Evaluación de la Presencia de Disautonomía en Pacientes con Parkinson mediante el Análisis de Señales Cardiovasculares / Assessment of the Dysautonomia Presence in Parkinson disease through Cardiovascular Signal Analysis

Resumen: En este trabajo se evalúa y compara la respuesta del sistema nervioso autónomo (SNA) en pacientes con enfermedad de Parkinson (EP) y sujetos sanos para detectar la posible presencia de disautonomía. Las señales de electrocardiograma y fotopletismografía fueron adquiridas durante las maniobras: reposo, cambio de postura (Post-CP), respiración controlada (RC) e hiperventilación (Hip.). El análisis de las señales incluyó índices de la variabilidad de la frecuencia cardiaca (VFC) lineales y no lineales, índices de la señal de tiempo de tránsito de pulso y la sensibilidad del barorreflejo (índice α). Los pacientes con Parkinson mostraron una alteración en la modulación simpática principalmente durante Post-CP y una deficiencia en la respuesta cardiovagal en RC. La entropía aproximada disminuyó significativamente en sujetos sanos respecto a pacientes con EP durante RC. El índice α fue menor en pacientes con EP con respecto a sujetos sanos durante todo el protocolo, lo cual sugiere una alteración en el control del barorreflejo en EP. Sin embargo, es necesario aumentar el número de sujetos con la finalidad de determinar grados de disautonomía. El protocolo diseñado para evaluar la presencia de disautonomía en mexicanos con EP a través de señales no invasivas aportó información sobre el comportamiento del SNA.

Abstract: The goal of this work is to assess and to compare the autonomic nervous system (SNA) response in Parkinson's disease (EP) patients and healthy subjects in order to evaluate the possible dysautonomia presence. Electrocardiogram and photoplethysmography signals were acquired during the following maneuvers: rest, orthostatic change (Post-CP), controlled breathing (RC) and hyperventilation (Hip.). The signal processing was carried out by means of linear and no linear indices of heart rate variability (VFC), indices of pulse transit time (PTT) and baroreflex sensitivity (α index). Parkinson disease patients showed an attenuated sympathetic modulation mainly during Post-CP and the cardiovagal response resulted blunted during RC. Approximate entropy was significantly decreased in healthy subjects with respect to EP subjects during RC. In addition, the index α resulted in lower values in EP patients with respect to healthy subjects during the complete protocol, this result suggests that the baroreflex control in EP patients is blunted. However, is necessary to increase the number of subjects with the objective of determining levels of dysautonomia. The protocol designed to evaluate the dysautonomia presence in mexicans with EP through non invasive signals provides information about the SNA behavior.

Relation of the baroreflex mechanism with the photoplethysmographic volume in healthy humans during orthostatism / Relación del mecanismo barorreflejo con el volumen fotopletismográfico en humanos sanos durante ortostatismo

Objective: Our aim was to evaluate the effect of the baroreflex mechanism upon peripheral blood volume during sympathetic stimulation by orthostatism. Methods: Nineteen clinically healthy volunteers were included (12 men), 28.4 ± 6.2 years old. Blood pressure was monitored with a Finometer and blood volume with a photoplethysmo-graph during supine position and orthostatism (15 minutes each), in order to obtain systolic blood pressure (SBP), diastolic blood pressure (DBP), systolic volume (SysV), diastolic volume (DiaV), and inter beat intervals (IBI) measurements. Baroreflex sensitivity index (IBI/SBP) and baroreflex effect on blood volume (IBI/SysV) were estimated by the sequence method. The pertinence of using only systolic values was tested by linear regression analysis of systolic versus diastolic measurements. Results: More than 70% of DBP and DiaV variations can be explained by SBP and SysV, respectively (p<0.001), with coherence >0.5 in frequencies between 0.04 and 0.15 Hz. IBI/SBP and IBI/SysV were linearly correlated (R>0.4) and both decreased during orthostatism (p<0.05). Conclusion: The sequence method showed a strong baroreflex effect upon peripheral blood volume that became more apparent during sympathetic stimulation with orthostatism. This approach could be clinically useful for the evaluation of blood volume regulation for many diseases such as diabetes mellitus and heart failure, and during therapeutic interventions such as hemodialysis.

Objetivo: Evaluar el efecto del mecanismo barorreflejo sobre el volumen sanguíneo periférico durante estimulación inducida por ortostatismo. Métodos: Se incluyeron 19 voluntarios sanos (12 hombres), con edad de 28.4 ± 6.2 años. La presión arterial se midió con un Finometer y el volumen sanguíneo con un fotopletismógrafo, ambos durante posiciones supina y ortostatismo activo (15 minutos cada una), para obtener los valores de presión arterial sistólica (PAS), presión arterial diastólica (PAD), volumen sistólico (VS), volumen diastólico (VD) e intervalo inter pulso (IIP). Se estimó la sensibilidad barorrefleja (IIP/PAS) y el efecto barorreflejo sobre el volumen sanguíneo (IIP/VS) mediante el método de secuencias. La pertinencia de usar sólo variables sistólicas, se evaluó mediante análisis de regresión lineal de las mediciones sistólicas versus las diastólicas. Resultados: Más de 70% de las variaciones de presión arterial diastólica y volumen diastólico pueden ser explicadas mediante presión arterial sistólica y volumen sistólico, respectivamente (p<0.001), con coherencia >0.5 en frecuencias entre 0.04 y 0.15 Hz. IIP/PAS y IIP/VS tuvieron correlación positiva (R>0.4) y ambos disminuyeron durante ortostatismo (p<0.05). Conclusiones: El método de secuencias demostró un importante efecto barorreflejo sobre el volumen sanguíneo periférico que se hizo más notable durante estimulación simpática con ortostatismo. Este enfoque podría ser clínicamente útil en la evaluación de la regulación del volumen sanguíneo en distintas enfermedades como diabetes mellitus o falla cardiaca, y durante intervenciones terapéuticas como la hemodiálisis.

Efeitos da exposição à fumaça lateral do cigarro sobre o barorreflexo em ratos adultos / Sidestream cigarette smoke exposure effects on baroreflex in adult rats / Efectos de la exposición al humo lateral del cigarrillo sobre el barorreflejo en ratones adultos

FUNDAMENTO: Tem sido demonstrado na literatura que a exposição à fumaça do cigarro causa hipertensão em ratos; entretanto, ainda não foi demonstrado se a função barorreflexa está prejudicada antes do animal se tornar hipertenso. OBJETIVO: Avaliamos os efeitos de curto prazo da exposição à fumaça lateral do cigarro (FLC) sobre a função barorreflexa em ratos Wistar normotensos. MÉTODOS: Os ratos foram expostos à FLC durante três semanas, 180 minutos, cinco dias por semana, a uma concentração de monóxido de carbono entre 100-300 ppm. A pressão arterial média (PAM) e a freqüência cardíaca (FC) foram avaliadas através de canulação da veia e artéria femoral. RESULTADOS: Não houve diferença significante entre os grupos controle e FLC em relação à MAP e FC, componentes simpáticos e parassimpáticos da função barorreflexa. CONCLUSÃO: Nossos dados sugerem que três semanas de exposição à FLC não são suficientes para causar dano significante aos parâmetros cardiovasculares e sensibilidade barorreflexa em ratos Wistar normotensos.

BACKGROUND: It has been evidenced in the literature that exposure to cigarette smoke causes hypertension in rats; however, it has not been demonstrated if the baroreflex function is impaired before the animal becomes hypertensive. OBJECTIVE: We evaluated short-term effects of sidestream cigarette smoke (SSCS) exposure on baroreflex function in Wistar normotensive rats. METHODS: Rats were exposed to SSCS during three weeks, 180 minutes, five days per week, at a concentration of monoxide carbon between 100-300 ppm. Mean arterial pressure (MAP) and heart rate (HR) were evaluated through cannulation of the femoral vein and artery. RESULTS: There was no significant difference between control and SSCS groups regarding basal mean arterial pressure and heart rate, sympathetic and parasympathetic components of the baroreflex function. CONCLUSION: Our data suggest that three weeks of exposure to SSCS is not enough to significantly impair cardiovascular parameters and baroreflex sensitivity in normotensive Wistar rats.

FUNDAMENTO: Ha sido demostrado en la literatura que la exposición al humo del cigarrillo causa hipertensión en ratones; entre tanto, aun no fue demostrado si la función barorreflexa está perjudicada antes que el animal se vuelva hipertenso. OBJETIVO: Evaluamos los efectos de corto plazo de la exposición al humo lateral del cigarrillo (HLC) sobre la función barorreflexa en ratones Wistar normotensos. MÉTODOS: Los ratones fueron expuestos al HLC durante tres semanas, 180 minutos, cinco días por semana, a una concentración de monóxido de carbono entre 100-300 ppm. La presión arterial media (PAM) y la frecuencia cardíaca (FC) fueron evaluadas a través de canulación de la vena y arteria femoral. RESULTADOS: No hubo diferencia significativa entre los grupos control y HLC en relación a la MAP y FC, componentes simpáticos y parasimpáticos de la función barorreflexa. CONCLUSIÓN: Nuestros datos sugieren que tres semanas de exposición a la HLC no son suficientes para causar daño significativo a los parámetros cardiovasculares y sensibilidad barorreflexa en ratones Wistar normotensos.

Comportamento dos quimiorreflexos central e periférico na insuficiência cardíaca / Behavior of central and peripheral chemoreflexes in heart failure / Comportamiento de los quimiorreflejos central y periférico en la insuficiencia cardíaca

A síndrome da insuficiência cardíaca (IC) pode ser definida como via final de qualquer forma de doença cardíaca. Os reflexos cardiovasculares simpatoinibitórios como o reflexo arterial barorreceptor estão significativamente suprimidos na IC. Pacientes com IC apresentam maior ventilação para determinada carga de trabalho quando comparados a indivíduos normais. Esse fato gera baixa eficiência ventilatória e relaciona-se com maior ventilação relativa à produção de gás carbônico, que é um preditor de mau prognóstico, além de ser um fator limitante ao exercício. Há evidências de que o desequilíbrio autonômico contribua para a patogênese e a progressão da insuficiência cardíaca. Os quimiorreflexos são os principais mecanismos de controle e regulação das respostas ventilatórias às mudanças de concentração do oxigênio e gás carbônico arterial. A ativação do quimiorreflexo causa aumento da atividade simpática, frequência cardíaca, pressão arterial e volume minuto. No entanto, o aumento do volume minuto e da pressão arterial, pelo feedback negativo provocam inibição da resposta simpática à ativação do quimiorreflexo. Apesar das alterações funcionais dos reflexos, seu comportamento em condições normais e patológicas, especialmente sua contribuição para o estado simpatoexcitatório encontrado na IC, não tem sido amplamente estudado. Dessa forma, esta revisão tem por objetivo integrar os conhecimentos a respeito dos quimiorreflexos central e periférico na síndrome da insuficiência cardíaca, bem como esclarecer a influência da terapêutica medicamentosa da insuficiência cardíaca nos quimiorreflexos.

The heart failure (HF) syndrome can be defined as the final pathway of any type of heart disease. The sympatho-inhibitory cardiovascular reflexes, such as the arterial baroreceptor reflex, are significantly decreased in HF. Patients with HF present higher ventilation for a certain workload when compared with normal individuals. This fact generates low ventilatory efficiency and is related to higher ventilation associated with the carbon dioxide production, which is a predictor of bad prognosis, in addition to being a limiting factor for the practice of exercises. There is evidence that the autonomic imbalance contributes to the pathogenesis and the progression of heart failure. The chemoreflexes are the main mechanisms of control and regulation of the ventilatory responses to the changes in concentrations of arterial oxygen and carbon dioxide. The chemoreflex activation causes an increase in the sympathetic activity, heart rate, arterial pressure and minute volume. However, the increase in the minute volume and the arterial pressure, due to negative feedback, cause inhibition of the sympathetic response at the chemoreflex activation. In spite of the functional alterations of the reflexes, their behavior in normal and pathological conditions, especially their contribution to the sympathoexcitatory state observed in HF has not been broadly studied. Therefore, this review aims at integrating the knowledge on central and peripheral chemoreflexes in HF syndrome, as well as clarifying the influence of the heart failure drug therapy on the chemoreflexes.

El síndrome de insuficiencia cardíaca (IC) puede ser definido como vía final de cualquier forma de enfermedad cardíaca. Los reflejos cardiovasculares simpáticoinhibitorios como el reflejo arterial barorreceptor están significativamente suprimidos en la IC. Pacientes con IC presentan mayor ventilación para determinada carga de trabajo cuando son comparados a individuos normales. Ese hecho genera baja eficiencia ventilatoria y se relaciona con mayor ventilación relativa a la producción de gas carbónico, que es un predictor de mal pronóstico, además de ser un factor limitante del ejercicio. Hay evidencias de que el desequilibrio autonómico contribuya a la patogénesis y la progresión de la insuficiencia cardíaca. Los quimiorreflejos son los principales mecanismos de control y regulación de las respuestas ventilatorias a los cambios de concentración del oxígeno y gas carbónico arterial. La activación del quimiorreflejo causa aumento de la actividad simpática, frecuencia cardíaca, presión arterial y volumen minuto. Mientras tanto, el aumento del volumen minuto y de la presión arterial, por el feedback negativo provocan inhibición de la respuesta simpática a la activación del quimiorreflejo. A pesar de las alteraciones funcionales de los reflejos, su comportamiento en condiciones normales y patológicas, especialmente su contribución al estado simpáticoexcitatorio encontrado en la IC, no ha sido ampliamente estudiado. De esa forma, esta revisión tiene por objetivo integrar los conocimientos respecto a los quimiorreflejos central y periférico en el síndrome de insuficiencia cardíaca, así como aclarar la influencia de la terapéutica medicamentosa de la insuficiencia cardíaca en los quimiorreflejos.

Avaliação da função barorreflexa em ratos jovens espontaneamente hipertensos / Evaluation of baroreflex function in young spontaneously hypertensive rats / Evaluación de la función barorrefleja en ratas jóvenes espontáneamente hipertensas

FUNDAMENTO: A literatura tem descrito dados contraditórios em relação ao início da diminuição da função barorreflexa em ratos espontaneamente hipertensos. OBJETIVO:Este estudo foi realizado para avaliar a função barorreflexa em ratos jovens de 13 semanas espontaneamente hipertensos. MÉTODOS:Foram estudados ratos machos Wistar Kyoto (WKY) (n=15) e ratos espontaneamente hipertensos (REH) de 13 semanas (n=15). Cânulas foram inseridas na artéria aorta abdominal através da artéria femoral direita para medir a pressão arterial média (PAM) e a freqüência cardíaca (FC). A função barorreflexa foi calculada como a derivada da variação da FC em função da variação da PAM (ΔFC/ΔPAM), quando submetida a teste com uma dose depressora de nitroprussiato de sódio (50µg/kg) e com uma dose pressora de fenilefrina (8µg/kg) através de cânula inserida na veia femoral direita em ratos espontaneamente hipertensos e WKY. Diferenças com um valor de p < 0.05 foram consideradas estatisticamente significantes. RESULTADOS:Ratos espontaneamente hipertensos: ΔPAM=43,5 mmHg±5,2, ΔFC=-59,7 ppm±17,9 e ΔFC/ΔPAM=1,3 ppm/mmHg±0,1 testados com fenilefrina; Wistar Kyoto: ΔPAM=&56mmHg±3, ΔFC=*-114,9ppm±11,3 e ΔFC /ΔPAM =#1,9ppm/mmHg±0,3 testados com fenilefrina; ratos espontaneamente hipertensos: ΔPAM=-45,6mmHg±8,1, ΔFC=40,1ppm±11,6 e ΔFC/ΔPAM=0,9ppm/mmHg±0,5 testados com nitroprussiato de sódio; Wistar Kyoto: ΔPAM=-39,8mmHg±6,2, ΔFC=51,9ppm±21,8 e ΔFC/ΔPAM=1,4ppm/mmHg±0,7 testados com nitroprussiato de sódio (*p<0,05; #p<0,01; &p<0,001). CONCLUSÃO: Nossos resultados mostram que ratos espontaneamente hipertensos de 13 semanas apresentaram redução da função barorreflexa quando testados com fenilefrina.

BACKGROUND: The literature describes contradictory data regarding the onset of the baroreflex reduction in spontaneously hypertensive rats. OBJECTIVE:This investigation was undertaken to evaluate the baroreflex function in 13-week-old spontaneously hypertensive rats. METHODS:Male Wistar Kyoto (n=15) and spontaneously hypertensive rats (n=15) aged 13 weeks were studied. Cannulas were inserted in the abdominal aortic artery through the right femoral artery to measure mean arterial pressure and heart rate. Baroreflex function was calculated as the derivative of the variation of HR in function of the MAP variation (Δheart rate/Δmean arterial pressure) tested with a depressor dose of sodium nitroprusside (50µg/kg) and with a pressor dose of phenylephrine (8µg/kg) in the right femoral venous approach through an inserted cannula in awake spontaneously hypertensive rats and Wistar-Kyoto. Differences with p values < 0.05 were considered statistically significant. RESULTS:Spontaneously hypertensive rats: Δmean arterial pressure=43.5mmHg±5.2, Δheart rate=-59.7ppm±17.9 and Δheart rate/Δmean arterial pressure=1.3ppm/mmHg±0.1 tested with phenylephrine; Wistar Kyoto: Δmean arterial pressure=&56mmHg±3, Δheart rate=*-114.9ppm±11.3 and Δheart rate/Δmean arterial pressure=#1.9ppm/mmHg±0.3 tested with phenylephrine; spontaneously hypertensive rats: Δmean arterial pressure=-45.6mmHg±8.1, Δheart rate=40.1ppm±11.6 and Δheart rate/Δmean arterial pressure=0.9ppm/mmHg±0.5 tested with sodium nitroprusside; Wistar Kyoto: Δmean arterial pressure=-39.8mmHg±6.2, Δheart rate=51.9ppm±21.8 and Δheart rate/Δmean arterial pressure=1.4ppm/mmHg±0.7 tested with sodium nitroprusside (*p<0.05; #p<0.01; &p<0.001). CONCLUSION: Our results showed that 13-week-old spontaneously hypertensive rats presented reduced baroreflex function when tested with phenylephrine.

FUNDAMENTO: La literatura ha descrito datos contradictorios con relación al inicio de la disminución de la función barorrefleja en ratas espontáneamente hipertensas. OBJETIVO: Se realizó este estudio con el objetivo de evaluar la función barorrefleja en ratas jóvenes de 13 semanas, espontáneamente hipertensas. MÉTODOS: Se estudiaron ratas machos Wistar Kyoto (WKY) (n=15) y ratas espontáneamente hipertensas (REH) de 13 semanas de edad (n=15). Se insertaron cánulas en la arteria aorta abdominal -a través de la arteria femoral derecha- para medir la presión arterial media (PAM) y la frecuencia cardiaca (FC). Se calculó la función barorrefleja como la derivada de la variación de la FC en función de la variación de la PAM (ΔFC/ΔPAM). Dicho cálculo se efectuó tras prueba con una dosificación depresora de nitroprusiato de sodio (50µg/kg) y también con una dosificación para presión arterial de fenilefrina (8µg/kg) a través de una cánula insertada en la vena femoral derecha tanto de ratas espontáneamente hipertensas como de WKY. Se consideraron estadísticamente significantes diferencias con un valor de p < 0.05. RESULTADOS: Ratas espontáneamente hipertensas sometidas a prueba con fenilefrina: ΔPAM=43,5 mmHg±5,2, ΔFC=-59,7 ppm±17,9 y ΔFC/ΔPAM=1,3 ppm/mmHg±0,1; Wistar Kyoto probadas con fenilefrina: ΔPAM=&56mmHg±3, ΔFC=*-114,9ppm±11,3 y ΔFC /ΔPAM =#1,9ppm/mmHg±0,3. Ratas espontáneamente hipertensas probadas con nitroprusiato de sodio: ΔPAM=-45,6mmHg±8,1, ΔFC=40,1ppm±11,6 y ΔFC/ΔPAM=0,9ppm/mmHg±0,5; Wistar Kyoto sometidas a prueba con nitroprusiato de sodio: ΔPAM =-39,8mmHg±6,2, ΔFC=51,9ppm±21,8 y ΔFC /ΔPAM =1,4ppm/mmHg±0,7 (*p<0,05; #p<0,01; &p<0,001). CONCLUSIÓN: Nuestros resultados muestran que ratas espontáneamente hipertensas de 13 semanas de edad presentaron reducción de la función barorrefleja cuando probadas con fenilefrina.