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T. Col. C. De Angelis
Adattamento cardiocircolatorio alle variazioni di gravità
XX CONVEGNO DI MEDICINA
AERONAUTICA E SPAZIALE
congiunto con
2007 Biennial International Symposium of ELGRA
European Low Gravity Research Association
Firenze, 4 – 7 settembre 2007
AIMAS 2007 - FIRENZE
1G
9G
µG
PRESSIONE ARTERIOSA
=
FREQUENZA CARDIACA (riflesso
barocettoriale)
X
GITTATA CARDIACA (Volume plasmatico)
X
RESISTENZE PERIFERICHE
(riflesso cardiopolmonare + ormoni/autacoidi)
MICROGRAVITA'
IPOTENSIONE ORTOSTATICA
Riduzione della componente simpatica (LF) ed aumento di quella vagale (HF) dell’analisi spettrale della variabilità
della frequenza cardiaca in microgravità
∆ R-R Interval, msec
100
Normal Gravity
Low Gravity
50
0
-50
-100
60
90 120 150 180
Carotid Pressure, mmHg
Convertino VA, RM Robertson. Autonomic responses to microgravity and bed rest: dysfunction
or adaptation. In: Disorders of the Autonomic Nervous System, Volume 5, Chapter 14. D
Robertson, I Biaggioni (eds). New York: Harwood Academic Publishers, 1995, p. 311-333
Effects of Simulated Microgravity
Carotid-Cardiac Baroreflex Response
PRE-HDT
POST-HDT
0.20
SYNCOPAL GROUP (N=4)
∆ R-R INTERVAL, sec
∆ R-R INTERVAL, sec
NON-SYNCOPAL GROUP (N=6)
0.15
0.10
0.05
0.00
0.20
0.15
0.10
0.05
0.00
60 80 100 120 140 160 180 200
60 80 100 120 140 160 180 200
CAROTID PRESSURE, mmHg
CAROTID PRESSURE, mmHg
Convertino VA, DF Doerr, DL Eckberg, JM Fritsch, J Vernikos-Danellis. Head-down bedrest
impairs vagal baroreflex responses and provokes orthostatic hypotension. J Appl Physiol
68:1458-1464, 1990
Effects of Spaceflight
Gemini IV (Fischer et al, 1967)
Spacelab (Leach & Johnson, 1984)
Skylab (Johnson et al, 1977)
SLS-1 (Alfrey, 1996)
%∆ Plasma Volume
10
0
-10
-20
0
10
Days
20
30
mmHg/l
mmHg/l minmin
PRESYNCOPAL
30,00
25,00
20,00
Serie1
15,00
Serie2
10,00
*
5,00
0,00
mmHg/l
mmHg/l minmin
NON PRESYNCOPAL
1
2
PRE
LANDING
3
POST
30,00
25,00
20,00
Serie1
Serie2
15,00
supine
10,00
5,00
upright
0,00
1
PRE
2
LANDING
3
POST
Mechanisms of postspaceflight orthostatic hypotension: low alpha1adrenergic receptor responses before flight and central autonomic
dysregulation postflight.
Meck JV, Waters WW, Ziegler MG, deBlock HF, Mills PJ, Robertson D, Huang PL
Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2004 Apr;286(4):H1486-95
Peripheral Vascular Resistance, units
Normovolemia
Baseline Supine
2000
Maximal Upright
Hypovolemia
600
500
1600
400
1200
*
300
800
200
400
100
0
0
Normovolemia Hypovolemia
*
Reserve,
∆TPR
Time to
Syncope, s
Fu Q, Witkowski S, Levine BD. Vasoconstrictor reserve and sympathetic neural control of
orthostasis. Circulation 110:2931-2937, 2004
DOPO ADATTAMENTO ALLA MICROGRAVITA'
PRESSIONE ARTERIOSA
=
barocettoriale)
X
X
(riflesso cardiopolmonare) riserva vasocostrittiva
Effects of 3 weeks G-acceleration training
2-min intervals @ +2.5Gz (N = 14)
Post
Training
Presyncopal-limited Orthostatic Tolerance
17%
Stroke Volume
20%
Cardiac Output
30%
Total Peripheral Vascular Resistance
-25%
Evans JM, Stenger MB, Moore FB, Hinghofer-Szalkay H, Rossler A, Patwardhan AR, Brown
DR, Ziegler MG, Knapp CF. Centrifuge training increases presyncopal orthostatic tolerance
in ambulatory men.
Aviat Space Environ Med 75:850-858, 2004
20
15
4 sec @ 75° Head-up Tilt
†
10
5
Change
0
-5
Non-Pilots (N = 12)
Pilots (N = 8)
-10
-15
-20
SBP, mmHg
HR, bpm
Newman DG, White SW, Callister R. Evidence of baroreflex adaptation to repetitive +Gz in
fighter pilots. Aviat Space Environ Med 69:446-451, 1998
Riflesso vestibolo-simpatico
8000
Total Blood Volume
Plasma Volume
Red Blood Cell Volume
†
milliliters
6000
4000
†
2000
0
Controls
G-Trained
Convertino VA. Mechanisms of blood pressure regulation that differ in men repeatedly
exposed to high G acceleration. Am J Physiol Regulatory Integrat Comp Physiol 280:R947R958, 2001
Forearm Vascular Resistance, pru
55
Control Group
G-Trained Group
50
45
40
35
30
2
4
6
8
10
12
Central Venous Pressure, mmHg
Convertino VA. Mechanisms of blood pressure regulation that differ in men repeatedly
exposed to high G acceleration. Am J Physiol Regulatory Integrat Comp Physiol 280:R947R958, 2001
DOPO ADATTAMENTO ALL'IPERGRAVITA'
PRESSIONE ARTERIOSA
=
barocettoriale)
X
X
(riflesso cardiopolmonare) riserva vasocostrittiva
Danni strutturali cardiaci da “µG”
Danni strutturali cardiaci da “high Gz”
Nessun effetto
(Yang et al. Space Med Eng 13(6): 440-3, 2000)
(Albery et al. Aviat Space Environ Med 69: 857-861, 1998)
(Albery et al. Aviat Space Environ Med 70: 561-564, 1999)
petecchie subendocardiche ed esiti cicatriziali
in animali sottoposti a +Gz per sei mesi.
(Burton et al. Aviat Space Environ Med 47(7):711-7, 1976 Burns et al Aviat Space Environ Med 54:881-3, 1983)
aumento di volume del VD in piloti Mirage
(Ille et al. AGARD CP 369, 32-1, 1985)
aumentata incidenza di rigurgiti valvolari
(Martin, et al Aviat Space Environ Med 70:1197-200, 1999)
>1 G
1G
µG
CONCLUSIONI:
L'apparato cardiovascolare si adatta funzionalmente
e anatomicamente alle variazioni del vettore G
secondo un continuum.
Questi adattamenti possono probabilmente
regredire ed essere indotti con l'addestramento.

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