dai dati ottenuti prima dell’immersione. Sottrarre le pressioni medie di preimmersione dalle letture più alte ottenute durante o dopo l’immersione.

∙La variazione di BP fornisce un indice di labilità o reattività BP.

∙Soggetti la cui pressione sistolica aumenta di 25 o più mmHg o la cui pressione diastolica aumenta di 20 o più mmHg sono considerati iperreattivi (25).

Metodo di monitoraggio continuo

Probabilmente l’aspetto tecnico più difficile di questo esperimento è la necessità di effettuare misurazioni seriali rapide di BP. Se gli studenti utilizzano un sistema computerizzato di acquisizione dati con un trasduttore sfigmomanometro, potrebbe essere possibile monitorare i cambiamenti nella BP con letture continue, come descritto di seguito.

1. Il bracciale dello sfigmomanometro non deve perdere. Per verificare questo, gonfiare il bracciale ad una pressione al di sotto della pressione sistolica del soggetto e stringere la vite. Guarda la traccia sullo schermo del computer per assicurarti che la BP rimanga costante. Sgonfiare il bracciale.

2. Usando le misurazioni dal soggetto a riposo, calcola la BP media come segue: BP media = BP diastolica + 1/3 di pressione del polso, dove pressione del polso = BP sistolica − BP diastolica.

3. Quando l’esperimento è pronto per iniziare, mettere il bracciale sul soggetto e gonfiare a 5 5 mmHg sotto BP media del soggetto. Tenere la BP costante a questo valore stringendo la vite sul bulbo di gomma.

Avviare la registrazione. Si dovrebbe osservare piccoli impulsi di pressione sulla traccia come ogni onda di pressione passa sotto il bracciale. Aumentare la sensibilità dell’asse y se necessario. La traccia sulla registrazione ti permetterà di vedere i cambiamenti nella pressione sistolica e le variazioni nella linea di base della registrazione.

Considerazioni di sicurezza

Gli individui con UNA delle seguenti condizioni NON dovrebbero servire come soggetto:

1. Patologie del sistema CARDIOVASCOLARE

2. Disturbi neurologici

3. Fumatori

4. Caffeina ingerita di recente

Agli studenti dovrebbe essere detto con enfasi che se l’acqua fredda diventa troppo dolorosa, dovrebbero rimuovere immediatamente la mano e non aspettare la fine del periodo di prova.

Avvisa gli studenti di lasciare il bracciale gonfiato troppo a lungo. Se il soggetto lamenta dolore al braccio, sgonfiare immediatamente il bracciale.

Risoluzione dei problemi

Potenziali problemi e soluzioni per questa attività sono mostrati nella Tabella 2.

RISULTATI

Risultati attesi

La BP arteriosa e l’HR dovrebbero aumentare durante l’immersione della mano in acqua fredda e quindi tornare alla normalità dopo che la mano è stata rimossa (Fig. 1).

Valutazione del lavoro degli studenti

Gli studenti dovrebbero presentare i loro dati come grafici. Possono tracciare i valori della BP sistolica e diastolica e quindi calcolare e tracciare la BP media. Possono includere dati HR su un asse separato sullo stesso pezzo di carta millimetrata.

È spesso utile che gli studenti mettano in comune i loro dati e facciano i loro grafici usando i dati di classe compilati, in quanto ciò dà loro l’opportunità di osservare la variabilità inerente a una popolazione di esseri umani. Se la classe include statistiche, chiedi agli studenti di eseguire test t accoppiati e spaiati sui dati per mostrare come un test t accoppiato può mostrare significato in una popolazione variabile che può o non può mostrare differenze significative prima-dopo quando analizzato con un test t spaiato.

Domande per la relazione di laboratorio

Domanda 1.

Quale era maggiore: l’effetto del freddo sulla pressione sistolica o sulla pressione diastolica? Cosa potrebbe spiegare questo?

RISPONDI.

La letteratura prevede che l’effetto sia maggiore sulla PA sistolica. L’innervazione simpatica aumenterà la contrattilità cardiaca, che influenza la PA sistolica.

Domanda 2.

I cambiamenti nell’HR sono mediati dal sistema nervoso autonomo? Se sì, quale ramo?

Domanda 3.

Il riflesso del barocettore funziona durante il test del pressatore a freddo? Usa le prove per sostenere la tua risposta.

RISPONDI.

No, il riflesso del barocettore non funziona. Se lo fosse, l’aumento della BP si tradurrebbe in una diminuzione riflessa dell’HR.

Domanda 4.

Quali sono i meccanismi fisiologici con cui funziona il test della pressione a freddo? Crea una mappa dettagliata del processo che inizia con lo stimolo della mano in acqua fredda e termina con un aumento della BP.

Richiesta Applicazioni

Quando il test viene eseguito come scritto nelle istruzioni, questa attività è un laboratorio “libro di cucina”. Per aumentare il livello di indagine, l’insegnante può consentire agli studenti di decidere quale parte del corpo esporre al freddo (vedi nota sotto), quale temperatura dell’acqua usare e per quanto tempo esporre la parte del corpo al freddo. Agli studenti può anche essere chiesto come controllare questo test per escludere la possibilità che sia la pressione dell’acqua sulla pelle che innesca la risposta (risposta: ripetere il test con temperatura corporea o acqua più calda).

Per un livello ancora più alto di indagine, gli studenti sono invitati a conoscere il test pressorio freddo da soli e di progettare un esperimento per testare per esso. Per fare ciò, devono cercare la letteratura usando PubMed (www.pubmed.com) e leggere articoli pubblicati sul test pressorio a freddo. La letteratura è abbastanza esplicita sul protocollo che gli esperimenti progettati dagli studenti dovrebbero essere molto vicini al protocollo sopra descritto.

Gli studenti possono utilizzare il test pressor freddo per esplorare ulteriormente gli aspetti degli effetti ambientali su BP e HR. Le domande che gli studenti potrebbero chiedere e testare includono quanto segue:

• Qual è la temperatura di soglia che innesca la risposta del pressore freddo?

• La temperatura di soglia varia da persona a persona?

• Varia in base al sesso, al gruppo razziale/etnico, al peso, all’età, ecc.?

• Diverse popolazioni variano nell’intensità della risposta?

• Ci sono altri fattori di stress che influenzano BP che potrebbero essere utilizzati per l’esplorazione?

Nota: se il freddo viene applicato sul viso, in particolare nella regione nasale, lo stimolo può innescare un riflesso di immersione, che è indicato da una diminuzione dell’HR (bradicardia) e da un aumento minimo o nullo della PA. Un esperimento di indagine potrebbe essere quello di far determinare agli studenti se la risposta CV al freddo varia in base a quale parte del corpo è esposta allo stimolo freddo.

Risorse aggiuntive

Per ulteriori informazioni su questo argomento, vedere Refs. 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, e 26.

SOVVENZIONI

Questo lavoro è stato sviluppato con il sostegno della National Science Foundation Grant DUE-041064.

DISCLOSURES

Nessun conflitto di interessi, finanziario o di altro tipo, sono dichiarati dall’autore(s).

CONTRIBUTI DELL’AUTORE