EREDETI KÖZLEMÉNYEK
Szimulált orthostasis okozta hemodinamikai változások 
László Zoltán, Rössler Andreas, Hinghofer-Szalkay G. Helmut
 
 
 
 


dr. László Zoltán: Weiss Manfréd Kórház, Belgyógyászat-Kardiológia
1211 Budapest, Déli u. 11.
dr. Rössler Andreas: Volume Regulation and Space Medicine Research Group, Department of Physiology, School of Medicine, Karl-Franzens University, Graz, Austria.
dr. Hinghofer-Szalkay G. Helmut: Institute for Adaptive and Spaceflight Physiology, Austrian Society for Aerospace Medicine and Life Sciences (ASM), Graz, Austria.

LAM 2000;10 (5): 422-431.

Érkezett: 2000. január 13.
Elfogadva: 2000. március 29. 



ÖSSZEFOGLALÁS

Bevezetés - A "lower body negative pressure" (LBNP, szimulált orthostasis) a passzív orthostasis élettani hatásainak vizsgálatára használt experimentális módszer.

Módszerek - Jelen kísérletünkben hemodinamikai és mellkasi bioimpedancia-paramétereket határoztunk meg négy, különböző intenzitású szimulált orthostasis manőver (-15, -35, -55, -65 Hgmm-es szívás) és stimulus nélküli vizsgálat (nyugalmi kontroll) során. A méréseket alsó testfelükkel a vákuumkamrában hanyatt fekvő hét, egészséges, önkéntes kísérleti személyen, 20 perccel a stimulus előtt és után, valamint végig a 30 perces stimulus során végeztük.

Eredmények - A mellkasi bioimpedanciából kalkulált verőtérfogat-index a négy manőver végéig folyamatosan csökkent. A szívindex esése -15 és -35 Hgmm-es szívás hatására volt a legnagyobb, míg a teljes perifériás rezisztencia indexe ugyanitt növekedett leginkább. Az artériás középnyomás alacsony szívásintenzitás esetén nem változott, míg a -55 Hgmm-es és a -65 Hgmm-es szívás végére növekedett. A szívfrekvencia a -15 Hgmm-es szívás hatására nem változott, míg a -35, a -55 és a -65 Hgmm-es szívás végéig folyamatosan növekedett. A manőver befejezését követően a szívfrekvencia >=5 percig a stimulust megelőző érték alá esett, és alatta maradt a nyugalmi kontroll értékének is. A számított verőtérfogat-index azonnal visszatért a stimulust megelőző érték szintjére, míg az artériás középnyomás a stimulust követően is emelkedett maradt.

Következtetések - A különböző intenzitású LBNP manőverek által okozott hemodinamikai változások időbeli alakulása és dózis-hatás összefüggése minőségileg eltérő. A szimulált orthostasis -65 Hgmm-es szívásintenzitásig nem okozott hypotoniát, ugyanakkor a stimulust követően bradycardiát figyeltünk meg; az emelkedett artériás középnyomás és perifériás rezisztencia azt jelezte, hogy a 30 perces szimulált orthostasis hatására a hemodinamikai (neurohumoralis) status a stimulust követően is megváltozott.

lower body negative pressure (LBNP), cardiopulmonalis baroreceptorok, autonóm reflexek, impedancia-kardiográfia, centrális vértérfogat


A szimulált orthostasis (lower body negative pressure - LBNP) és a passzív orthostasis (head-up tilting - HUT) módszerét általánosan alkalmazzák az orthostasis élettani hatásainak vizsgálatára a cardiovascularis kutatásban és az orvosi űrkutatásban egyaránt.

A szimulált orthostasis által okozott hemodinamikai változásokat, vér- és folyadékátrendeződést számos korábbi vizsgálatban elemezték már (1-6). A passzív orthostasis módszeréhez hasonlóan a szimulált stimulus is vénás pangást eredményez az alsó testfélben, hatására csökken a szív előterhelése, az intenzívebb stimulus pedig tachycardiát okoz. A hatás nagysága a szívás intenzitásától függ. Irodalmi adatok szerint a -55 Hgmm-es szívás megközelítőleg azonos változást hoz létre, mint a passzív állás (4, 7, 8).

A stimulus intenzitása és az élettani hatás összefüggését (dose-responses), továbbá a fiziológiai változások időbeli lefolyását (time-courses) vizsgáló kísérletek eredményei gyakorta származnak különböző egyéneken mért adatokból. Másrészről az átmeneti változások észlelése kevesebb figyelmet kapott, ugyanakkor a szimulált orthostasist követő fiziológiai (hemodinamikai, neurohumoralis) állapotot egyáltalán nem vizsgálták.

A jelen kísérletben egyik célként a különböző intenzitású és tartamú szimulált orthostasis által okozott hemodinamikai változások pontos lemérését tűztük ki, összehasonlítva egy azonos, de stimulus nélküli protokollal, azonos kísérleti alanyokon. Emellett a szimulált orthostasist követő hemodinamikai állapotot (resetting) tanulmányoztuk. Feltételeztük, hogy a szimulált orthostasis által okozott hormonális, vér- és folyadéktérfogat-változások a stimulus után esetlegesen csökkent centrális vénás nyomással kísérve együttesen befolyásolhatják a stimulust követő hemodinamikai paramétereket (3, 9). A szimpatikus aktivitást ugyanis befolyásolni látszik az alacsony nyomású cardiopulmonalis receptorok ingerlése (loading, head-down tilt), illetve aktivitásuk csökkentése (unloading, lower body negative pressure) (3, 10-12). Ezért közvetlenül a stimulus leállítása után is figyeltük a hemodinamikai változásokat és "post-LBNP bradycardiá"-t igazoltunk még a legkisebb szívásintenzitást követően is.
 

Módszerek

Kísérleti protokoll

A vizsgálatok hét, egészséges önkéntes kísérleti személyen történtek (életkor 24-38 év között, testtömeg 62-75 ttkg, testmagasság 170-180 cm, testfelület 1,72-1,93 m2). Részletes felvilágosítást követően valamennyien írásos beleegyezésüket adták a vizsgálathoz. A kísérleti protokollt a Karl Franzens Universität (Graz, Ausztria) etikai bizottsága jóváhagyta. A kísérleti személyek egyike sem szedett gyógyszert, nem dohányzott; az anamnézis felvételét követően mindegyikük fizikális vizsgálaton esett át, és 12 elvezetéses EKG készült róluk.

A kísérleteket azonos napszakban, délelőtt 9 és 11 óra között végeztük. A protokoll megkezdése előtt 60 perccel valamennyi résztvevő könnyű, standard reggelit kapott. A tényleges protokoll egy 40 perces nyugalmi periódussal, hanyatt fekvéssel kezdődött, amelynek időtartama alatt az impedancia-kardiográf és az EKG elektródáit, a fonokardiográf mikrofonját, valamint a vérnyomásmérő mandzsettáját helyeztük fel. A kísérleti paraméterek regisztrálása 20 perccel a lower body negative pressure megkezdése előtt indult (a -20. perctől a 0. percig), majd a mérést folyamatosan folytattuk tovább a 30 perces stimulus alatt (0. perctől a 30. percig), és a szívás leállítását követően 20 perccel fejeztük be (30. perctől a +20. percig).

A szimulált orthostasis létrehozásához a kísérleti személyek alsó testfelét plexiüvegből készült barokamrába (LBNP-box) zártuk. A barokamrát a csípőlapátok magasságában neoprén-velcro mandzsetta segítségével hermetikusan zártuk. A szükséges szubatmoszférikus nyomást elektronikusan szabályozható, nagy pontosságú vákuumpumpával teremtettük meg. A nyomásváltozás ideje <=20 s volt és az ekkor regisztrált adatokat a későbbi számításoknál nem vettük figyelembe. A nyomást precíziós aneroid manométerrel ellenőriztük (modell: Ü-62 C, Wallace und Tiernan, Günzburg, Németország) és ±1 Hgmm-es pontossággal tartottuk fenn. Valamennyi stimulus 30 percig tartott.

Minden kísérleti személynél négy komplett tesztet végeztünk különböző intenzitású stimulus alkalmazásával (-15, -35, -55, -65 Hgmm-es szívás) és további két vizsgálatot szívás nélkül (0/a: nyugalmi kontroll zárt tömítőmandzsettával, illetve 0/b: nyitott tömítőmandzsettával). A kísérletek különböző tesztnapokon történtek, véletlenszerű sorrendben. Hét személy az összes vizsgálatot teljesítette; három további résztvevő vizsgálatát kollaptiform rosszullét tünetei (verejtékezés, sápadtság, émelygés) miatt megszakítottuk (adataikat a későbbi számításokhoz nem használtuk fel). A kollaptiform rosszullétet megelőzően regisztrált hemodinamikai paraméterek érdemben nem tértek el a többi hét személy adataitól, de mintegy 30-60 másodperccel a syncopét megelőzően tachycardiát és tenzióesést észleltünk náluk.

A hemodinamikai paraméterek monitorozására impedancia-kardiográfot (modell: ICG-M401, ASKIT Kft., Budapest) használtunk. A módszer alkalmazásakor két 0,4 mA és 100 kHz nagyságú, konstans váltóáramot kibocsátó elektródapárt helyeztünk a nyak tövére és a mellkas alsó részére, laterálisan. Tőlük 5 cm-re (egymás felé) másik két, úgynevezett regisztráló elektródapár került még felhelyezésre. A generált és a regisztrált áram paramétereiből kalkulálható a közrefogott testrész bioimpedanciája; ez igen jelentős mértékben függ az adott testrész folyadéktartalmától. A vizsgálathoz öntapadós, Ag/AgCl elektródákat használtunk (Red Dot, 3M, St. Paul, USA). [A módszer elvét korábban már részletesen leírták (13, 14).]

Ugyanezen elektródákat alkalmaztuk a folyamatos EKG-monitorozáshoz is (standard Einthoven-elvezetések). A fonokardiográf mikrofonját úgy helyeztük fel, hogy a II. szívhangot jól halljuk. A szívfrekvenciát (HR; min-1) a komputer folyamatosan számította az EKG-felvétel RR-intervallumaiból. Vérnyomás-monitorozásra automata oszcillométert használtunk (modell Dinamap, 1846 SX, Critikon, Tampa, USA), amelynek madzsettáját a szív magasságába helyeztük. Systolés és diastolés vérnyomásmérés percenként megközelítőleg 3-5 alkalommal történt (Hgmm), a komputer pedig folyamatosan meghatározta az artériás középnyomást (Hgmm).
 

Számítások

Az artériás középnyomás (MAP; Hgmm) és pulzusnyomás (PP; Hgmm) számítása az ismert módon történt.
Impedancia alapján kalkulált hemodinamikai paraméterek: az ICG-M401 impedancia-kardiográf által folyamatosan regisztrált adatokból az IKX 3.3 szoftver (ASKIT Kft., Budapest) on-line kalkulálta a mellkasi bioimpedanciát (Z0), az impedancia maximális változását (dZ/dtmax) és a bal kamrai ejekciós időt (LVET). A verővolumen (SV) számítása Kubicek szerint történt (15):

 

ahol c a vér rezisztenciájára jellemző állandó (Ohm x cm), L a regisztráló elektródák távolsága (cm), Z0 a mellkasi (alap) bioimpedancia (Ohm), LVET a bal kamrai ejekciós idő (sec) és dZ/dtmax a mellkasi bioimpedancia első deriváltjának maximuma (Ohm x sec-1). A verővolumen-index (SVI; ml x m-2), a szívindex (CI; l x min-1 x m-2) és a teljes perifériás vascularis rezisztencia indexe (TPRI; dyn x sec x cm-5 x m-2) szintén meghatározásra került. A TPRI számítása az artériás középnyomás (MAP) és a szívindex (CI) felhasználásával történt.

Az IKX 3.3 szoftver az általunk alkalmazott beállításnál nyolc másodpercig gyűjtötte az adatokat, majd az azt követő négy másodpercben azok feldolgozásra kerültek, így 12 másodperces időablakok keletkeztek, az adott hemodinamikai paraméter percenként öt alkalommal meghatározott átlagával.
 

Statisztikai analízis
 
 

1. táblázat. Hemodinamikai paraméterek LBNP előtt, alatt és után. A feltüntetett változók a különböző intenzitású LBNP-stimulus (0, -15, -35, -55, -65 Hgmm) során mért abszolút értékek (átlag±SE, n=7), ötperces periódusok átlagai, hét identikus kísérletből. LBNP előtt = utolsó öt perc a szívás megkezdése előtt; LBNP alatt = 25-30 perc a szívás befejezése előtt; LBNP után = első öt perc a szívás leállítását követően. Rövidítések: HR - szívfrekvencia; SVI - verővolumen-index; CI - szívindex; TPRI - teljes perifériásrezisztencia-index; MAP - artériás középnyomás; PP - pulzusnyomás; Z0 - alap mellkasi bioimpedancia
 

Az impedancia-kardiográf által az egyes kísérletekben szolgáltatott adatokat ötperces intervallumokba (n) rendeztük (átlagok): 20 perc a stimulus előtt (n=4), 30 perc a stimulus alatt (n=6), 20 perc a stimulus után (n=4), majd az összes kísérlet identikus intervallumainak az átlagát vettük. Az 1. táblázat a szimulált orthostasist megelőző utolsó öt perc, a stimulus leállítását megelőző utolsó öt perc és a stimulust közvetlenül követő első öt perc abszolút értékeit mutatja be. A stimulus előtti utolsó öt perc valamennyi változójának átlagát 100%-nak tekintettük, ennek megfelelően a további adatokat is relatív értékekké (%) konvertáltuk. Az ábrák ezen relatív értékek felhasználásával készültek, továbbá ezek segítségével hasonlítottuk össze a stimulus okozta változásokat a nyugalmi kontroll (LBNP-0) paramétereivel. Az egyes intervallumok adatainak normalitását Shapiro-Wilk-féle W teszttel analizáltuk. A kísérleti hipotézis vizsgálatára Student-féle t-próbát használtunk ( a-15, a-35, a-55, a-65 Hgmm-es szívás adatai versus a szívás nélküli nyugalmi kontroll paraméterei az identikus protokollfázisban). A változást akkor tekintettük szignifikánsnak, ha p<0,05. A szemléltetésére úgynevezett "box-plot" ábrákat szerkesztettünk, ahol a négyzet az átlag±SE bemutatására szolgál, a pálcák pedig a 95% konfidenciaintervallumot reprezentálják. Így az egymást nem átfedő pálcák szignifikáns különbséget jeleznek. A statisztikai analízis a Statistica (version 5.0, StatSoft, Inc., Tulsa, USA) szoftver segítségével készült.
 

Eredmények

Az 1. táblázatban abszolút értékek szerepelnek, az 1. ábra pedig relatív változásokat szemléltet. A 2. ábra dózis-hatás összefüggést mutat be a stimulus alatti utolsó öt perc adatainak a felhasználásával. A 3. ábra a szimulált orthostasis utáni állapotot jeleníti meg. Az eredmények alábbi felsorolásában minden szimulált orthostasis okozta változást a stimulus nélküli vizsgálat (LBNP-0, nyugalmi kontroll) identikus protokollfázisához hasonlítottuk.
 

1. ábra. A hemodinamikai változások időbeni lefolyása (time-courses). A szívfrekvencia (HR), verővolumen-index (SVI), szívindex (CI), teljes perifériásrezisztencia-index (TPRI), artériás középnyomás (MAP) és az alap mellkasi bioimpedancia (Z0) változása különböző intenzitású szívás hatására (0, -15, -35, -55, -65 Hgmm LBNP). Relatív értékek százalékban kifejezve, ahol a szívást közvetlenül megelőző öt perc adatait tekintettük 100%-nak. A hét személyen végzett kísérlet identikus periódusaiban mért adatokat átlagoltuk valamennyi szívásintenzitás esetén

2. ábra. LBNP okozta dózis-hatás (dose-responses) összefüggések a szívfrekvencia (HR), verővolumen-index (SVI), szívindex (CI), teljes perifériásrezisztencia-index (TPRI), artériás középnyomás (MAP) és az alap mellkasi bioimpedancia (Z0) esetén. A négyzetek az átlag±SE ábrázolására szolgálnak, a pálcák a 95% konfidenciaintervallumot reprezentálják. Relatív értékek, hét kísérleti alanyból, ahol az LBNP-t megelőző öt percet tekintettük 100%-nak (szürke négyzetekkel jelölve) és hasonlítottuk össze az LBNP utolsó öt percében mért értékekkel (üres négyzetekkel ábrázolva), különböző szívásintenzitás (0/a, 0/b, -15, -35, -55, -65 Hgmm) esetén.

3. ábra. Az LBNP leállítását követően észlelt szívfrekvencia (HR), verővolumen-index (SVI), szívindex (CI), teljes perifériás rezisztenciaindexe (TPRI), artériás középnyomás (MAP) és alap mellkasi bioimpedancia (Z0). A négyzetek az átlag±SE ábrázolására szolgálnak, a pálcák a 95% konfidenciaintervallumot reprezentálják. Relatív értékek, hét kísérleti alanyból, ahol az LBNP-t megelőző öt percet tekintettük 100%-nak (szürke négyzetekkel jelölve) és hasonlítottuk össze az LBNP leállítását közvetlenül követő öt percben mért értékekkel (üres négyzetekkel ábrázolva), különböző szívásintenzitás (0/a, 0/b, -15, -35, -55, -65 Hgmm) esetén.

 
 

a) Változások a stimulus alatt: A szívfrekvencia és a Z0 a -15 Hgmm-es szívás során nem változott, de valamennyi intenzívebb szívás hatására emelkedett. Az artériás középnyomás a -55 Hgmm-es és a -65 Hgmm-es szívás hatására emelkedett, de a -15 Hgmm-es és a -35 Hgmm-es szívás során nem változott. Az impedancia alapján számított verőtérfogat- és perctérfogatindex csökkent, a teljes perifériás rezisztencia (TPRI) pedig emelkedett valamennyi stimulus során (1. ábra, 1. táblázat).

Dózis-hatás összefüggések (dose-responses): Elemzésükhöz az identikus kísérletsorozatok adataiból számított relatív értékeket használtuk. A szimulált orthostasis stimulusának utolsó öt perce során mért értékeket, a stimulust közvetlenül megelőző öt perc értékeivel mint 100%-kal vetettük egybe. A -15 Hgmm intenzitás felett a szívfrekvencia és a Z0 lineárisan emelkedett, az artériás középnyomás pedig ugyancsak a szívásintenzitás arányában nőtt. A verővolumen-index csökkenése szigmoidgörbe-alakkal követte a növekvő szíváserősséget. A szívindex leginkább a mérsékelt stimulusintenzitás hatására esett (-15 Hgmm-es és -35 Hgmm-es szívásnál), a perifériás vascularis rezisztencia pedig szintén ekkor fokozódott (2. ábra, 1. táblázat).

b) Változások a stimulus leállítása után 5 perccel: A szívfrekvencia és az impedanciából számított szívindex valamennyi szívásintenzitást követően alacsonyabb volt, mint a kontroll- (0/a) kísérletben; a Z0, az artériás középnyomás és a perifériás rezisztencia >=-35 Hgmm-es szívásintenzitás esetén magasabb maradt. A 0/a (nyugalmi) értékkel összehasonlítva a verőtérfogat-index nem mutatott szignifikáns eltérést a stimulus után (3. ábra).

c) A változások időbeli lefolyása (time-courses): A regisztrált hemodinamikai paraméterek többsége a kontrollvizsgálat (0/a) során nem mutatott szignifikáns változást az időben; a szívindex folyamatosan csökkent, a rezisztencia pedig folyamatosan emelkedett. A stimulus hatására a szívfrekvencia, a Z0 és az artériás középnyomás folyamatosan emelkedett, a verővolumen-index és a szívindex pedig folyamatos csökkenést mutatott. A szívindex és a perifériás vascularis rezisztencia 10-20 perc elteltével egyensúlyi állapotba került, ugyanakkor a szívfrekvencia, a Z0 és a verővolumen-index még 30 perc elteltével sem jutott egyensúlyi helyzetbe (1. ábra).
 

Megbeszélés

A keringésélettani kutatásokban az aktív álláshoz hasonló orthostaticus stressz hozható létre többek között a passzív orthostasis (head-up tilting, HUT), a centrifugálás (hyper-Gz) és a szimulált orthostasis (lower body negative pressure, LBNP) metodikák alkalmazásával. A szimulált orthostasis intravascularis folyadékátrendeződést eredményez a felső testfél irányából az alsó végtagok felé anélkül, hogy számolni kellene az említett tengely mentén ható gravitáció okozta hidrosztatikus hatásokkal. A módszer alkalmas a cardiovascularis baroreflex-mechanizmusok vizsgálatára.

A valódi, passzív orthostasis (head-up tilt) és a szimulált orthostasis (LBNP) által okozott élettani változások minőségileg különbözőek. A szimulált orthostasis -15 Hgmm-es szívásintenzitásig anélkül csökkenti a szív előterhelését, hogy a szívfrekvenciát vagy az artériás középnyomást (a carotisok vagy az aorta baroreceptorai által) befolyásolná (16-18). Fiatal, egészséges férfiakban lineáris összefüggés mutatható ki a szívás intenzitása, valamint a mellkasi folyadéktérfogat, a pitvarok átmérője és a centrális vénás nyomás között (3, 19). E változások mértéke egyaránt függ a szívás intenzitásától és az alkalmazott stimulus idejétől (8, 20).

Jelen kísérletünkhöz folyamatos, 30 perces szívásstimulust választottunk, elsősorban a változások időbeli alakulásának megfigyelése céljából. Kísérlet közben ezért nem változtattuk a szívás intenzitását, és ezért nem használtuk az irodalomban gyakorta leírt repetitív stimulálás módszerét sem. A vizsgálathoz négy különböző szívásintenzitást választottunk: a -15 Hgmm-es "nem hipotenzív", a -35 Hgmm-es "intermedier", a -55 Hgmm-es "passzív állással egyenértékű", valamint a -65 Hgmm-es "nagy intenzitású" stimulust (16, 17, 19, 20). A nem hipotenzív stimulus (-5 és -15 Hgmm között) feltehetően elsősorban a cardiopulmonalis baroreceptorok aktiválása révén hatékony inger a vázizmokhoz érkező szimpatikus tónus fokozására (12), és hatására növekszik a perifériás vascularis rezisztencia, a szívfrekvencia pedig nem változik (19, 21). Ugyanakkor az artériás baroreceptor-tónus fokozása már a szívfrekvenciát is emeli (2, 16, 22, 23). Számos újabb eredmény megkérdőjelezi a baroreceptor-mechanizmusok ilyen jellegű szétválasztását (18).

A legtöbb korábbi vizsgálatban egyetlen szívásintenzitást választottak, és nem foglalkoztak a hemodinamikai paraméterek időbeli követésével (time-courses). Habár az LBNP (-15 Hgmm-ig) nem befolyásolja a szívfrekvenciát és az artériás középnyomást, az újabban elvégzett transzkután ultrahangvizsgálatok adatai szerint már e mérsékelt intenzitású stimulus hatására is csökken az artéria carotis communisok diastolés átmérője (18). Mindez megkérdőjelezi azt a feltételezést, miszerint a szimulált orthostasis -15 Hgmm-ig szelektíven csak a cardiopulmonalis receptorokat aktiválná. Úgy tűnik, az artériafal deformitása legalább olyan jelentőségű, mint maga a vérnyomás változása (1). A korábbi vizsgálatok során 5-10 perces, -40, -50 Hgmm-es szívásintenzitás hatására 20-45%-os szívfrekvencia-emelkedést, 25-50%-os verőtérfogat-csökkenést és 30-45%-os perctérfogat-csökkenést mértek. Úgy tűnt, hogy a systolés vérnyomás jelentősebben csökkent, mint a diastolés, így a pulzusnyomás csökkenését figyelték meg. A vizsgálatok döntő többségében csökkent az artériás középnyomás, maximum 12%-kal (2, 3, 5, 6, 18, 19, 24, 25).

Az általunk végzett vizsgálatban a szimulált orthostasisnak nem volt hipotenzív hatása egészen -65 Hgmm intenzitásig, így a vérnyomás változása nem játszhatott döntő szerepet a baroreflex-afferentációban. A pulzusnyomás csökkent ugyan, de változása nem érte el a szignifikáns mértéket (1. táblázat). Meglepő, hogy a szívindex jelentősebben csökkent a mérsékelt szívás (-15 és -35 Hgmm) hatására, mint az intenzívebb stimulus (-55 és -65 Hgmm) következtében, míg a verőtérfogat csökkenése arányban maradt a szívás erősségével. Mindez valószínűleg a magasabb szívásintenzitás során tapasztalt jelentősebb tachycardia következménye (2. ábra). A teljes perifériás rezisztencia nem mutatott szisztematikus, dózisfüggő növekedést, sőt, kisebb stimulusintenzitásnál inkább tűnt (nem szignifikánsan) fokozottnak, mint a -55 és a -65 Hgmm-es stimulus esetén. Mivel a szívindex csökkenésének mélypontját is az alacsonyabb szívásintenzitás mellett figyeltük meg, feltételezzük, hogy a teljes perfúzió nem csupán stabil maradt, hanem még kissé javult is az intenzívebb szívás hatására. Mindez valószínűsíti, hogy a szervezet további "védelmi eszközöket" is mozgósít a keringés fenntartása érdekében, így emelkedik a folyadékháztartást szabályozó hormonok koncentrációja (3, 26), illetve csökken a vénás rendszer tárolókapacitása, növelve ezáltal a vénás visszaáramlást (4). Továbbá, az efferens szimpatikus aktivitás is kétségtelenül fokozódott, hiszen a perifériás vascularis rezisztenciát valamennyi stimulus növelte; a szívfrekvencia is nőtt, gyakorlatilag lineáris módon követve a szívás intenzitását -15 Hgmm felett. Az artériás középnyomás -55 Hgmm-es és -65 Hgmm-es szívásintenzitás esetén nőtt, és meghaladta a szívást megelőző értékeket (hasonlóan egy másik vizsgálathoz, ahol -30 Hgmm alatti szívásintenzitásnál ugyancsak artériás vérnyomás-emelkedést tapasztaltak) (9). Elképzelhető, hogy a cardiopulmonalis receptorok valamilyen módon befolyásolják az artériás baroreflex mechanizmusát, és a carotis baroreceptorainak "lower body negative pressure", illetve "head-down tilting" által kiváltott aktivációja/deaktivációja következtében fokozott válasz észlelhető, jelezvén a centrális "térfogatszenzorok" moduláló szerepét az artériás vérnyomás szabályozásában (10-12).

Nem zárható ki továbbá annak a lehetősége sem, hogy a Kubicek-formula alapján számított verőtérfogat (és ezáltal természetesen a perctérfogat és a vascularis rezisztencia is) hibás, az alkalmazott metodika és az impedancia-kardiográfia korlátai és vitatott megbízhatósága miatt. Lehetséges tehát, hogy a nyugalmi kontrollvizsgálat során észlelt folyamatos szívindexcsökkenés is metodikai hiányosság következménye (1. ábra), amelynek eredményeként a számított TPRI-növekedés is hibás lehet. Kubicek eredeti, a mellkas elektromos modellezésére szánt feltételezése (két, coaxialis, változatlan átmérőjű vezető, stabil elektromos mező) valószínűleg túl egyszerű annak a komplex vascularis és interstitialis folyadékátrendeződésnek a követésére, amely szimulált orthostasis hatására kialakul (15). Ugyanakkor számos más vizsgálat alkalmasnak találta az impedancia-kardiográfiát a perctérfogat mérésére, és eredményeit reprodukálni is tudták a különböző fiziológiai intervenciók okozta hemodinamikai változások észlelésében (14).

A jelen vizsgálat másik célkitűzése a különböző szívásintenzitású stimulust közvetlenül követő hemodinamikai változások megfigyelése volt. A szívás leállítása után "post-LBNP-bradycardia" alakult ki, növekedett az artériás középnyomás és a perifériás vascularis rezisztencia (8). A nyugalmi kontrollvizsgálat (LBNP-0) során a mellkasi bioimpedancia változatlan maradt (1. ábra), ami ellene szól a fent leírt feltételezésnek, miszerint a csökkenő szívindex és a növekvő vascularis rezisztencia az impedancia-kardiográfia metodikai hiányosságából származna. Ezért feltételezzük, hogy ezek a változások a cardiovascularis rendszer egyfajta adaptációját kísérik a hosszas, nyugalmi, hanyatt fekvő testhelyzetben, és ezért valós összehasonlítási alapot kínálnak az LBNP-vizsgálatokhoz. Szívás során a mellkasi bioimpedancia folyamatosan nőtt (1. ábra) és a stimulus után is magasabb maradt, mint azt megelőzően. Ha az anatómiai helyzetet (rekeszállás) változatlannak is tekintjük a stimulus előtt és után, a mellkas folyadéktartalma minden bizonnyal változott, és ez befolyásolhatja a verőtérfogat számítását. A szívást követően is magasabb mellkasi bioimpedancia a csökkent mellkasi folyadékmennyiség indikátora (10, 27, 28), ugyanakkor mindezt (ha csak részben is) eredményezheti a gátolt folyadékáramlás, amelyet a vákuumbox zárására használt mandzsetta okoz. Ez utóbbi feltételezés igazolására két nyugalmi, szívás nélküli kontrollvizsgálat-sorozatot is végeztünk: egyszer a mandzsetta zárásával (LBNP-0/a), egyszer pedig a mandzsetta felhelyezése nélkül (LBNP-0/b). Az eredmények érdemben nem különböztek, így a feltételezést elvethettük. A kérdés tehát továbbra is nyitott, vajon hogyan befolyásolja a verőtérfogat Kubicek szerinti számítását a mellkasi bioimpedancia tartós emelkedése, amelyet a szimulált orthostasis hatására létrejött mellkasi dehidráció okoz? Egy másik vizsgálatban ugyancsak emelkedett mellkasi bioimpedanciát mértek 30 percen át a "head-up tilt"-manővert (50°, 60 percig) követően, amely szintén azt jelzi, hogy a mellkasi interstitialis folyadéktartalom átmenetileg csökkent maradhat az orthostaticus terhelést követően (27), ahogy azt mi is megfigyeltük a szimulált orthostasis leállítása után. Egyidejűleg csökkent plazma- és centrális vértérfogatot regisztráltak a "head-up tilt"-manőver után, hematokrit és 99mTc-mal jelölt vörösvérsejt megoszlásának mérésével (27). Az impedancia-kardiográfia módszerével számított verőtérfogat esetleges hibájának kompenzálására olyan számításokat is végeztünk, ahol a vascularis rezisztencia szimulált orthostasist követő meghatározására az LBNP-t megelőző perctérfogatértékeket használtuk. A szimulált orthostasis utáni vascularis rezisztencia azonban ezzel a számítással is emelkedett volt, összhangban az artériás vérnyomás egyidejű emelkedésével. Ugyanakkor a szimulált orthostasis utáni verőtérfogat-értékek nem különböztek szignifikánsan az identikus nyugalmi kontroll (0/a, 0/b) értékeitől (3. ábra). Mindez növelni látszik a szimulált orthostasis után számított verőtérfogat-adatok hitelességét, annak ellenére, hogy a mellkasi bioimpedancia a szívás befejezése után is hosszan emelkedett; egyúttal természetesen növeli a kapott perctérfogatérték és a vascularis rezisztencia értékének hitelességét is.

Érdekes módon a "post-LBNP bradycardiát“ már -15 Hmm-es szívásintenzitás után is megfigyeltük, szívás utáni csökkent artériás középnyomással és változatlan vascularis rezisztenciával. Mindez azt sugallja, hogy a cardiovascularis adaptációs mechanizmus (resetting) jelei már olyan, alacsony intenzitású cardiopulmonalis baroreceptor-stimulálás mellett is észlelhetők, amely még tachycardiát sem okoz. Egy korábbi, lépcsőzetesen emelkedő, majd csökkenő intenzitású szimulált orthostasist alkalmazó vizsgálat a "cardiovascularis hysteresis" jelenségéről számolt be, ahol a szívfrekvencia, a verőtérfogat, a perctérfogat és a perifériás vascularis rezisztencia változásai szignifikáns mértékben különböztek a protokoll ascendáló és descendáló fázisában, feltehetően transvascularis folyadékvándorlás következtében (29).

Számos tényező játszhat szerepet a szimulált orthostasist követően leírt hemodinamikai változásokban. Például a vénás rendszer kapacitásának akár egészen csekély változása is igen fontos homeosztatikus szerepet kaphat a perctérfogat és az artériás vérnyomás kontrolljában (30-32). A "head-up tilt" és az LBNP-manőverek enyhe és átmeneti venaconstrictiót okoznak (30). A centrális hypovolaemia ébresztette hormonális változások nemcsak a stimulus alatt, hanem azt követően is meghatározó jelentőségűek lehetnek (3). A hosszabb tartamú élettani hormonális mechanizmusok (főleg a renin-angiotenzin-aldoszteron rendszer) részt vehetnek a szimulált orthostasist követően általunk is megfigyelt jelenségben, az artériás vérnyomás és a vascularis rezisztencia emelkedésének létrejöttében, amelyet reflexes úton mediált bradycardia követ (3). Munkacsoportunk közlés alatt álló másik munkájában a jelenlegivel megegyező kísérleti protokollt alkalmazva a tartósabb élettani hatású hormonértékek LBNP utáni normalizálódásában szignifikáns késést tapasztalt; ez (ha részben is) magyarázata lehet a most leírt "post-LBNP bradycardiának", összhangban az emelkedett vérnyomással és vascularis rezisztenciával.

Összefoglalva: A különböző intenzitású szimulált orthostasis (LBNP) által létrehozott hemodinamikai változások időbeli alakulása és dózis-hatás összefüggése minőségileg eltérő és jellegzetes, mind a mellkasi bioimpedancia, mind pedig az ebből számított paraméterek (verőtérfogat, perctérfogat, vascularis rezisztencia) tekintetében. Az LBNP nem volt hipotenzív hatású egészen -65 Hgmm-es szívásig. Az intenzívebb szimulált orthostasis további élettani, főleg hormonális mechanizmusokat kelt életre, amelyek szintén szerepet játszanak a perctérfogat, a perifériás perfúzió és a vénás visszaáramlás stabilizálásában. Mindezeken kívül a szimulált orthostasis leállítása után percekig "post-LBNP bradycardia" észlelhető, míg ezalatt az artériás vérnyomás a kontrollértéket meghaladja (-35 Hgmm-nél nagyobb szívásintenzitás esetén).

Köszönetnyilvánítás

Dr. László Zoltán eredeti munkahelye a tudományos munka végzése idején a SOTE III. Belgyógyászati Klinika volt.

A szerzők hálás köszönetet mondanak Ulrike Maraulinek, Bernhard Wronskinak, Hermann Scharfetternek és Erich Kvasnak kiváló technikai, metodikai és statisztikai segítségükért.

A kísérlet az Austrian Ministry for Sciences and Research (BMWF) és az Austrian Society for Aerospace Medicine and Life Sciences (ASM), Vienna támogatásával készült.

Irodalom

  1. Mark AL, Mancia G. Cardiopulmonary baroreflexes in humans. In: Shepherd JT, Abboud FM (eds). The cardiovascular system. Handbook of Physiology, American Physiological Society, Bethesda, sect 2, vol 3, part 2, chapt 21, p. 795-813, 1983.
  2. Murray RH, Thompson LJ, Bowers JA, Albright CD. Hemodynamic effects of graded hypovolemia and vasopressor syncope induced by lower body negative pressure. Am Heart J 1968;76:799-811.
  3. Norsk P, Ellegaard P, Videbaek R, Stadeager C, Jessen F, Johansen LB, et al. Arterial pulse pressure and vasopressin release in humans during lower body negative pressure. Am J Physiol 1993;264(33):R1024-30.
  4. Samueloff SL, Browse NL, Shepherd JT. Response of capacity vessels in human limbs to head-up tilt and suction on lower body. J Appl Physiol 1966;21:47-54.
  5. Smith JJ, Porth CJM. Posture and the circulation: the age effect. Exp Gerontol 1991;26:141-62.
  6. Wolthuis RA, Bergman SA, Nicogossian AE. Physiological effects of locally applied reduced pressure in man. Physiol Rev 1974;54:566-95.
  7. Aratow MS, Fortney M, Watenpaugh DE, Crenshaw AG, Hargens AR. Transcapillary fluid responses to lower body negative pressure. J Appl Physiol 1993;74:2763-70.
  8. Brown E, Goei JS, Greenfield ADM, Plassaras GC. Circulatory responses to stimulated gravitational shifts of blood in man induced by exposure of the body below the iliac crests to sub-atmospheric pressure. J Physiol 1966;183:607-27.
  9. Norsk P, Bonde-Petersen F, Warberg J. Influence of central venous pressure change on plasma vasopressin in humans. J Appl Physiol 1986;61:1352-7.
  10. Nagaya K, Wada F, Nakamitsu S, Sagawa S, Shiraki K. Responses of the circulatory system and muscle sympathetic nerve activity to head-down tilt in humans. Am J Physiol 1995;268(37):R1289-94.
  11. Pawelczyk JA, Raven PB. Reductions in central venous pressure improve carotid baroreflex responses in conscious men. Am J Physiol 1989;257(26):H1389-95.
  12. Victor RG, Leimbach WN. Effects of lower body negative pressure on sympathetic discharge to leg muscles in humans. J Appl Physiol 1987;63:2558-62.
  13. Bernstein DP. Continuous real time monitoring of stroke volume and cardiac output by thoracic electrical bioimpedance. Crit Care Med 1986;14:898-900.
  14. Mehlsen J, Bonde J, Stadeager C, Rehling M, Tango M, Trap-Jensen J. Reliability of impedance cardiography in measuring central haemodynamics. Clin Physiol 1991;11:579-88.
  15. Kubicek WG, Patterson RP, Witsoe DA. Impedance cardiography as a noninvasive method of monitoring cardiac function and other parameters of the cardiovascular system. Ann NY Acad Sci 1970;170:724-32.
  16. Blomqvist CG, Stone HL. Cardiovascular adjustments to gravitational stress. In: Shepherd JT, Abboud FM (eds). Peripheral Circulation and Organ Blood Flow. Handbook of Physiology, The Cardiovascular System, American Physiological Society, Bethesda, sect 2, vol 3, chapt 28, pp 1025-1063, 1983.
  17. Julius S, Cottier C, Egan B, Ibsen H, Kiowski W. Cardiopulmonary mechanoreceptors and renin release in humans. Fed Proc 1983;42:2703-8.
  18. Lacolley PJ, Pannier BM, Slama MA, Cuche JL, Hoeks APG, Laurent S, et al. Carotid arterial haemodynamics after mild degrees of lower-body negative pressure in man. Clin Sci 1992;83:535-40.
  19. Ebert TJ, Hughes CV, Tristani FE, Barney JA, Smith JJ. Effect of age and coronary heart disease on the circulatory responses to graded lower body negative pressure. Cardiovasc Res 1982;16:663-9.
  20. Musgrave FS, Zechman FW, Mains RC. Comparison of the effects of 70° tilt and several levels of lower body negative pressure on heart rate and blood pressure in man. Aerospace Med 1971;42:1065-9.
  21. Hirsch AT, Levenson DJ, Cutler SS, Dzau VJ, Creager MA. Regional vascular responses to prolonged lower body negative pressure in normal subjects. Am J Physiol 1989;257(26):H219-25.
  22. Abboud FM, Eckberg DL, Johannsen UJ, Mark AL. Carotid and cardiopulmonary baroreceptor control of splanchnic and forearm vascular resistance during venous pooling in man. J Physiol 1979;286:173-84.
  23. Tripathi A, Mack G, Nadel ER. Peripheral vascular reflexes elicited during lower body negative pressure. Aviat Space Environ Md 1989;60:1187-93.
  24. Shi X, Potts JT, Foresman BH, Raven PB. Carotid baroreflex responsiveness to lower body positive pressure-induced increases in central venous pressure. Am J Physiol 1993;265(34):H918-22.
  25. László Z, Rössler A, Hinghofer-Szalkay H. Cardiovascular changes during and after different LBNP levels in men. Aviat Space Environ Md 1998;69:32-9.
  26. Rowell LB. Human cardiovascular adjustments to exercise and thermal stress. Physiol Rev 1974;54:75-159.
  27. Matzen S, Perko G, Groth S, Friedman DB, Secher NH. Blood volume distribution during head-up tilt induced central hypovolaemia in man. Clin Physiol 1991;11:411-22.
  28. Perko G, Schmidt JF, Warberg J, Secher NH. Pharmacological manipulation of cardiovascular responses to lower body negative pressure. Eur J Appl Physiol 1996;73:459-64.
  29. Tomaselli CM, Frey MAB, Kenney RA, Hoffler GW. Hysteresis in response to descending and ascending lower-body negative pressure. J Appl Physiol 1987;63:719-25.
  30. Epstein SE, Beiser GD, Stampfer M, Braunwald E. Role of the venous system in baroreceptor-mediated reflexes in man. J Clin Invest 1968;47:139-52.
  31. Henriksen O. Local reflex in microcirculation in human subcutaneous tissue. Acta Physiol Scand 1976;97:447-56.
  32. Henriksen O, Sejrsen P. Local reflex in microcirculation in human skeletal muscle. Acta Physiol Scand 1977;99:19-26.


Hemodynamic changes during simulated orthostasis

Introduction - "Lower body negative pressure" (LBNP, simulated orthostasis) is an experimental method to simulate orthostatic stress.

Methods - The aim of this study was to quantitate hemodynamic and thoracic bioimpedance changes with four levels of LBNP (-15, -35, -55, -65 mmHg) in 7 healthy men in supine position 20 min before (pre-LBNP), 30 min during, and 20 min after suction as well as without suction (rest control).

Results - Thoracic bioimpedance computed stroke volume index continuously decreased with time by the end of simulated orthostasis of -15, -35, -55 and -65 mmHg. The decrease of cardiac index was largest at LBNP of -15 and -35, where the highest relative increase of total peripheral resistance index occurred. Mean arterial pressure did not change in any systematic way with lower LBNP levels, but increased at the end of LBNP -55 and -65. Heart rate remained unchanged at LBNP-15, but increased continuously with simulated orthostasis duration at higher levels by the end of LBNP-35, -55, and -65. Having finished simulated orthostasis, heart rate fell below pre-stimulus levels and also below rest control levels for >= 5 min; computed stroke volume index transiently returned to pre-stimulus levels, whereas mean arterial pressure increased above pre-LBNP level after finishing the stimulus.

Conclusions - Different levels of lower body negative pressure produced quantitatively different time course and dose-response patterns and subjects remained non-hypotensive up to -65 mmHg suction. The heart rate was depressed after simulated orthostasis, while arterial blood pressure and impedance computed total peripheral resistance exceeded pre-stimulus levels indicating an altered cardiovascular (neuro-humoral) state after 30 min of simulated orthostasis.

Correspondence: Zoltán László, MD, Weiss Manfréd Hospital, Department of Cardiology
H-1211 Budapest, Déli u. 11.

lower body negative pressure (LBNP), cardiopulmonary baroreceptors, autonomic reflexes, impedance cardiography, central blood volume