zimny stres i test zimnego ciśnienia

temperatura i inne stresory środowiskowe wpływają na ciśnienie krwi (BP) i tętno (HR). W tym ćwiczeniu uczniowie wykonują test ciśnienia na zimno, aby zademonstrować zmiany w BP, które następują po stresie środowiskowym. W przypadku zimnego stresu Tester zanurza jedną rękę w lodowatej wodzie na 1-2 minuty, podczas gdy członkowie grupy monitorują zmiany ciśnienia krwi testera od poziomu podstawowego do powrotu do zdrowia.

Tło

temperatura i inne stresory środowiskowe mają wpływ na HR i BP. Na przykład nagły i coraz bardziej bolesny stres zimny powoduje ogromne rozładowanie współczulnego układu nerwowego i uwalnianie noradrenaliny. Ten sympatyczny absolutorium wyzwala odpowiedzi w układzie sercowo-naczyniowym (CV), które obejmują zwężenie tętniczek, zwiększenie HR, i zwiększenie kurczliwości serca. Te odpowiedzi łączą się w celu zwiększenia BP. Jest to znane jako odpowiedź pressora (21), a testowanie podmiotu z zimnym stresem w ten sposób jest znane jako test pressora na zimno. Test ciśnienia na zimno był stosowany klinicznie jako test stresowy do oceny funkcji lewej komory (15). Test jest również wykorzystywany do oceny funkcji autonomicznego układu krążenia (24) oraz jako eksperymentalny bodziec bólowy (23).

test był kiedyś sugerowany jako wskaźnik dla osób przesiewowych w kierunku nadciśnienia tętniczego (wysokie ciśnienie krwi) (8, 16). Kilka badań wykazało, że odpowiedź CV na test zimnego ciśnienia może przewidywać przyszły rozwój nadciśnienia. Badania czarno-białych dorosłych i dzieci wykazały, że osoby czarne, które są w grupie zwiększonego ryzyka rozwoju wczesnego nadciśnienia, wykazują silniejsze reakcje naczyniowe na test zimnego ciśnienia niż osoby białe (10). Wykazano, że test ciśnienia na zimno rozszerza tętnice wieńcowe u zdrowych osób, ale zwęża tętnice wieńcowe u osób z nadciśnieniem tętniczym (1). W jednym badaniu (14) zastosowano indukowane zimnym ciśnieniem zwężenie naczyń wieńcowych w celu skutecznego przewidywania kolejnych niepożądanych zdarzeń sercowo-naczyniowych (np. udaru mózgu lub zawału serca) u bezobjawowych pacjentów z cukrzycą typu 2. Przypuszczalnie zwężenie naczyń wiąże się z dysfunkcją śródbłonka, co skutkuje długotrwałą patologią CV.

cele uczenia się

po zakończeniu tego działania uczniowie powinni być w stanie wykonać następujące czynności:

1. Opisz i wyjaśnij fizjologiczne szlaki kontrolne leżące u podstaw odpowiedzi BP na test zimnego ciśnienia

2. Opracuj hipotezę i zaprojektuj eksperyment, aby ją przetestować

3. Zbieraj i analizuj dane oraz wyciągaj odpowiednie wnioski

4. Krytyka eksperymentalnego projektu w celu poprawy przyszłych poszukiwań

poziom aktywności

to działanie byłoby przydatne w różnych kursach, w tym fizjologii, anatomii i fizjologii, biologii ogólnej, biologii człowieka, biologii Honorowej lub biologii zaawansowanej od szkoły średniej po szkołę zawodową.

wymagana wiedza lub umiejętności ucznia

przed wykonaniem tego działania uczniowie powinni mieć podstawową wiedzę na temat następujących zagadnień:

1. Czynniki fizjologiczne wpływające na HR i BP

2. Drogi i odpowiedzi autonomicznego układu nerwowego

3. Rodzaje receptorów sensorycznych w organizmie i gdzie znajdują się

uczniowie powinni wiedzieć, jak wykonać następujące czynności:

1. Pomiar BP za pomocą sfigmomanometru / mankietu BP i stetoskopu lub za pomocą automatycznego systemu akwizycji danych

2. Pomiar częstotliwości tętna, ręcznie lub za pomocą przetwornika pulsu palcowego

wymagany czas

prosty pokaz odruchu zajmuje < 1 h. Jeśli uczniowie robią to jako aktywność badawcza, poświęć co najmniej 1 h (w laboratorium lub przed laboratorium) na badania literatury w tle, 30 minut na planowanie i projektowanie eksperymentu oraz 1-2 godziny na zbieranie danych, w zależności od liczby przedmiotów.

sprzęt i materiały eksploatacyjne

wymagany sprzęt (1 zestaw / Grupa).

do tej czynności wymagany jest następujący sprzęt:

1. Sfigmomanometr / mankiet BP lub odpowiednik elektroniczny

2. Stetoskop

3. Wiadro/patelnia na wodę

4. Lód

5. Termometr, który może mierzyć nawet 4°C

6. Zegar lub zegarek, który można odczytać w kilka sekund

wyposażenie opcjonalne (1 zestaw / Grupa).

następujące wyposażenie jest opcjonalne dla tej działalności:

1. Monitor EKG lub HR; na przemian komputer z oprogramowaniem do gromadzenia danych fizjologicznych (np., Ad Instruments, Biopac lub iWorx) oraz przetwornik pulsu palca i przetwornik sfigmomanometru mogą być używane

2. Chłodnicza łaźnia wodna

3. Stoper

akceptacja ludzi

ten nieinwazyjny eksperyment jest uważany za wyłączoną działalność edukacyjną przez Institutional Review Board of the University of Texas (Austin, TX). Osoby przyjmujące tę działalność są odpowiedzialne za uzyskanie zgody na badania na ludziach ze swojej macierzystej instytucji. Streszczenie “przewodnich zasad badań z udziałem zwierząt i ludzi” znajduje się w www.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

instrukcje

1. Przygotowanie: zebrać sprzęt. Nie jest wymagany dodatkowy czas przygotowania lub obserwacji. Przykładowy arkusz zbierania danych przedstawiono w tabeli 1.

2. Przygotować naczynie z lodem i wodą, które można utrzymać w temperaturze 4°C. Uwaga: możesz użyć wody w zakresie 4-10°C i spodziewać się odpowiedzi.

3. Pokaż uczniom lodowatą wodę i poproś ich o napisanie hipotezy / hipotez przewidujących wpływ zanurzenia ręki w wodzie na system CV. Powinny one zawierać przewidywanie wpływu zimnego stresu na BP, HR i przepływ krwi w oparciu o to, co wiedzą o autonomicznej kontroli BP i termoregulacji. Na przykład jedna z prognoz może wyglądać następująco: “Na zimno, skórne naczynia krwionośne zwężają się, aby ograniczyć straty ciepła na powierzchni ciała, a to zwężenie naczyń powinno zwiększyć ciśnienie krwi.”

4. Poproś testera, aby leżał na plecach (na plecach) lub siedział cicho przez 5 minut. Preferowane jest użycie pozycji leżącej, jeśli jest to możliwe.

5. Weź ciśnienie i HR dwa do trzech razy, aby określić normalny poziom. Zostaw odcięty mankiet na ramieniu.

6. Używając ramienia bez mankietu, zanurz dłoń testera w lodowatej wodzie i pozostaw ją tam na 2 minuty. Jeśli przeziębienie stanie się zbyt bolesne, tester może wycofać rękę w dowolnym momencie.

7. Określać ciśnienie i HR co 30 s przez 2 min. Uwaga: wiele klinicznych testów ciśnieniowych na zimno wykorzystuje tylko 1 min zanurzenia. Jeśli tester stwierdzi, że ręka staje się zbyt bolesna na 2-minutowy test, skróć test do 1 minuty. Eksperyment można również wykonać stopą zamiast ręką.

8. Wyjmij rękę testera z lodowatej wody.

9. Natychmiast zmierz skurczowe i rozkurczowe ciśnienie tętnicze i policz tętno w odstępach 30-s, aż ciśnienie i puls powrócą do normy.

10. Obliczyć średni prawidłowy skurczowy i rozkurczowy BPs na podstawie danych uzyskanych przed zanurzeniem. Należy odjąć średnie ciśnienie preimmersyjne od najwyższych odczytów uzyskanych podczas zanurzenia lub po zanurzeniu.

change zmiana BP zapewnia wskaźnik labilności BP lub reaktywności.

pacjenci, u których ciśnienie skurczowe wzrasta o 25 lub więcej mmHg Lub których ciśnienie rozkurczowe wzrasta o 20 lub więcej mmHg, są uważani za hiperreaktywnych (25).

metoda ciągłego monitorowania

prawdopodobnie najtrudniejszym aspektem technicznym tego eksperymentu jest konieczność wykonania szybkich seryjnych pomiarów BP. Jeśli uczniowie używają skomputeryzowanego systemu akwizycji danych z przetwornikiem sfigmomanometru, możliwe jest monitorowanie zmian BP przy ciągłych odczytach, jak opisano poniżej.

1. Mankiet sfigmomanometru nie może przeciekać. Aby to sprawdzić, napompuj mankiet do ciśnienia poniżej skurczowego BP testera i dokręć śrubę. Obserwuj ślad na ekranie komputera, aby upewnić się, że BP pozostaje stała. Opróżnij mankiet.

2. Korzystając z pomiarów z obiektu w stanie spoczynku, Oblicz średnie ciśnienie w następujący sposób: średnie ciśnienie = ciśnienie rozkurczowe + 1/3 ciśnienia pulsu, gdzie ciśnienie pulsu = ciśnienie skurczowe BP-ciśnienie rozkurczowe.

3. Kiedy eksperyment jest gotowy do rozpoczęcia, załóż mankiet na testera i nadmuchaj go do ∼5 mmHg poniżej średniego ciśnienia testera. Przytrzymaj stałą BP przy tej wartości, dokręcając śrubę na gumowej żarówce.

Rozpocznij nagrywanie. Należy obserwować małe impulsy ciśnienia na śladu, jak każda fala ciśnienia przechodzi pod mankietem. W razie potrzeby zwiększyć czułość osi Y. Ślad na nagraniu pozwoli Ci zobaczyć zmiany ciśnienia skurczowego, a także zmiany w linii podstawowej nagrania.

względy bezpieczeństwa

osoby z którymkolwiek z poniższych warunków nie powinny być przedmiotem:

1. Zaburzenia układu sercowo-naczyniowego

2. Zaburzenia neurologiczne

3. Palacze

4. Ostatnio spożywana kofeina

uczniom należy dobitnie powiedzieć, że jeśli zimna woda stanie się zbyt bolesna, powinni natychmiast usunąć rękę i nie czekać do końca okresu testowego.

Ostrzegaj uczniów przed zbyt długim opuszczeniem mankietu. Jeśli podmiot skarży się na ból w ramieniu, natychmiast opróżnij mankiet.

Rozwiązywanie problemów

potencjalne problemy i rozwiązania tego działania przedstawiono w tabeli 2.

wyniki

oczekiwane wyniki

ciśnienie tętnicze i HR powinny wzrosnąć podczas zanurzenia dłoni w zimnej wodzie, a następnie powrócić do normy po usunięciu dłoni (rys. 1).

ocena pracy ucznia

uczniowie powinni przedstawić swoje dane w postaci wykresów. Mogą wykreślić wartości skurczowe i rozkurczowe BP, a następnie obliczyć i wykreślić średnie BP. Mogą one zawierać dane HR na osobnej osi na tym samym kawałku papieru graficznego.

często przydatne jest, aby uczniowie łączyli swoje dane i robili wykresy za pomocą skompilowanych danych klasowych, ponieważ daje im to możliwość obserwowania zmienności nieodłącznej w populacji ludzi. Jeśli klasa zawiera statystyki, niech uczniowie wykonują zarówno sparowane, jak i nieparowane testy T ucznia na danych, aby pokazać, w jaki sposób sparowany test t może wykazywać znaczenie w zmiennej populacji, która może, ale nie musi, wykazywać znaczące różnice przed-po analizie z nieparowanym testem T.

pytania do raportu laboratoryjnego

Pytanie 1.

co było większe: wpływ przeziębienia na ciśnienie skurczowe czy rozkurczowe? Co może to wyjaśniać?

odpowiedz.

Literatura przewiduje, że wpływ na ciśnienie skurczowe jest większy. Unerwienie współczulne zwiększy kurczliwość serca, co wpływa na ciśnienie skurczowe.

Pytanie 2.

czy za zmianami HR odpowiedzialny jest autonomiczny układ nerwowy? Jeśli tak, to która gałąź?

pytanie 3.

czy odruch baroreceptorowy działa podczas testu zimnego ciśnienia? Użyj dowodów na poparcie swojej odpowiedzi.

odpowiedz.

Nie, odruch baroreceptorowy nie działa. Gdyby tak było, wzrost BP spowodowałby odruchowy spadek HR.

Pytanie 4.

jakie są mechanizmy fizjologiczne, za pomocą których działa test zimnego ciśnienia? Zrób szczegółową mapę procesu, zaczynając od bodźca ręki do zimnej wody, a kończąc na zwiększonym ciśnieniu.

Zapytania ofertowe

gdy test jest przeprowadzany zgodnie z zapisem w instrukcji, ta czynność jest laboratorium “książki kucharskiej”. Aby zwiększyć poziom zapytania, nauczyciel może pozwolić uczniom zdecydować, która część ciała ma być wystawiona na zimno (patrz uwaga poniżej), jakiej temperatury wody używać i jak długo wystawiać część ciała na zimno. Uczniowie mogą również zostać zapytani, jak kontrolować ten test, aby wykluczyć możliwość, że to ciśnienie wody na skórze wyzwala odpowiedź (odpowiedź: powtórz test z temperaturą ciała lub cieplejszą wodą).

aby uzyskać jeszcze wyższy poziom wiedzy, uczniowie proszeni są o samodzielne zapoznanie się z testem zimnego ciśnienia i zaprojektowanie eksperymentu, aby go przetestować. Aby to zrobić, muszą przeszukiwać literaturę za pomocą PubMed (www.pubmed.com) i przeczytać opublikowane artykuły na temat testu zimnego ciśnienia. Literatura jest wystarczająco wyraźna na temat protokołu, że eksperymenty zaprojektowane przez studentów powinny być bardzo zbliżone do protokołu opisanego powyżej.

uczniowie mogą wykorzystać test zimnego ciśnienia do dalszego zbadania aspektów wpływu środowiska na BP i HR. pytania, które uczniowie mogą zadać i przetestować, obejmują następujące:

• Jaka jest temperatura progowa, która wywołuje reakcję zimnego ciśnienia?

• czy temperatura progowa różni się w zależności od osoby?

• czy różni się od płci, grupy rasowej/etnicznej, wagi, wieku itp.?

• czy różne populacje różnią się intensywnością reakcji?

• czy istnieją inne stresory, które wpływają na BP, które można wykorzystać do eksploracji?

Uwaga: w przypadku zastosowania przeziębienia Na twarz, szczególnie w okolicy nosa, bodziec może wywołać odruch nurkowy, na który wskazuje zmniejszenie HR (bradykardia) i niewielki lub żaden wzrost BP. Jednym z eksperymentów badawczych może być ustalenie, czy odpowiedź CV na zimno różni się w zależności od tego, która część ciała jest narażona na zimny bodziec.

dodatkowe zasoby

aby uzyskać dodatkowe informacje na ten temat, zobacz Refs. 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, i 26.

granty

praca ta została opracowana przy wsparciu Narodowego Funduszu Nauki Grant DUE-041064.

ujawnienia

Autor(autorzy) nie deklarują żadnych konfliktów interesów, finansowych lub innych.

wkład autora