Igor B Mekjavic

* Institutul de Științe Biomedicale și Biomoleculare, Departamentul de Sport și Știința Exercițiului, Universitatea din Portsmouth, Portsmouth, Hampshire PO1 2DT, Marea Britanie

boala

Michael J Tipton

* Institutul de Științe Biomedicale și Biomoleculare, Departamentul de Sport și Știința Exercițiului, Universitatea din Portsmouth, Portsmouth, Hampshire PO1 2DT, Marea Britanie

Mikael Gennser

† Departamentul de Medicină Navală, Unitatea de cercetare în apărarea suedeză, SE-13061 Hårsfjärden, Suedia

Abstract

Prezentul studiu a testat ipoteza că boala de mișcare afectează răspunsurile termoreglatorii la răcire la oameni.

Zece bărbați voluntari sănătoși au suferit trei imersiuni separate în apă la 28 ° C după diferite proceduri pregătitoare. În procedura de „control”, imersiunea a fost precedată de o perioadă de odihnă. În procedura „boală de mișcare” imersiunea a fost precedată de provocarea bolii de mișcare la o centrifugă umană. Aceasta a cuprins modificări rapide și repetate ale stresului gravitațional (G-) în direcția cap-picior, plus un regim standardizat de mișcări ale capului la stresul G crescut. În procedura „G-control”, subiecții au fost expuși la G-stres similar, dar fără provocarea bolii de mișcare.

În timpul imersiei s-au înregistrat temperatura medie a pielii, temperatura rectală, diferența de temperatură între antebraț și a treia cifră a mâinii drepte (vârful ante-antebraț-deget), absorbția de oxigen și ritmul cardiac. Subiecții au oferit evaluări ale percepției temperaturii, confortului termic și nivelului de disconfort al bolii de mișcare la intervale regulate.

Nu s-au observat diferențe în niciuna dintre variabilele dintre procedurile de control și controlul G. În procedura de boală de mișcare, răspunsul ante-antebraț-vârf deget a fost semnificativ atenuat, indicând un răspuns vasoconstrictor bont și temperatura rectală a scăzut într-un ritm mai rapid. Nu s-au observat alte diferențe.

Boala de mișcare atenuează răspunsul vasoconstrictor la răcirea pielii și a miezului, sporind astfel pierderea de căldură și magnitudinea căderii temperaturii profunde a corpului. Boala de mișcare poate predispune indivizii la hipotermie și poate avea implicații semnificative pentru timpul de supraviețuire în accidente maritime.

Hipotermia este un pericol recunoscut pentru supraviețuirea victimelor în accidente maritime. Observațiile anecdotice au atribuit predispoziția aparentă a indivizilor bolnavi de mare la hipotermie inactivității lor și modificărilor vasomotorii asociate cu boala de mișcare (Golden, 1973).

Este dificil de a concilia sugestia unei pierderi de căldură posibil mai mari la persoanele bolnave de mișcare cu semnele inițiale ale bolii de mișcare, și anume paloarea feței și transpirația rece. În timp ce răspunsul transpirațional, care în aceste condiții nu este inițiat în scopuri de termoreglare, mărește pierderea de căldură din piele și poate duce la răcirea nucleului, paloarea feței ar sugera vasoconstricție, care, dacă este generalizată, ar reduce pierderile de căldură la persoanele bolnave de mișcare.

Rapoartele despre o scădere a temperaturii corpului, pielii și gurii (revizuite de Money, 1970) la subiecții bolnavi de mișcare, ar sugera că răspunsurile termoreglatorii asociate cu boala de mișcare favorizează pierderea de căldură. Această ipoteză poate fi durabilă, dacă (a) paloarea facială adesea raportată nu reflectă o vasoconstricție periferică generală, ci doar o modificare vasomotorie în regiunea feței, (b) răspunsul de transpirație indus de boala de mișcare este suficient pentru a iniția răcirea adâncimii temperatura corpului sau (c) există o scădere a producției de căldură metabolică datorită fie unei inhibiții a tremurului termoreglator, fie pur și simplu datorită activității volitive reduse a victimelor bolnave de mișcare.

Prezentul studiu a testat ipotezele conform cărora (a) efectele bolii de mișcare persistă după îndepărtarea stimulului care induce boala de mișcare și (b) boala de mișcare afectează termoreglarea și, prin urmare, predispune supraviețuitorii accidentelor maritime la hipotermie. Am investigat răspunsurile tremor și vasomotorii ale subiecților scufundați în apă caldă (28 ° C). Această temperatură a fost utilizată pentru a simula condițiile în care boala de mișcare poate avea cel mai mare impact asupra supraviețuirii. Adică, atunci când echilibrul termic este realizabil, iar stresul la rece nu este atât de mare încât să ducă la înec sau hipotermie într-o perioadă scurtă de timp. De exemplu, supraviețuitorii îmbrăcați corespunzător într-o plută de salvare, plutind în apă de 0-2 ° C cu temperaturi ale aerului cuprinse între -5 și 4 ° C, mențin temperatura pielii la aproximativ 28 ° C timp de peste 20 de ore (Veghte, 1972).

METODE

Subiecte

Subiecții au fost informați cu privire la riscurile asociate protocolului experimental și și-au dat consimțământul în cunoștință de cauză înainte de a participa la studiu. Studiul a fost realizat în conformitate cu Declarația de la Helsinki și procedurile au fost aprobate de Comitetul de Etică al Institutului Karolinska. Zece subiecți bărbați sănătoși au participat la studiu. Vârsta lor medie a fost de 32,5 ani (interval, 22-45 ani), înălțime medie 1,76 m (interval, 1,70-1,86 m) și greutate medie 75,2 kg (interval, 66-92 kg).

Protocol

Subiecții au participat la trei proceduri experimentale separate de cel puțin 72 de ore. Ordinea în care au fost efectuate procedurile a fost alternată între subiecți. Pentru un subiect individual, toate procedurile au fost efectuate la aceeași oră a zilei. În fiecare procedură, subiecții potriviți pentru înot au fost scufundați în manubru în apă la 28 ° C timp de 80 de minute. În procedura de control, imersiunea a fost precedată de o perioadă de odihnă de 10 minute. În procedura de boală de mișcare, subiecții au fost transformați în mișcare înainte de scufundare, expunându-i la schimbări rapide intermitente ale stresului gravitațional (G) în direcția cap-picior (+ Gz), în combinație cu un regim de mișcări standardizate ale capului într-o centrifugă umană. Pentru a controla orice efect confuz indus de G (adică nu este derivat din boala de mișcare), subiecții au întreprins o a treia procedură (control G) cu capul stabil în timpul centrifugării. Astfel, în această stare nu li s-a făcut mișcare. Cele trei proceduri de pre-imersiune sunt detaliate mai jos.

Rau de miscare

După o scurtă familiarizare, subiecții au fost echipați cu un ECG cu 5 plumburi și au fost așezați în gondola unei centrifuge umane (Asea, Suedia). Centrifugarea a început cu o perioadă de cazare de 2 minute la ralanti (+1,4 Gz). Ulterior, subiecții au fost supuși unei serii de expuneri de 20 s la +2,5 Gz, prin care gondola a fost accelerată de la +1,4 la +2,5 Gz la o rată de 3 G s -1. În timpul perioadei de 20 de secunde, la +2,5 Gz, subiecții au întors capul încet spre dreapta și spre stânga și au privit în sus și în jos atunci când au fost instruiți de experimentatori. Odată ce procedura a fost finalizată, acestea au fost decelerate la 3 G s -1 de la +2,5 la +1,4 Gz și au rămas la +1,4 Gz timp de 20 s înainte de următoarea manevră. Această procedură a fost repetată pentru maximum 20 de manevre. După fiecare manevră, subiecții au oferit o evaluare a bolii de mișcare pe o scară de 5 puncte. Provocarea bolii de mișcare a fost încheiată odată ce un subiect de 3 (foarte greață) a fost raportat. În timpul provocării, subiectul a fost monitorizat prin televizor cu circuit închis și ECG.

G-control

După o perioadă de acomodare de 2 minute la +1,4 Gz, subiecții au fost accelerați la +2,5 Gz la o rată de 0,05 G s -1 și au rămas la acest nivel timp de 5 minute. Ulterior au fost decelerați la +1,4 Gz la o rată de 0,05 G s -1. După 5 minute la +1,4 Gz, centrifugarea a fost terminată. În timpul fazei de centrifugare a procedurii de control G, subiecții au fost instruiți să nu-și miște capul.

Control

În procedura de control, subiecții nu au fost expuși la stres G crescut înainte de imersiune.

Procedura de imersie și instrumentarea în timpul imersiunii în apă de 28 ° C au fost identice în toate cele trei proceduri. Înainte de imersie, subiecții au stat în decubit dorsal în aer de 28 ° C timp de 10 minute, iar valorile de repaus au fost înregistrate în ultimele 5 minute. În această perioadă, rata de transpirație evaporativă de pe frunte (Esw, exprimată în g m −2 min −1) a fost măsurată folosind o capsulă ventilată. Debitmetre la intrarea și ieșirea capsulei (Perflow Instruments Ltd, Londra, Marea Britanie) au asigurat un debit constant de aer de 1 l min -1 și că nu a scăpat aer din capsulă. Temperatura și umiditatea relativă a aerului care intră și iese din capsulă au fost măsurate cu termistori și, respectiv, cu higrometre de rezistență (model Smart Reader 2, înregistrator de temperatură și umiditate relativă, ACR Systems Inc., Canada). Rata de transpirație evaporativă a fost estimată din diferența de conținut de vapori de apă din aerul care curge și care curge, ajustându-se pentru suprafața pielii acoperită de capsulă (467 mm 2).

După perioada de odihnă, subiecții au pășit în rezervorul de imersie și s-au așezat. În timpul imersiunii, temperatura rectală (Tre) a fost măsurată cu un termistor rectal (Yellow Springs Instruments (YSI), Yellow Springs, SUA) plasat într-o teacă de protecție și introdus la 10 cm dincolo de sfincterul anal. Temperatura medie a pielii (Tsk) a fost derivată din media neponderată a temperaturii pielii înregistrată cu termistoarele pielii (modelul YSI 409AC) la piept, coapsă și vițel. În timpul scufundării, mâna dreaptă a subiectului s-a sprijinit pe o margine poziționată ușor deasupra suprafeței apei.

La intervale de 5 minute, subiecții au oferit evaluări subiective ale percepției temperaturii (scară de 7 puncte: 1, rece; 2, rece; 3, ușor rece; 4, neutru; 5, ușor cald; 6, cald; 7, fierbinte), termic confort (scară în 4 puncte: 1, confortabilă; 2, ușor inconfortabilă; 3, inconfortabilă; 4, foarte incomodă) și boală de mișcare (scară în 5 puncte: 0, fără disconfort; 1, disconfort ușor/greață ușoară; 2, disconfort/greață; 3, foarte greață/aproape vărsături; 4, extrem de greață/vărsături).

Nivelurile de glucoză plasmatică au fost evaluate din probe de sânge capilar cu un analizor de glucoză din sânge (Model One Touch Profile, Life Scan, Malmö, Suedia) înainte și după centrifugare, pentru a explica orice modificare a glicemiei indusă de G (Daligcon și Oyama, 1985) . Pentru a se asigura că răspunsurile termoreglatorii observate nu au fost afectate de modificările nivelurilor de glucoză din sânge (Passias și colab. 1996), acestea din urmă au fost, de asemenea, evaluate înainte și după imersiune.

Figura 1C descrie răspunsul vasomotor în timpul imersiunii (vârful ante-antebraț-deget). Valorile negative înainte de imersiune indică faptul că vasculatura cutanată a fost vasodilatată. La imersie, a existat o creștere neliniară a vârfului degetului anterior al antebrațului, indicând o vasoconstricție progresivă a vaselor periferice. Nu a existat nicio diferență în răspunsul vârfului degetului de la mâini la control și control G. Cu toate acestea, răspunsul vârfului degetelor de la mâini a fost semnificativ mai mic (P Fig. 2). Apoi a crescut treptat în restul imersiunii. Nu a existat nicio diferență în răspunsurile de repaus și imersiune ale HR, între cele trei condiții. Deoarece răspunsul tremurând se reflectă în cel observat în cele trei condiții experimentale confirmă faptul că răspunsul tremurând și, prin urmare, căldura endogenă produsă de mușchii tremurători, a fost similară în toate cele trei condiții experimentale.

Media ± s.e.m. răspunsuri ale ritmului cardiac (HR) (A), ventilație minută (C) în timpul repausului (minut 0) și imersiune (minute 1-80) în cele trei proceduri experimentale (N = 10). Pentru claritate, barele de eroare standard sunt reprezentate grafic pentru fiecare procedură la intervale de 10 minute, începând cu minutul -2 pentru control, minutul -1 pentru controlul G și minutul 0 pentru boala de mișcare.

Toți subiecții au fost euglicemici pe parcursul celor trei proceduri experimentale (nivelurile de glucoză plasmatică au fost în intervalul 3,9-4,5 mmol l -1).

Evaluările percepției temperaturii și confortului termic au fost similare în cele trei condiții. În timpul perioadei de odihnă de pre-imersiune de 5 minute, subiecții s-au simțit neutri și confortabili. În timpul scufundării și cu scăderea Tre, subiecții au raportat că sunt ușor reci și ușor inconfortabili termic.

DISCUŢIE

Prezentul studiu demonstrează că boala de mișcare, care la imersiune a fost evaluată ca fiind doar ușoară, a atenuat în mod semnificativ răspunsul vasoconstrictor indus de frig, reflectat de vârful degetului anterior al antebrațului la orice atTre dat (Fig. 3). Scăderea mai mare a Tre în timpul scufundării bolii de mișcare nu s-a datorat unei reduceri a producției de căldură; absorbția de oxigen, indicativă a răspunsului frison, a fost similară în toate cele trei proceduri. Mărimea mai mare de răcire în timpul procedurii de rău de mișcare s-a datorat cel mai probabil datorită pierderii de căldură mai mari rezultate de la suprafața pielii. Deoarece nu au existat diferențe între răspunsurile vârfului degetului și ale brațului degetului și Tre între control și controlul G, se poate concluziona că răspunsurile observate în boala de mișcare nu s-au datorat unor factori de confuzie asociați cu stresul G și sunt atribuibile exclusiv la boala provocată de mișcare. Astfel, în anumite condiții, prezența bolii de mișcare ar putea crește probabilitatea apariției hipotermiei sau a severității acesteia.

Răspunsul ForeTforearm-degetului (N = 10) în timpul fazei de imersiune în cele trei proceduri reprezentate în funcție de schimbarea temperaturii rectale în raport cu valorile de pre-imersiune.

Contribuțiile relative ale scăderii temperaturii miezului și a pielii sunt evidente în Fig. 3. În control și control G, creșterea vârfului degetului anterior al antebrațului, care reflectă vasoconstricția, ca răspuns la o mică modificare a valorilor Tre de la valorile de pre-imersiune se datorează în mare măsură scăderii bruște a Tsk la imersie. După aceea, creșterea treptată a vârfului degetului anterior al antebrațului este mediată în principal de declinul continuu al Tre, deoarece Tsk este menținut constant (Fig. 1). Spre deosebire, răspunsul inițial mediat în primul rând pe piele cu vârful degetului este atenuat în timpul bolii de mișcare, la fel ca și cel din urmă creștere mediată de răcirea nucleului în Δ.

Paloarea feței este un semn obișnuit în boala de mișcare și a fost considerată anterior ca o dovadă a vasoconstricției periferice ca răspuns la o activitate simpatică crescută (Money, 1970). Cu toate acestea, paloarea feței nu poate fi indicativă a vasoconstricției generalizate, deoarece s-a demonstrat că boala de mișcare crește fluxul sanguin al pielii în frunte, dar reduce fluxul sanguin al pielii în vârful degetului (Kolev și colab. 1997). Mai mult, Cui și colab. (1999) nu au observat o reducere a fluxului sanguin al pielii indusă de rău de mișcare în dorsul piciorului, în ciuda unei creșteri concomitente a activității simpatice a pielii. Deși pare să existe o disparitate regională în răspunsul vascular periferic complex la boala de mișcare, prezentul studiu demonstrează în mod clar un răspuns vasoconstrictor indus de frig.

Nu poate fi exclus faptul că transpirația abundentă observată la subiecții în urma provocării bolii de mișcare este indicativă a vasodilatației active. Există dovezi crescânde ale unei cuplări neuronale și/sau umorale între transpirație și vasodilatație activă care emană din structurile termoreglatorii centrale (Johnson & Proppe, 1996; Sugenoya și colab. 1998). Indiferent de mecanismul implicat, nu ar trebui să fie surprinzător faptul că rezistența vasculară redusă însoțește transpirația abundentă, așa cum se vede în prezentul studiu.

Transpirația măsurată în timpul procedurilor de control G și boală de mișcare, după expunerea la centrifugă, s-a datorat, parțial, efortului fizic asociat acestor expuneri. Cu toate acestea, nivelurile mai mari de transpirație observate în procedura de boală de mișcare pot fi atribuite exclusiv bolii de mișcare. Observația că această transpirație nu a fost limitată la regiunile glandelor sudoripare apocrine este nouă. Deoarece subiecții din studiul de față au fost scufundați în manubru în apă, răcirea evaporativă a pielii nu a putut avea loc pe cea mai mare parte a corpului. Cu toate acestea, într-un mediu aerian, combinația de transpirație și vasoconstricție redusă indusă de frig poate spori răcirea și, în consecință, diferențele dintre răspunsurile Tre ale subiecților bolnavi de mișcare și cei care nu au mișcare pot fi mai pronunțate.

Boala de mișcare nu a fost indusă în timpul imersiunii în prezentul studiu, ci a fost provocată în timpul centrifugării de 20 de minute înainte de imersiune. În ciuda scăderii substanțiale și rapide a bolii de mișcare la încetarea centrifugării, provocarea a fost suficientă pentru a avea consecințe fiziologice în timpul fazei de imersie. Este posibil ca atenuarea observată a răspunsului vasoconstrictor și consecințele sale pentru temperatura profundă să fi fost mai mari dacă provocarea bolii de mișcare ar fi fost menținută în timpul imersiunii. Astfel de circumstanțe sunt întâlnite în scenariile de supraviețuire pe mare.

Mulțumiri

Acest studiu a fost susținut de Administrația Suedeză pentru Materiale de Apărare. Autorii sunt datori Dr. Frank St. C. Auriu pentru discuții valoroase.