Koudestress en de kouddruktest

temperatuur en andere omgevingsstressoren de bloeddruk (BP) en de hartslag (HR) beïnvloeden. In deze activiteit voeren de studenten de koude pressor test uit om de veranderingen in BP aan te tonen die een omgevingsstress volgen. Voor koude stress dompelt de proefpersoon 1-2 minuten met één hand in ijswater, terwijl groepsleden veranderingen in de bloeddruk van de proefpersoon vanaf baseline tot herstel monitoren.

Achtergrond

temperatuur en andere omgevingsstressoren kunnen HR en BP beïnvloeden. Bijvoorbeeld, plotselinge en steeds pijnlijker koude stress veroorzaakt massale afscheiding van het sympathische zenuwstelsel en afgifte van noradrenaline. Deze sympathische ontlading triggers reacties in het cardiovasculaire (CV) systeem die arteriolar vernauwing, verhoogde HR, en verhoogde cardiale contractiliteit omvatten. Deze reacties combineren om BP te verhogen. Dit is bekend als de pressorrespons (21), en het testen van een persoon met koude stress op deze manier is bekend als de koude pressor test. De koude pressor test is klinisch gebruikt als een stresstest om de linkerventrikelfunctie te beoordelen (15). De test wordt ook gebruikt om de cardiale autonome functie te evalueren (24) en als een experimentele pijnstimulus (23).

de test werd ooit voorgesteld als een index voor screening van proefpersonen op hypertensie (hoge bloeddruk) (8, 16). Verschillende studies hebben aangetoond dat de CV-respons op de koude pressor test de toekomstige ontwikkeling van hypertensie kan voorspellen. Onderzoeken bij zwart-witte volwassenen en kinderen hebben aangetoond dat zwarte proefpersonen, die een verhoogd risico lopen op het ontwikkelen van vroege hypertensie, sterkere vasculaire reacties vertonen op de koude-bloeddrukmeter dan blanke proefpersonen (10). Het is aangetoond dat de koude pressor test de kransslagaders van normale proefpersonen verwijdt, maar de kransslagaders van hypertensieve proefpersonen vernauwt (1). In één studie (14) werd gebruik gemaakt van coronaire vasoconstrictie door een koude pressortest om latere bijwerkingen van het CV (bijv. beroerte of hartaanval) bij asymptomatische type 2 diabetespatiënten met succes te voorspellen. Vermoedelijk wordt de vasoconstrictie geassocieerd met endotheliale dysfunctie die resulteert in CV-pathologie op lange termijn.

leerdoelstellingen

na voltooiing van deze activiteit moeten leerlingen de volgende mogelijkheden hebben::

1. Beschrijf en verklaar de fysiologische controlemoutes die ten grondslag liggen aan de BP-respons op de koude pressortest

2. Ontwikkel een hypothese en ontwerp een experiment om het te testen

3. Gegevens verzamelen en analyseren en passende conclusies trekken

4. Kritiek op experimenteel ontwerp om toekomstige verkenningen te verbeteren

activiteitsniveau

deze activiteit zou nuttig zijn in een verscheidenheid van cursussen, waaronder fysiologie, anatomie en fysiologie, algemene biologie, menselijke biologie, honors biology, of geavanceerde plaatsing biologie van de middelbare school tot de professionele school.

Prerequisite Student Knowledge or Skills

voordat deze activiteit wordt uitgevoerd, moeten studenten een basiskennis hebben van de volgende zaken::

1. Fysiologische factoren die HR en BP beïnvloeden

2. Wegen en reacties van het autonome zenuwstelsel

3. De soorten sensorische receptoren in het lichaam en waar ze worden gevonden

studenten moeten weten hoe ze het volgende moeten doen:

1. BP meten met een bloeddrukmeter / BP-manchet en stethoscoop of met een geautomatiseerd gegevensverzamelingssysteem

2. Meet de polsslag handmatig of met een vingerpulsomvormer

tijd

een eenvoudige demonstratie van de reflex duurt <1 uur. Als studenten dit doen als een onderzoeksactiviteit, laat ten minste 1 uur (in het laboratorium of voor het laboratorium) voor het achtergrondliteratuuronderzoek, 30 minuten voor het plannen en ontwerpen van het experiment, en 1-2 uur voor het verzamelen van gegevens, afhankelijk van het aantal proefpersonen.

uitrusting en benodigdheden

vereiste apparatuur (1 set/groep).

de volgende apparatuur is vereist voor deze activiteit:

1. Een bloeddrukmeter / bloeddrukmanchet of een elektronisch equivalent

2. Een stethoscoop

3. Een water emmer / pan

4. Ijs

5. Een thermometer die tot 4°C kan meten

6. Een klok of horloge dat in seconden kan worden gelezen

Optionele uitrusting (1 set/groep).

de volgende apparatuur is facultatief voor deze activiteit:

1. Een ECG-of HR-monitor; afwisselend een computer met fysiologische data-acquisitiesoftware (bijv., AD instrumenten, Biopac, of iWorx) plus vinger puls transducer en bloeddrukmeter transducer kunnen worden gebruikt

2. Een koelwaterbad

3. Een stopwatch

dit niet-invasieve experiment wordt door de Institutional Review Board van de Universiteit van Texas (Austin, TX) als een vrijgestelde onderwijsactiviteit beschouwd. Adoptanten van deze activiteit zijn verantwoordelijk voor het verkrijgen van toestemming voor menselijke proefpersonen onderzoek van hun thuisinstelling. Voor een samenvatting van” Guiding Principles for Research Involving Animals and Human Beings”, zie: www.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

instructies

1. Voorbereiding: verzamel apparatuur. Er is geen extra voorbereidings-of vervolgtijd nodig. Tabel 1 bevat een voorbeeld van een gegevensverzamelingsblad.

2. Bereid een pan met ijs en water die op 4°C kan worden gehouden.: u kunt water gebruiken in het bereik van 4-10°C en verwachten een reactie te zien.

3. Laat de leerlingen het ijswater zien en vraag hen om een hypothese/hypothesen te schrijven die het effect voorspellen dat het onderdompelen van een hand in het water zal hebben op het CV-systeem. Ze moeten een voorspelling van de impact van koude stress op BP, HR, en de bloedstroom op basis van wat ze weten over de autonome controle van BP en over thermoregulatie. Bijvoorbeeld, een voorspelling zou kunnen zijn als volgt: “In de koude, cutane bloedvaten vernauwen om warmteverlies te beperken over het lichaamsoppervlak, en deze vasoconstrictie moet verhogen BP.”

4. Vraag het onderwerp om op zijn/haar rug (rugligging) te liggen of 5 minuten rustig te zitten. Het is verkieslijk om, waar mogelijk, de liggende positie te gebruiken.

5. Neem BP en HR twee tot drie keer om normale niveaus te bepalen. Laat de BP manchet leeglopen op de arm.

6. Dompel met de arm zonder manchet de hand van het onderwerp onder in het ijswater en laat het daar 2 minuten staan. Als de verkoudheid te pijnlijk wordt, kan het onderwerp de hand op elk moment terugtrekken.

7. Bepaal BP en HR elke 30 s gedurende 2 min. Opmerking: veel van de klinische koude drukproeven gebruiken slechts 1 min onderdompeling. Als proefpersonen vinden dat de hand te pijnlijk wordt voor een test van 2 minuten, verkort de test tot 1 min. Het experiment kan ook worden gedaan met de voet in plaats van de hand.

8. Haal z ‘ n hand uit het ijswater.

9. Meet onmiddellijk de systolische en diastolische BPs en tel de polsslag met intervallen van 30 s totdat de bloeddruk en de pols weer normaal zijn.

10. Bereken de gemiddelde normale systolische en diastolische BPs op basis van de gegevens die vóór onderdompeling zijn verkregen. Trek de gemiddelde pre-immersiedruk af van de hoogste waarden die tijdens of na onderdompeling worden verkregen.

∙de verandering in BP geeft een index van de labiliteit of reactiviteit van BP.

∙patiënten bij wie de systolische BP met 25 of meer mmHg toeneemt of bij wie de diastolische BP met 20 of meer mmHg toeneemt, worden als hyperreactief beschouwd (25).

Continuous Monitoring Method

waarschijnlijk het moeilijkste technische aspect van dit experiment is de noodzaak om snelle seriële metingen van BP uit te voeren. Als studenten gebruik maken van een geautomatiseerd data-acquisitie systeem met een sfygmomanometer transducer, kan het mogelijk zijn om veranderingen in BP te controleren met continue metingen, zoals hieronder beschreven.

1. De manchet van de bloeddrukmeter mag niet lekken. Om hierop te testen, blaast u de manchet op tot een druk onder de systolische bloeddruk van het onderwerp en zet u de schroef vast. Bekijk het spoor op het computerscherm om ervoor te zorgen dat BP constant blijft. Laat de manchet leeglopen.

2. Met behulp van metingen van uw proefpersoon in rust, bereken de gemiddelde BP als volgt: gemiddelde BP = diastolische BP + 1/3 polsdruk, waarbij polsdruk = systolische BP-diastolische BP.

3. Wanneer het experiment klaar is om te beginnen, zet de manchet op het onderwerp en blaas het op tot ∼5 mmHg onder de gemiddelde BP van het onderwerp. Houd de BP constant op deze waarde door het aandraaien van de schroef op de rubberen bol.

start de opname. Je moet kleine drukpulsen op het spoor observeren terwijl elke drukgolf onder de manchet passeert. Verhoog de gevoeligheid van de y-as indien nodig. Het spoor op de opname zal u toelaten om veranderingen in systolische BP evenals variaties in de basislijn van de opname te zien.

veiligheidsoverwegingen

personen met een van de volgende aandoeningen dienen niet als patiënt:

1. CV-aandoeningen

2. Neurologische aandoeningen

3. Rokers

4. Onlangs ingenomen cafeïne

studenten moeten nadrukkelijk worden verteld dat als het koude water te pijnlijk wordt, ze de hand onmiddellijk moeten verwijderen en niet moeten wachten tot het einde van de testperiode.

waarschuw leerlingen dat de manchet te lang opgeblazen blijft. Als het onderwerp klaagt over pijn in de arm, laat de manchet onmiddellijk leeglopen.

problemen oplossen

potentiële problemen en oplossingen voor deze activiteit worden weergegeven in Tabel 2.

resultaten

verwachte resultaten

arteriële BP en HR moeten toenemen tijdens onderdompeling van de hand in koud water en daarna weer normaal worden nadat de hand is verwijderd (Fig. 1).

evaluatie van studentenwerk

studenten dienen hun gegevens als grafieken te presenteren. Ze kunnen systolische en diastolische BP-waarden plotten en dan de gemiddelde BP berekenen en plotten. Zij kunnen HR-gegevens op een afzonderlijke as op hetzelfde stuk grafiekpapier bevatten.

het is vaak nuttig om studenten hun gegevens te laten bundelen en hun grafieken te laten maken met behulp van gecompileerde klassengegevens, omdat dit hen de kans geeft om de variabiliteit die inherent is aan een populatie mensen te observeren. Als de klas statistieken bevat, laat de leerlingen zowel gepaarde als ongepaarde T-tests van de Student op de gegevens uitvoeren om te laten zien hoe een gepaarde t-test betekenis kan tonen in een variabele populatie die al dan niet significante voor-na verschillen kan tonen wanneer geanalyseerd met een ongepaarde t-test.

vragen voor het laboratoriumrapport

Vraag 1.

welke was groter: het effect van koude op de systolische BP of op de diastolische BP? Wat kan dit verklaren?

antwoord.

de literatuur voorspelt dat het effect groter is op de systolische bloeddruk. Sympathische innervatie zal cardiale contractiliteit verhogen, wat de systolische BP beïnvloedt.

vraag 2.

worden de veranderingen in HR gemedieerd door het autonome zenuwstelsel? Zo ja, welk filiaal?

vraag 3.

functioneert de baroreceptorreflex tijdens de koude-druktest? Gebruik bewijs om je antwoord te ondersteunen.

antwoord.

Nee, De baroreceptorreflex werkt niet. Als dat zo was, zou de verhoging van de BP resulteren in een reflex afname van HR.

vraag 4.

wat zijn de fysiologische mechanismen waarmee de koude drukproef werkt? Maak een gedetailleerde kaart van het proces beginnend met de stimulus van de hand in koud water en eindigend met verhoogde BP.

onderzoeksaanvragen

wanneer de test wordt uitgevoerd zoals beschreven in de instructies, is deze activiteit een “kookboek” – laboratorium. Om het onderzoeksniveau te verhogen, kan de leraar de leerlingen toestaan om te beslissen welk deel van het lichaam aan de kou wordt blootgesteld (zie onderstaande opmerking), welke temperatuur van het water te gebruiken en hoe lang het lichaamsdeel aan kou wordt blootgesteld. Studenten kunnen ook worden gevraagd hoe ze deze test moeten controleren om uit te sluiten dat het de druk van het water op de huid is die de reactie activeert (antwoord: herhaal de test met lichaamstemperatuur of warmer water).

voor een nog hoger niveau van onderzoek, wordt de leerlingen gevraagd om zelf te leren over de koude druk test en om een experiment te ontwerpen om het te testen. Om dit te doen, moeten ze zoeken in de literatuur met behulp van PubMed (www.pubmed.com) en lees gepubliceerde artikelen over de koude pressor test. De literatuur is expliciet genoeg over het protocol dat student-ontworpen experimenten zeer dicht bij het protocol hierboven beschreven moeten zijn.

studenten kunnen de koude druktest gebruiken om aspecten van milieueffecten op BP en HR verder te onderzoeken. vragen die studenten kunnen stellen en testen zijn onder meer de volgende::

• Wat is de drempeltemperatuur die de koude drukrespons veroorzaakt?

• verschilt de drempeltemperatuur van persoon tot persoon?

• verschilt het per geslacht, ras / etnische groep, gewicht, leeftijd, enz.?

• verschillen de populaties in de intensiteit van de respons?

• zijn er andere stressoren die BP beïnvloeden die kunnen worden gebruikt voor exploratie?

opmerking: als koude wordt toegepast op het gezicht, met name in het nasale gebied, kan de stimulus een duikreflex veroorzaken, wat wordt aangegeven door een afname van HR (bradycardie) en weinig of geen toename van de bloeddruk. Een onderzoeksexperiment zou kunnen zijn om studenten te laten bepalen of de CV-reactie op kou varieert afhankelijk van welk deel van het lichaam wordt blootgesteld aan de koude stimulus.

aanvullende bronnen

voor aanvullende informatie over dit onderwerp, zie Refs. 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, en 26.

subsidies

dit werk werd ontwikkeld met steun van de National Science Foundation Grant DUE-041064.

informatieverschaffing

door de auteur(s) worden geen financiële of andere belangenconflicten gemeld.

bijdragen van auteurs