低温ストレスと低温昇圧試験

温度やその他の環境ストレス要因は、血圧(BP)や心拍数(HR)に影響を与えることが知られています。 この活動では、学生は環境ストレスに続くBPの変化を実証するために冷昇圧テストを実行します。 冷たいストレスのために、被験者は片手を氷水に1-2分間浸漬し、グループメンバーはベースラインから回復までの被験者のBPの変化を監視します。

背景

温度やその他の環境ストレス要因はHRとBPに影響を与えることが知られています。 例えば、突然、ますます痛みを伴う冷たいストレスは、交感神経系の大規模な排出およびノルエピネフリンの放出を引き起こす。 この共鳴した排出は細動脈の圧縮、高められたHRおよび高められた心臓contractilityを含んでいる心循環器(CV)システムの応答を誘発します。 これらの応答はBPを増加させるために結合します。 これは昇圧応答（21）として知られており、この方法で冷たいストレスを持つ被験者をテストすることは、低温昇圧試験として知られています。 低温昇圧試験は、左心室機能を評価するためのストレステストとして臨床的に使用されている（15）。 この試験は、心臓自律神経機能を評価するためにも使用され（24）、実験的疼痛刺激としても使用される（23）。

この試験は、かつて高血圧（高血圧）の被験者をスクリーニングするための指標として提案されていた（8、16）。 いくつかの研究は、低温昇圧試験に対するCV応答が高血圧の将来の発症を予測できることを示している。 黒と白の大人と子供の研究は、早期の高血圧を発症するリスクが高い黒人の被験者は、白人の被験者よりも低温昇圧試験に対して強い血管反応を示 低温昇圧試験は、正常な被験者の冠状動脈を拡張するが、高血圧の被験者の冠状動脈を収縮させることが示されている（1）。 ある研究（14）は、無症候性2型糖尿病患者におけるその後の有害なCVイベント（例えば、脳卒中または心臓発作）を予測するために、低温昇圧試験誘発性冠 おそらく、血管収縮は内皮機能不全と関連しており、その結果、長期的なCV病理が生じる。

学習目標

この活動が完了すると、学生は以下のことを行うことができるはずです:

1. 冷たい昇圧テストへのBPの応答の基礎となる生理学的な制御細道を記述し、説明して下さい

2. 仮説を作成し、それをテストするための実験を計画します

3. データを収集および分析し、適切な結論を導き出す

4. 将来の探索を改善するための実験設計を批判する

活動レベル

この活動は、生理学、解剖生理学、一般生物学、人間生物学、名誉生物学、高等学校から専門学校までの高度な配置生物学など、様々なコースで役立

前提条件学生の知識またはスキル

この活動を行う前に、学生は以下の基本的な理解を持っている必要があります:

1. HRおよびBPに影響を与える生理学的要因

2. 自律神経系の経路と応答

3. 体内の感覚受容体の種類とそれらがどこにあるのか

学生は次のことを行う方法を知っている必要があります:

1. 血圧計/BPカフおよび聴診器または自動化されたデータ収集システムとの測定BP

2. 手動または指の脈拍のトランスデューサーとの測定の脈拍数、

所要時間

反射の簡単なデモンストレーションには<1時間かかります。 学生が調査活動としてこれを行っている場合は、被験者の数に応じて、背景文献研究のために少なくとも1時間（研究室または研究室の前）、実験の計画と設計のために30分、およびデータ収集のために1-2時間を許可してください。

機器および消耗品

必要な機器（1セット/グループ）。

この活動には以下の機器が必要です:

1. 血圧計/BPカフまたは電子同等物

2. 聴診器

3. 水のバケツ/鍋

4. 氷

5. 4°C低く測定できる温度計

6. 秒単位で読み取ることができる時計または時計

オプション機器（1セット/グループ）。

この活動には以下の機器がオプションです:

1. ECGまたはHRのモニター;互い違いに、生理学的なデータ収集ソフトウェアが付いているコンピュータ（例えば。、ADの器械、Biopac、またはiworx）と指の脈拍のトランスデューサーおよび血圧計のトランスデューサーは使用することができます

2. 冷やされていた水浴

3. ストップウォッチ

ヒト被験者承認

この非侵襲的実験は、テキサス大学（テキサス州オースティン）のInstitutional Review Boardによって免除された教育活動とみなされています。 この活動の採用者は、彼らの自宅の機関から人間の被験者の研究の許可を得るための責任があります。 “動物と人間を対象とした研究のための指針”の概要については、を参照してくださいwww.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

指示

1. 準備：機器を収集します。 追加の準備やフォローアップ時間は必要ありません。 サンプルデータ収集シートを表1に示します。

2. 4℃で維持することができる氷と水のパンを準備する。: あなたは4-10℃の範囲で水を使用し、応答を見ることを期待することができます。

3. 生徒に氷の水を見せ、水に手を浸すことがCVシステムに及ぼす影響を予測する仮説/仮説を書くように依頼します。 彼らは、BPの自律制御と体温調節について知っていることに基づいて、BP、HR、および血流に対する冷ストレスの影響の予測を含める必要があります。 たとえば、次のような予測があります: 「寒さの中で、皮膚の血管は体表面全体の熱損失を制限するために収縮し、この血管収縮はBPを増加させるはずです。”

4. 被験者に背中（仰臥位）に横になるか、5分間静かに座るように依頼してください。 可能であれば仰臥位を使用することが好ましい。

5. 正常なレベルを定めるためにBPおよびHRを二から三回取って下さい。 収縮したBPカフを腕に残す。

6. 袖口のない腕を使用して、被験者の手を氷水に浸し、そこに2分間放置します。 寒さがあまりにも苦痛になった場合、被験者はいつでも手を撤回することができます。

7. BPとHRを30秒ごとに2分間決定する。 注:臨床冷たい昇圧テストの多数は液浸の1分だけ使用します。 被験者が2分間のテストで手が痛みすぎることを発見した場合は、テストを1分間に短縮します。 実験は、手の代わりに足で行うこともできます。

8. 氷の水から被験者の手を取り除く。

9. 収縮期および拡張期BPsを直ちに測定し、BPおよび脈拍が正常に戻るまで30秒間隔で脈拍数を数えます。

10. 浸漬前に得られたデータから平均正常収縮期および拡張期BPsを計算する。 浸漬中または浸漬後に得られた最高の読み取り値から平均preimmersion圧力を減算します。＜2523＞＜9106＞＊ＢＰの変化は、ＢＰ不安定性または反応性の指標を提供する。＜2523＞＜9106＞収縮期血圧が25mmHg以上上昇した被験者、または拡張期血圧が20mmHg以上上昇した被験者は、過剰反応性であると考えられる（25）。

連続モニタリング方法

おそらくこの実験の最も困難な技術的側面は、BPの迅速なシリアル測定を行う必要があります。 学生が血圧計のトランスデューサーが付いているコンピュータ化されたデータ収集システムを使用すれば、次記述されているように連続的な読書のBPの変

1. 血圧計のカフが漏れてはいけません。 これをテストするには、カフを被験者の収縮期血圧より下の圧力に膨らませ、ネジを締めます。 BPが一定のままであることを確認するために、コンピュータの画面上のトレースを見てください。 カフを収縮させます。

2. 安静時の被験者からの測定値を使用して、平均BPを次のように計算します：平均BP=拡張期BP+1/3脈圧、ここで、脈圧=収縮期BP−拡張期BP。

3. 実験を開始する準備ができたら、カフを被験者の上に置き、被験者の平均血圧より≤5mmHg下に膨らませます。 ゴム製球根のねじをきつく締めることによってこの価値でBPの定数を保持して下さい。

録音を開始します。 各圧力波がカフの下を通過するときに、トレース上の小さな圧力パルスを観察する必要があります。 必要に応じてy軸の感度を上げます。 記録上のトレースを使用すると、収縮期血圧の変化だけでなく、記録のベースラインの変化を見ることができます。

安全上の考慮事項

以下のいずれかの条件を持つ個人は、対象となるべきではありません:

1. 履歴書-職務経歴書

2. 神経学的障害

3. 喫煙者

4. 最近摂取したカフェイン

冷たい水があまりにも痛みを伴う場合は、すぐに手を離し、テスト期間の終わりまで待たないようにすることを強調して伝える必要があります。

被験者が腕の痛みを訴えた場合は、直ちにカフを収縮させます。

トラブルシューティング

このアクティビティの潜在的な問題と解決策を表2に示します。

結果

期待される結果

動脈BPおよびHRは、冷たい水に手を浸している間に増加し、手を取り除いた後に正常に戻るはずです（図。 1).

学生作品の評価

学生はデータをグラフとして提示する必要があります。 収縮期血圧と拡張期血圧の値をプロットし、平均血圧を計算してプロットすることができます。 それらはグラフ用紙の同じ部分の別の軸線のHRデータを含むかもしれない。

学生にデータをプールさせ、コンパイルされたクラスデータを使用してグラフを作成させることは、人間の集団に固有の変動性を観察する機会を与える クラスに統計が含まれている場合は、学生がデータに対して対になった学生のT検定と対になっていない学生のT検定の両方を実行して、対になっていないt検定で分析したときに有意な前後の差を示す可能性がある可変母集団において、対になったt検定がどのように有意性を示すことができるかを示すようにします。

研究室レポートへの質問

質問1.

どちらが大きかった：収縮期血圧または拡張期血圧に対する寒さの影響？ 何がこれを説明するかもしれませんか？

答えろ

この文献は、収縮期血圧に対する効果がより大きいと予測している。 交感神経神経支配は、収縮期血圧に影響を与える心臓収縮性を増加させる。

質問2.

HRの変化は自律神経系によって媒介されるのか？ もしそうなら、どの支店？

質問3.

低温昇圧試験中に圧受容体反射は機能していますか？ あなたの答えをサポートするために証拠を使用してください。

答えろ

いいえ、圧受容体反射は機能していません。 もしそうであれば、BPの増加はHRの反射的減少をもたらすであろう.

質問4.

低温昇圧試験が機能する生理的メカニズムは何ですか？ 冷たい水への手の刺激から始まり、BPの増加で終わるプロセスの詳細なマップを作成します。

お問い合わせお申し込み

説明書に書かれているようにテストを行う場合、この活動は”料理書”研究室です。 問い合わせレベルを上げるために、教師は、生徒が体のどの部分を寒さにさらすか（以下の注意を参照）、どの温度の水を使用するか、身体の部分を寒さに曝すかを決定できるようにすることができます。 学生はまた、それが応答をトリガする皮膚上の水の圧力である可能性を排除するために、このテストを制御する方法を尋ねることができます（回答：

さらに高いレベルの問い合わせのために、学生は自分で低温昇圧試験について学び、それをテストするための実験を設計するように求められます。 これを行うには、PubMedを使用して文献を検索する必要があります（www.pubmed.com）そして冷たい昇圧テストの出版された記事を読んで下さい。 文献は、学生が設計した実験が上記のプロトコルに非常に近いはずであるというプロトコルについて十分に明示的である。

学生は、低温昇圧テストを使用して、BPとHRに対する環境影響の側面をさらに探求することができます。:

• 低温昇圧応答を引き起こすしきい値温度は何ですか？

• しきい値の温度は人によって異なりますか？

• それは性別、人種/民族、体重、年齢などによって異なりますか？?

• 異なる集団は、応答の強さに変化するのですか？

• 探査に使用できるBPに影響を与える他のストレッサーはありますか？

注：寒さが顔、特に鼻の領域に適用される場合、刺激は、HR（徐脈）の減少およびBPのほとんどまたはまったく増加によって示されるダイビング反射を引き起こ 1つの調査実験は、寒さに対するCV応答が身体のどの部分が寒さ刺激にさらされているかによって変化するかどうかを学生に判断させることです。

その他の参考文献

このトピックに関する追加情報については、参考文献を参照してください。 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, そして26。

助成金

この研究は、国立科学財団助成金DUE-041064の支援を受けて開発されました。

開示

財務的またはその他の利益相反は、著者によって宣言されていません。

著者の貢献