Cold stress och cold pressor test

temperatur och andra miljöstressorer är kända för att påverka blodtrycket (BP) och hjärtfrekvensen (HR). I denna aktivitet utför eleverna cold pressor-testet för att visa förändringarna i BP som följer en miljöstress. För kall stress fördjupar ämnet en hand i isvatten i 1-2 minuter medan gruppmedlemmar övervakar förändringar i ämnets BP från baslinjen till återhämtning.

Bakgrund

temperatur och andra miljöstressorer är kända för att påverka HR och BP. Till exempel orsakar plötslig och alltmer smärtsam kall stress massiv urladdning av det sympatiska nervsystemet och frisättning av noradrenalin. Denna sympatiska urladdning utlöser svar i hjärt-kärlsystemet (CV) som inkluderar arteriolär förträngning, ökad HR och ökad hjärtkontraktilitet. Dessa svar kombineras för att öka BP. Detta är känt som pressor response (21), och att testa ett ämne med kall stress på detta sätt kallas cold pressor test. Kallpressortestet har använts kliniskt som ett stresstest för att bedöma vänster ventrikulär funktion (15). Testet används också för att utvärdera hjärt autonom funktion (24) och som en experimentell smärtstimulans (23).

testet föreslogs en gång som ett index för screeningpersoner för högt blodtryck (högt BP) (8, 16). Flera studier har visat att CV-svaret på kallpressortestet kan förutsäga den framtida utvecklingen av hypertoni. Studier av svarta och vita vuxna och barn har visat att svarta försökspersoner, som har ökad risk för att utveckla tidig hypertoni, visar starkare vaskulära reaktioner på kallpressortestet än vita försökspersoner (10). Kallpressortestet har visat sig utvidga kransartärerna hos normala personer men förtränga kransartärerna hos hypertensiva personer (1). En studie (14) använde kallpressortestinducerad koronar vasokonstriktion för att framgångsrikt förutsäga efterföljande negativa CV-händelser (t.ex. stroke eller hjärtinfarkt) hos asymptomatiska typ 2-diabetespatienter. Förmodligen är vasokonstriktionen associerad med endoteldysfunktion som resulterar i långvarig CV-patologi.

inlärningsmål

efter avslutad aktivitet ska eleverna kunna göra följande:

1. Beskriva och förklara de fysiologiska kontrollvägarna som ligger till grund för BP-svaret på kallpressortestet

2. Utveckla en hypotes och utforma ett experiment för att testa det

3. Samla in och analysera data och dra lämpliga slutsatser

4. Kritik experimentell design för att förbättra framtida utforskningar

aktivitetsnivå

denna aktivitet skulle vara användbar i en mängd olika kurser, inklusive fysiologi, anatomi och fysiologi, allmän biologi, humanbiologi, hedersbiologi eller avancerad Placeringsbiologi från gymnasiet genom yrkesskola.

förkunskapskrav Studentkunskaper eller färdigheter

innan du gör denna aktivitet ska eleverna ha en grundläggande förståelse för följande:

1. Fysiologiska faktorer som påverkar HR och BP

2. Autonoma nervsystemet vägar och svar

3. Typerna av sensoriska receptorer i kroppen och var de finns

eleverna bör veta hur man gör följande:

1. Mät BP med en sphygmomanometer / BP manschett och stetoskop eller med ett automatiserat datainsamlingssystem

2. Mät pulsfrekvensen, antingen manuellt eller med en fingerpulsgivare

tid som krävs

en enkel demonstration av reflexen tar <1 h. Om eleverna gör detta som en förfrågningsaktivitet, tillåta minst 1 h (i laboratoriet eller före laboratoriet) för bakgrundslitteraturforskningen, 30 min för planering och utformning av experimentet och 1-2 h för datainsamling, beroende på antalet ämnen.

utrustning och förnödenheter

nödvändig utrustning (1 set/grupp).

följande utrustning krävs för denna aktivitet:

1. En sphygmomanometer / BP manschett eller elektronisk ekvivalent

2. Ett stetoskop

3. En vattenhink / panna

4. Ice

5. En termometer som kan mäta så lågt som 4

6. En klocka eller klocka som kan läsas på några sekunder

tillvalsutrustning (1 set/grupp).

följande utrustning är valfri för denna aktivitet:

1. En EKG-eller HR-monitor; alternativt en dator med fysiologisk datainsamlingsprogramvara (t. ex. Ad-instrument, Biopac eller iWorx) Plus fingerpulsomvandlare och blodtrycksmätare kan användas

2. Ett kylt vattenbad

3. Ett stoppur

mänskliga ämnen godkännande

detta icke-invasiva experiment anses vara en undantagen utbildningsverksamhet av Institutional Review Board vid University of Texas (Austin, TX). Adoptörer av denna verksamhet är ansvariga för att få tillstånd för forskning om mänskliga ämnen från sin heminstitution. För en sammanfattning av “vägledande principer för forskning som involverar djur och människor”, se www.the-aps.org/mm/Publications/Ethical-Policies/Animal-and-Human-Research.

instruktioner

1. Förberedelse: samla utrustning. Ingen ytterligare förberedelse eller uppföljningstid krävs. Ett exempel på datainsamlingsblad visas i Tabell 1.

2. Förbered en panna med is och vatten som kan bibehållas vid 4 msk C. Obs: du kan använda vatten i 4-10 C-intervallet och förvänta dig att se ett svar.

3. Visa eleverna isvattnet och be dem skriva en hypotes/hypoteser som förutsäger effekten som nedsänkning av en hand i vattnet kommer att ha på CV-systemet. De bör innehålla en förutsägelse av effekterna av kall stress på BP, HR och blodflöde baserat på vad de vet om den autonoma kontrollen av BP och om termoregulering. Till exempel kan en förutsägelse vara följande: “I kylan stryker kutana blodkärl för att begränsa värmeförlusten över kroppsytan, och denna vasokonstriktion bör öka BP.”

4. Be personen att ligga på ryggen (liggande) eller sitta tyst i 5 minuter. Det är föredraget att använda den bakre positionen, där det är möjligt.

5. Ta BP och HR två till tre gånger för att bestämma normala nivåer. Lämna den deflaterade BP-manschetten på armen.

6. Använd armen utan manschetten, fördjupa motivets hand i isvattnet och lämna det där i 2 minuter. Om förkylningen blir för smärtsam kan personen dra tillbaka handen när som helst.

7. Bestäm BP och HR var 30: e sekund i 2 minuter. Många av de kliniska kalla pressortesterna använder endast 1 min nedsänkning. Om försökspersoner upptäcker att handen blir för smärtsam för ett 2-min-test, förkorta testet till 1 min. Experimentet kan också göras med foten istället för handen.

8. Ta bort motivets hand från isvattnet.

9. Mät omedelbart systolisk och diastolisk BPs och räkna pulsfrekvensen med 30-s-intervall tills BP och puls har återgått till normala.

10. Beräkna den genomsnittliga normala systoliska och diastoliska BPs från de data som erhållits före nedsänkning. Subtrahera det genomsnittliga preimmersionstrycket från de högsta avläsningarna som erhållits under eller efter nedsänkning.

0BP förändring ger index BP labilitet eller reaktivitet.

patienter med en ökning av systoliskt blodtryck med 25 eller mer mmHg eller diastoliskt blodtryck med 20 eller mer mmHg anses vara hyperreaktiva (25).

kontinuerlig övervakningsmetod

förmodligen den svåraste tekniska aspekten av detta experiment är nödvändigheten att ta snabba seriella mätningar av BP. Om eleverna använder ett datoriserat datainsamlingssystem med en sphygmomanometergivare kan det vara möjligt att övervaka förändringar i BP med kontinuerliga avläsningar, som beskrivs nedan.

1. Manschetten på sphygmomanometern får inte läcka. För att testa för detta, blåsa upp manschetten till ett tryck under motivets systoliska BP och dra åt skruven. Titta på spåret på datorskärmen för att se till att BP förblir konstant. Töm manschetten.

2. Använd mätningar från ditt ämne i vila, beräkna medelvärde BP enligt följande: medelvärde BP = diastoliskt BP + 1/3 pulstryck, där pulstryck = systoliskt BP − diastoliskt BP.

3. När experimentet är klart att börja, sätt manschetten på ämnet och blåsa upp det till 5 mmHg under ämnets genomsnittliga BP. Håll BP-konstanten vid detta värde genom att dra åt skruven på gummilampan.

starta inspelningen. Du bör observera små tryckpulser på spåret när varje tryckvåg passerar under manschetten. Öka Y-axelns känslighet om det behövs. Spåret på inspelningen gör att du kan se förändringar i systoliskt BP samt variationer i inspelningens baslinje.

säkerhetsöverväganden

personer med något av följande villkor bör inte fungera som ämne:

1. Kardiovaskulära störningar

2. Neurologiska störningar

3. Rökare

4. Nyligen intagit koffein

eleverna bör uttryckligen få veta att om det kalla vattnet blir för smärtsamt bör de ta bort handen omedelbart och inte vänta till slutet av testperioden.

Varna eleverna om att lämna manschetten uppblåst för länge. Om ämnet klagar över smärta i armen, töm manschetten omedelbart.

felsökning

potentiella problem och lösningar för denna aktivitet visas i Tabell 2.

resultat

förväntade resultat

arteriellt BP och HR bör öka under hand nedsänkning i kallt vatten och sedan återgå till det normala efter att handen har tagits bort (Fig. 1).

utvärdering av studentarbete

eleverna ska presentera sina data som grafer. De kan plotta systoliska och diastoliska BP-värden och sedan beräkna och plotta medelvärde BP. De kan inkludera HR-data på en separat axel på samma bit rutat papper.

det är ofta användbart att låta eleverna samla sina data och göra sina grafer med hjälp av sammanställd klassdata, eftersom detta ger dem möjlighet att observera variationen i en population av människor. Om klassen innehåller statistik, låt eleverna göra både Parade och oparade Studentens t-test på data för att visa hur ett parat t-test kan visa betydelse i en variabel population som kanske eller inte kan visa signifikanta före-efter skillnader när de analyseras med ett oparat t-test.

frågor till Laboratorierapporten

Fråga 1.

vilket var större: effekten av förkylning på systoliskt BP eller på diastoliskt BP? Vad kan stå för detta?

svar.

litteraturen förutspår att effekten är större på systolisk BP. Sympatisk innervation ökar hjärtkontraktiliteten, vilket påverkar systolisk BP.

fråga 2.

är förändringarna i HR medierade av det autonoma nervsystemet? Om så är fallet, vilken gren?

fråga 3.

fungerar baroreceptorreflexen under kallpressortestet? Använd bevis för att stödja ditt svar.

svar.

Nej, baroreceptorreflexen fungerar inte. Om det var, skulle ökningen av BP resultera i en reflexminskning i HR.

fråga 4.

vilka är de fysiologiska mekanismerna genom vilka kallpressortestet fungerar? Gör en detaljerad karta över processen som börjar med stimulans av hand i kallt vatten och slutar med ökat BP.

Förfrågningsansökningar

när testet utförs som skrivet i instruktionerna är denna aktivitet ett “kokbok” laboratorium. För att öka undersökningsnivån kan läraren låta eleverna bestämma vilken del av kroppen som ska utsättas för kyla (Se anmärkning nedan), vilken temperatur på vatten som ska användas och hur länge kroppsdelen ska utsättas för kyla. Eleverna kan också frågas hur man kontrollerar detta test för att utesluta möjligheten att det är vattnets tryck på huden som utlöser svaret (svar: upprepa testet med kroppstemperatur eller varmare vatten).

för en ännu högre undersökningsnivå uppmanas eleverna att lära sig om cold pressor-testet på egen hand och att utforma ett experiment för att testa det. För att göra detta måste de söka i litteraturen med PubMed (www.pubmed.com) och läs publicerade artiklar om cold pressor-testet. Litteraturen är tillräckligt tydlig om protokollet att studentdesignade experiment bör vara mycket nära protokollet som beskrivs ovan.

eleverna kan använda cold pressor-testet för att ytterligare utforska aspekter av miljöeffekter på BP och HR. frågor som eleverna kan ställa och testa inkluderar följande:

• vad är tröskeltemperaturen som utlöser det kalla pressorresponsen?

• varierar tröskeltemperaturen från person till person?

• varierar det efter kön, ras/etnisk grupp, vikt, ålder etc.?

• varierar olika populationer i responsens intensitet?

• finns det andra stressorer som påverkar BP som kan användas för utforskning?

om kyla appliceras på ansiktet, särskilt i näsregionen, kan stimulansen utlösa en dykreflex, vilket indikeras av en minskning av HR (bradykardi) och liten eller ingen ökning av BP. Ett undersökningsexperiment kan vara att få eleverna att avgöra om CV-svaret på förkylning varierar beroende på vilken del av kroppen som utsätts för den kalla stimulansen.

ytterligare resurser

för ytterligare information om detta ämne, se Refs. 2-7, 9, 11-13, 17-20, 22, och 26.

bidrag

detta arbete har utvecklats med stöd från National Science Foundation Grant DUE-041064.

upplysningar

inga intressekonflikter, finansiella eller på annat sätt, deklareras av upphovsmannen / upphovsmännen.

författare bidrag