74
Division of Cardiovascular Medicine Department of Medical and Health Sciences Linköping University, Sweden Linköping 2008 Linköping University Medical Dissertation No. 1087 Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women With special reference to venous compliance and capacitance Marcus Lindenberger

With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Division of Cardiovascular Medicine Department of Medical and Health Sciences

Linköping University, Sweden

Linköping 2008

Linköping University Medical Dissertation No. 1087

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory

stress in women

With special reference to venous compliance and capacitance

Marcus Lindenberger

Page 2: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

 

 

                  ©Marcus Lindenberger, 2008    Cover picture: Left: Pooling of venous blood followed by filtration of fluid in the lower limbs in  response  to  lower  body  negative pressure  (LBNP),  creating  experimental hypovolemic circulatory stress. Right: Mobilization  of  venous  blood  and  fluid  from muscle  and  skin  to  the central circulation in response to LBNP in a woman.   Published  articles have been  reprinted  and used with  the permission of  the copyright holder  (Article  I, Am  J Physiol Regul  Integr Comp Physiol; Articles  II and III, Am J Physiol Heart Circ Physiol).   Printed in Sweden by LiU‐Tryck, Linköping, Sweden, 2008    ISBN 978‐91‐7393‐756‐6 ISSN 0345‐0082 

Page 3: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

       

   

                         

        

To my family       

Page 4: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

 

 

                                 

You’ll Never Walk Alone Liverpool FC anthem and way of life 

 

Page 5: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Contents 

       

CONTENTS

ABSTRACT............................................................................................................................ 3 

LIST OF PAPERS ........................................................................................................ 5

ABBREVIATIONS...................................................................................................... 6

INTRODUCTION....................................................................................................... 7

AIMS ........................................................................................................................... 13

MATERIALS.............................................................................................................. 14

Ethics..................................................................................................................... 14 Healthy volunteers (paper I‐IV)...................................................................... 14 Women prone to vaso‐vagal reaction (additional study) ........................... 15

METHODS................................................................................................................. 16

Lower body negative pressure (LBNP).......................................................... 16 Cardiovascular responses................................................................................. 17 Changes in calf volume .................................................................................... 19 Changes in upper arm volume during LBNP............................................... 22 Blood samples..................................................................................................... 23 Data recordings................................................................................................... 23 Statistics ............................................................................................................... 24

RESULTS .................................................................................................................... 25

Calf volumetric responses (paper I‐IV) ......................................................... 25 The effect of capillary fluid filtration on compliance calculations ......... 29 Total hypovolemic response (paper I‐IV) ..................................................... 30 Cardiovascular responses to acute hypovolemia (paper III‐IV)............... 30 Women prone to vaso‐vagal reaction during LBNP (additional study).. 37

Page 6: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

 

DISCUSSION............................................................................................................ 40

Venous capacitance and compliance.............................................................. 40 Capillary fluid filtration in the calf and capillary filtration coefficient. 42 Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress.................... 45 Cardiovascular responses in women prone to vaso‐vagal reaction ......... 49 Methodological considerations and limitations.......................................... 51

CONCLUSIONS ....................................................................................................... 53

POPULÄRVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING....................................... 54

ACKNOWLEDGEMENTS...................................................................................... 58

REFERENCES ............................................................................................................ 60

Page 7: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Abstract 

      3 

ABSTRACT

Acute haemorrhage is a leading cause of death in trauma. Young women (YW) seem more susceptible  to hypovolemic stress  than young men  (YM), but  the underlying mechanisms are not clear. Elderly subjects are more vulnerable to haemorrhage, with  a  decreased  defence  of  central  blood  volume  in  elderly men, but the defence has not been evaluated in elderly women (EW). The aims were  to  assess  differences  in  cardiovascular  responses  to  hypovolemic circulatory stress, emphasizing compensatory mechanisms to maintain central blood volume in YW, EW and women prone to vaso‐vagal reaction (VW).   Lower  body  negative  pressure  (LBNP)  was  used  as  a  model  for haemorrhage and  to  create acute hypovolemic  stress. Volumetric  techniques were  used  to  assess  venous  compliance,  capacitance  and  capillary  fluid exchange  both  caused  by  LBNP  in  the  calf  and  the  response  to  maintain central blood volume.   LBNP  induced a comparable hypovolemic stimulus  in YW and YM, with lower  calf venous  compliance and  capacitance but higher net  capillary  fluid filtration  in  YW.  YW  responded  with  smaller  vasoconstriction  without association  between  P‐NE  and  peripheral  vascular  resistance  in  contrast  to YM. Venous  capacitance  response was decreased with  time  in YW. Further, net capillary fluid absorption from peripheral tissues to central circulation was decreased  in YW  in  response  to hypovolemic  stress. All  in all,  this  indicates less efficiency to defend central blood volume in young women.   Calf venous compliance and capacitance was maintained in EW compared to  YW  but  capillary  filtration  was  decreased,  implying  reduced  capillary function with  age. With  increasing  transmural  pressures  however,  filtration and  capillary  filtration  coefficient  (CFC)  increased  indicating  increased capillary susceptibility to transmural pressure load in dependent regions with age.  Heart  rate  increase  was  attenuated  in  EW  while  peripheral  vascular conductance  was  maintained  suggesting  reduced  cardiovagal  baroreceptor function  in  response  to hypovolemia with age. Venous capacitance  response and  fluid  absorption  from  peripheral  tissues  to  central  circulation  were decreased with age, indicating less efficiency to defend central blood volume.   LBNP induced a slower hypovolemic stimulus in VW compared with non‐vagal women. Further, the cardiopulmonary baroreflex was less efficient, and the venous capacitance response from peripheral tissues to central circulation was decreased, which may explain their susceptibility to orthostatic challenge. 

Page 8: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

  

Page 9: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

      List of papers 

      5  

LIST OF PAPERS

The presented thesis is mainly based on the papers listed below, which will be referred to in the text by their Roman numbers. The results of some additional experiments will also be presented.   

I. Sex‐related  effects on venous  compliance  and  capillary  filtration  in the lower limb. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 292: R852‐R859, 2007. 

  

II. Decreased  capillary  filtration but maintained venous  compliance  in the  lower  limb  of  aging women. Am  J Physiol Heart Circ Physiol. 293: H3568‐H3574, 2007. 

  

III. Lower capacitance response and capillary fluid absorption in women to  defend  central  blood  volume  in  response  to  acute  hypovolemic circulatory stress. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 295: H867‐H873, 2008. 

  

IV. Reduced defense of central blood volume during acute hypovolemic circulatory stress in aging women. Submitted. 

            

Page 10: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Abbreviations 

ABBREVIATIONS

AUC    Area under the curve BMI    Body mass index BP      Blood pressure BRS    Baroreceptor sensitivity Β0, β1, β2    Characteristics of venous compliance and capacitance C      Compliance Cap 50    Time to 50% of the calf venous capacitance response CFC    Capillary filtration coefficient CO     Cardiac output CV     Coefficient of variation CVP    Central venous pressure DBP    Diastolic blood pressure ΔV      Change in volume ΔP      Change in pressure EW     Elderly women FBF     Forearm blood flow FVC    Forearm vascular conductance FVR    Forearm vascular resistance HR     Heart rate HUT    Head‐up tilt LBNP    Lower body negative pressure MAP    Mean arterial pressure NE     Norepinephrine P‐NE    Plasma Norepinephrine PP      Pulse pressure SBP     Systolic blood pressure SV      Stroke volume YM     Young men YW     Young women VW     Women responding with vaso‐vagal reaction V0      Unstressed venous volume  

Page 11: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Introduction 

      7  

INTRODUCTION

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress

Haemorrhage and hypovolemic circulatory stress is a leading cause of death in trauma  (Becker et al. 2002, Sauaia et al. 1995, Wohltmann et al. 2001). Acute hypovolemia  induces a cascade of physiological responses  to maintain blood pressure  homeostasis,  including  activation  of  the  baroreflex  axis. Cardiopulmonary  (low‐pressure)  receptors  located  in  the  pulmonary  artery and  right atrium, are unloaded during early hypovolemia, while  the arterial baroreceptors in the aortic arch and carotid sinuses are unloaded when arterial pressure decreases during more pronounced hypovolemia (Mancia and Mark 1983, Mark and Mancia 1983). Afferent baroreceptor nerves inhibit the central sympathetic nerve centre,  leading  to  increased  sympathetic activation  (Seller 1991),  mediated  by  efferent  sympathetic  nerve  endings  releasing norepinephrine  (NE)  in  the  arterial  wall  as  well  as  by  release  of  NE  and epinephrine from the adrenal medulla into the systemic circulation. The early cardiovascular response  to central hypovolemia  (within sec)  includes cardiac excitation  (also  by  withdrawal  of  parasympathetic  nervous  system)  and arterial  vasoconstriction  (Chien  1967).  This  increases  blood  pressure  and redirects  the  blood  flow  to  vital  organs  such  as  the  brain  and  heart. Furthermore,  the vasoconstrictor  response  reduces blood  flow  to  the venous section,  decreasing  peripheral  venous  pressure.  Capacitance  vein  blood volume  then decreases  substantially,  leading  to mobilization of blood  to  the central venous  circulation  (Rothe  1983). These  responses  act momentarily  to maintain homeostasis as a first line of defence against hypovolemia. Effective circulating blood volume is further increased through a slower but continuous net capillary absorption of extra‐vascular  fluid which has a major  impact on early  plasma  volume  restitution  (Lanne  and  Lundvall  1992).  If  the  subject survives the first critical phase, extra‐ and intravascular volume is restored by increased thirst and water intake, by endocrine and reflex regulation of renal water  and  salt  excretion  as well  as  through  erythropoesis  (Fitzsimons  1998, Miller et al. 1991).  

Page 12: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

The  venous  section  of  the  cardiovascular  system  can  be  looked  upon  as  a voluminous  blood  reservoir  containing  70%  of  total  blood  volume,  with another  15%  in  the  heart  and  lungs  (Rowell  1993),  and  due  to  its  great compliance well designed to preserve a proper inflow of blood into the heart during various cardiovascular adjustments (Rothe 1979). Thus, central venous pressure  and  filling  of  the  heart may  be maintained  at  a  fairly  stable  level despite  variations  in  venous  blood  volume.  Although  neuropeptide  Y  has been  shown  to  constrict  superficial  veins  (Linder  et  al.  1996),  no  evidence exists  that  active  venoconstriction  of  capacitance  vessels  in  skeletal muscle provides  an  important mechanism  translocating  blood  towards  the  central circulation  (Stewart et al. 2001). Skeletal muscle and skin  is a primary  target for the baroreflex arterial vasoconstriction during hypovolemia and due to its large  total  mass  in  the  human  body,  the  functional  importance  of  the compensatory capacitance  response and net capillary  fluid absorption  seems vital (Lesh and Rothe 1969, Lundvall et al. 1993, Olsen et al. 2000, Rothe 1983, Skelton  1927). A potent net  capillary  fluid  absorption  is dependent  on  both high  hydrodynamic  conductivity  as well  as  a  decline  in  capillary  pressure caused by reflex autonomic adjustments of both α‐ and β‐ adrenergic receptors affecting the pre‐ to post‐capillary resistance ratio, creating a net driving force over the capillary wall (Lundvall and Hillman 1978, Maspers et al. 1990).  Lower  body  negative  pressure  (LBNP)  is  an  excellent  model  for  acute haemorrhage  and  hypovolemic  circulatory  stress,  by  inducing  central hypovolemia and unloading of baroreceptors (Convertino et al. 2008, Cooke et al. 2004). When evaluating differences in cardiovascular responses to LBNP it is  of  importance  to  consider  the  created  hypovolemic  stimulus  since  LBNP induces  the pooling of blood  in  the  lower  limbs, and  increased  limb venous compliance  and  capacitance  have  been  shown  to  induce  greater  orthostatic intolerance  (Morikawa et al. 2001, Olsen et al. 2000, Tsutsui et al. 2002). Net capillary  fluid  filtration  in  the  lower  limb  further  increases  the hypovolemic stimulus  over  time  and  its  importance  has  been  demonstrated  in  patients suffering from postural orthostatic tachycardia syndrome (POTS) (Lanne and Olsen 1997, Lundvall et al. 1993, Stewart 2003).  

Page 13: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Introduction 

      9  

Sex-related differences in response to acute hypovolemia

Young women are more susceptible to experimental hypovolemic circulatory stress  than men  (Convertino 1998, Franke et al. 2003, Fu et al. 2004, Gotshall 2000, White et al. 1996) but the mechanisms underlying the susceptibility are not clear and probably multi‐factorial (Fu et al. 2004). In accordance with some findings in the arterial tree (Sonesson et al. 1993) it may be hypothesized that women  have  greater  venous  compliance with  greater  blood  pooling  in  the lower  limbs and greater hypovolemia. This  seems  to be  refuted however by two  recent studies, presenting greater calf venous compliance  in young men (Meendering  et  al.  2005a, Monahan  and Ray  2004). However,  the  technique used  to  calculate  calf  venous  compliance does not  exclude  the  considerable contribution of  fluid  filtration  to  calf volume  increase, possibly  confounding the  conclusions. No  available  data  on  sex  differences  in  calf  capillary  fluid filtration  and  capillary  fluid  coefficient  (CFC)  exists,  even  though  sex hormones  seem  to  influence  capillary  permeability  and  body  fluid homeostasis  (Pechere‐Bertschi et al. 2000, Stachenfeld et al. 2001, Stachenfeld and Taylor 2005, Tollan et al. 1992). In line with these findings, a recent large animal  study  detected  increased  micro‐vessel  permeability  in  females compared to male pigs (Huxley et al. 2005).  A decrease in baroreceptor sensibility (BRS) in young women compared with young men has been postulated by several authors (Franke et al. 2003, Laitinen et  al.  1998,  Shoemaker  et  al.  2001),  and  women  seem  to  respond  with diminished arterial vasoconstriction to the infusion of α‐receptor agonists, e.g. NE (Bowyer et al. 2001, Freedman et al. 1987, Kneale et al. 2000). Furthermore, a more pronounced decrease in stroke volume (SV) and in cardiac output (CO) has  been  proposed  as  the  main  mechanism  for  the  susceptibility  of hypovolemic circulatory stress (Convertino 1998, Fu et al. 2004, Fu et al. 2005), due to smaller and functionally stiffer hearts impeding cardiac filling in young women  (Fu  et  al.  2004,  Fu  et  al.  2005),  as well  as  lower  relative  circulating blood volume  in women  (Convertino 1998, Fu et al. 2005, White et al. 1996). The central hypovolemia that occurs during hypovolemic circulatory stress is compensated  for  by  the mobilization  of  blood  from  peripheral  capacitance vessels  towards  the  central  circulation,  as  well  as  by  net  capillary  fluid absorption from tissue to blood  in order to defend central blood volume and increase venous return to the heart (Ablad and Mellander 1963, Convertino et al. 2004, Lundvall and Lanne 1989a, Mellander 1960, Olsen et al. 2000). A less 

Page 14: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

10 

efficient  defence  of  central  blood  volume  could  hypothetically  explain  the decreased  SV  and  CO  detected  in  women,  but  has  not  been  assessed  in women. 

Age-related differences in response to acute hypovolemia

Mortality  to  trauma  increases with  increasing  age  in both women  and men, even after adjustment for higher prevalence of pre‐existing diseases (George et al. 2003, OʹKeefe et al. 2001, Taylor et al. 2002). On the other hand, orthostatic tolerance does not seem to decrease with age (Laitinen et al. 2004). In men, this can  be  attributed  to  decreased  venous  compliance  in  the  lower  limbs with increasing age, protecting against large volume displacements to the legs and central hypovolemia  (Monahan et al. 2001, Olsen and Lanne 1998, Tsutsui et al. 2002). Calf venous compliance in elderly women is unknown however, but there are  reasons  to  suspect differences with age between women and men, since  young men  have  greater  calf  venous  compliance  than  young women (Meendering  et  al.  2005a,  Monahan  and  Ray  2004).  Further,  women demonstrate  a  slower decrease  in  arterial  compliance with  age  compared  to men, an effect probably attributed to estrogen (Debasso et al. 2004, Tomiyama et  al.  2003).  Estrogens  have  been  shown  to  affect  cellular  transcription  of elastin  and  collagen,  and  estrogen‐receptors  are  known  to  exist  in  smooth muscle  cells  in  veins  and  arteries  (Kappert  et  al.  2006, Knaapen  et  al.  2005, Mendelsohn  2002).  Aging  men  have  been  shown  to  have  an  intact  calf capillary  filtration  and  CFC  (Lanne  and  Olsen  1997).  The marked  drop  in estrogen  level during menopause  in women might  however  affect  capillary fluid filtration and CFC, but this has not been evaluated in aging women.   Impaired cardiovagal BRS as well as decreased α‐ and β‐adrenergic receptor responses  has  been  found with  age  in mixed  groups  of women  and men, potentially affecting HR and vasoconstriction during hypovolemia  (Brown et al. 2003, Dinenno et al. 2002, Jones et al. 2003, Laitinen et al. 1998, Schutzer and Mader 2003, van Brummelen et al. 1981). Further, Olsen et al.  (2000)  found a ~50%  reduction  in  venous  capacitance  response  with  age  in  healthy  men during  experimental  hypovolemic  stress,  which  could  seriously  impede survival  during  severe  haemorrhage  (Olsen  et  al.  2000).  Compensatory mechanisms  to  defend  central  blood  volume  and  blood  pressure  during hypovolemia have not yet been evaluated in elderly women. 

Page 15: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Introduction 

      11  

Vaso-vagal syncope

Syncope  is a common clinical problem  that affects up  to 3.5% of  the general population  (Savage  et  al.  1985)  and  occurs most  frequently  during  upright posture (Mosqueda‐Garcia et al. 2000). Increased calf venous pooling has been reported in subjects prone to syncope during head‐up tilt (HUT) (Hargreaves and  Muir  1992),  although  others  have  found  similar  decrease  in  central hypovolemia in subjects experiencing syncope vs. controls (Epstein et al. 1968, Mosqueda‐Garcia et al. 1997). Other mechanisms behind orthostatic and vaso‐vagal syncope in women may be defect cardiopulmonary baroreflex (Thomson et al. 1997, Wasmund et al. 2003, Wijeysundera et al. 2001) or differences in the venous section with reduced venous return to the heart (Fuca et al. 2006).  This  thesis  focuses  on  compensatory  cardiovascular  responses  in  the  early phase  of  acute  hypovolemic  circulatory  stress  with  emphasis  on  venous capacitance function and transcapillary fluid absorption from skeletal muscle and skin to blood.    

Page 16: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

12 

Page 17: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Aims 

      13  

AIMS

• To evaluate sex‐related differences as well as age‐related changes in calf venous compliance and capacitance in women. 

 • To examine sex‐related differences as well as age‐related changes in calf 

net capillary fluid filtration.  

• To  study  sex‐related  differences  in  the  cardiovascular  response  to experimental  hypovolemic  circulatory  stress  in  young,  emphasizing compensatory mechanisms to maintain central blood volume. 

 • To  assess  age‐related  changes  in  the  cardiovascular  response  during 

experimental  hypovolemic  circulatory  stress  in  women,  emphasizing compensatory mechanisms to maintain central blood volume. 

 • To  evaluate  differences  in  the  cardiovascular  response  during 

experimental hypovolemic  circulatory  stress  in women prone  to vaso‐vagal reactions compared with non vaso‐vagal responding women. 

Page 18: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

14 

MATERIALS

Ethics

The studies were approved by the Ethics Committee at Linköping University. All volunteers gave informed consent according to the Declaration of Helsinki. 

Healthy volunteers (paper I-IV)

Paper  I‐IV  comprised  of  a  total  of  50  volunteers  (range  20‐75  yrs,  mean 33.5±2.7 yrs), divided  into  three groups; 22 young women  (YW,  range 20‐27 yrs, mean  23.1±0.4 yrs),  16 young men  (YM,  range  20‐26 yrs, mean  23.2±0.5 yrs),  12  elderly  women  (EW,  range  61‐75  yrs,  mean  66.4±1.4  yrs).  All volunteers  were  healthy  with  no  history  of  hypertension  and  physical examination showed an absence of varicose veins, diabetes (normal HbA1c) or other  systemic  diseases. All were  non‐smokers  and  based  on  an  interview regarding  earlier  and  current  training  activities,  they were  found  to  be  of average  physical  fitness,  excluding  sedentary  individuals  and  well‐trained athletes.  In paper  I, a  total of 28 volunteers divided  into 12 YW and 16 YM were studied. In paper II and IV, a total of 34 women divided into 22 YW and 12 EW were studied. In paper III, a total of 38 volunteers divided into 22 YW and 16 YM were studied. Table 1 shows the demographic values  in YW, YM and EW at rest. 

Page 19: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Materials 

      15  

Women prone to vaso-vagal reaction during LBNP (additional study)

 Five young women responded with a vaso‐vagal reaction during LBNP of 44 mmHg  (VW,  range  21‐25  yrs, mean  22.6±0.6  yrs)  and  their  cardiovascular responses were  compared with  the  group  of  YW  that  tolerated  LBNP well (n=22). Three VW were detected as a part of article  II‐IV, one during a pilot study  and  the  last  subject was  first  excluded  due  to  bad  data  quality,  but developed  a  vaso‐vagal  reaction  in  the  end.  The  five  VW  were  later  re‐examined  to complete  their  registrations  (except  for Plasma Norepinephrine, P‐NE). Table 1 shows the demographic values in VW at rest. 

 

YW, young women; YM, young men; EW,  elderly women; VW, vagal women.  BMI,  body  mass  index;  HR,  heart  rate;  SBP,  systolic  bloodpressure; DBP, diastolic blood pressure; MAP, mean  arterial pressure; PP,  pulse  pressure;  FBF,  forearm  blood  flow;  FVR,  forearm  vascular resistance;  FVC,  forearm  vascular  conductance;  P‐NE,  Plasma Norepinephrine. * YM vs. YW; † EW vs. YW; # VW vs. YW.

nAge (yrs)Height (cm)Weight (kg)BMI (kg/m2)HR (beats/min)SBP (mmHg)DBP (mmHg)MAP (mmHg)PP (mmHg)FBF (ml/100ml min‐1)FVR (FVR units)FVC (FVC units, 10E‐3)P‐ NE (pmol/l)

YM1623.2±0.5181±1***72±1***21.8±0.456±2116±2***60±178±156±2***3.0±0.2**28±2*37±3*1.6±0.2

YW2223.1±0.4169±162±221.7±0.460±2106±163±177±143±22.2±0.237±330±21.2±0.1

EW1266.4±1.4† † †166±164±223.4±0.5†63±2138±5† † †82±1† † †101±2† † †57±4† † †1.9±0.266±10† †18±2† †2.2±0.3† †

VW522.6±0.6166±265±323.5±0.967±4103±362±479±437±21.6±0.251±8#21±3‐‐‐ ‐‐‐

Table 1. Demographic resting values (mean±SE).

YW, young women; YM, young men; EW,  elderly women; VW, vagal women.  BMI,  body  mass  index;  HR,  heart  rate;  SBP,  systolic  bloodpressure; DBP, diastolic blood pressure; MAP, mean  arterial pressure; PP,  pulse  pressure;  FBF,  forearm  blood  flow;  FVR,  forearm  vascular resistance;  FVC,  forearm  vascular  conductance;  P‐NE,  Plasma Norepinephrine. * YM vs. YW; † EW vs. YW; # VW vs. YW.

nAge (yrs)Height (cm)Weight (kg)BMI (kg/m2)HR (beats/min)SBP (mmHg)DBP (mmHg)MAP (mmHg)PP (mmHg)FBF (ml/100ml min‐1)FVR (FVR units)FVC (FVC units, 10E‐3)P‐ NE (pmol/l)

YM1623.2±0.5181±1***72±1***21.8±0.456±2116±2***60±178±156±2***3.0±0.2**28±2*37±3*1.6±0.2

YW2223.1±0.4169±162±221.7±0.460±2106±163±177±143±22.2±0.237±330±21.2±0.1

EW1266.4±1.4† † †166±164±223.4±0.5†63±2138±5† † †82±1† † †101±2† † †57±4† † †1.9±0.266±10† †18±2† †2.2±0.3† †

VW522.6±0.6166±265±323.5±0.967±4103±362±479±437±21.6±0.251±8#21±3‐‐‐ ‐‐‐

nAge (yrs)Height (cm)Weight (kg)BMI (kg/m2)HR (beats/min)SBP (mmHg)DBP (mmHg)MAP (mmHg)PP (mmHg)FBF (ml/100ml min‐1)FVR (FVR units)FVC (FVC units, 10E‐3)P‐ NE (pmol/l)

YM1623.2±0.5181±1***72±1***21.8±0.456±2116±2***60±178±156±2***3.0±0.2**28±2*37±3*1.6±0.2

YW2223.1±0.4169±162±221.7±0.460±2106±163±177±143±22.2±0.237±330±21.2±0.1

EW1266.4±1.4† † †166±164±223.4±0.5†63±2138±5† † †82±1† † †101±2† † †57±4† † †1.9±0.266±10† †18±2† †2.2±0.3† †

VW522.6±0.6166±265±323.5±0.967±4103±362±479±437±21.6±0.251±8#21±3‐‐‐ ‐‐‐

Table 1. Demographic resting values (mean±SE).

Page 20: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

16 

METHODS

Lower body negative pressure (LBNP)

All measurements were  carried out with  the  subjects  in  the  supine position. The LBNP technique was used to create defined transmural pressure changes over  the  vessel walls  as well  as  to  simulate  acute  hypovolemic  circulatory stress  and  orthostatism. LBNP  is  an  excellent model  for  acute haemorrhage and  hypovolemic  circulatory  stress  by  inducing  central  hypovolemia  and unloading of baroreceptors and sympathetic activation (Convertino et al. 2008, Cooke et al. 2004). The advantages with LBNP compared to head‐up tilt (HUT) is  that  the  subject  remains  in  the  supine  position,  which  facilitates physiological measurements  and minimizes  the  risk of  confounding  skeletal activity and change  in  transmural pressure  is easier  to define. During LBNP, 80% of the negative pressure is transmitted to the underlying muscle tissue of the leg irrespective of muscle depth, time and magnitude, leading to a defined increase in transmural pressure over the vessel wall, with concomitant vessel dilatation and blood pooling (Olsen and Lanne 1998). LBNP of 40 to 50 mmHg results  in  a  similar  shift  in  thoracic  blood  volume  as  passive  HUT  to  70° (Taneja  et  al.  2007),  but  regional  blood  pooling  differs  between  LBNP  and HUT. While both  techniques  lead  to  increased blood pooling  in  lower  limbs and the pelvic region, LBNP  induces a decrease  in splanchnic blood volume, similar  to  in haemorrhage, while HUT brings on splanchnic  filling  (Taneja et al.  2007).  Figure  1  illustrates  the  cardiovascular  response  in  young men  to LBNP  of  11,  22  and  44  mmHg  (%  of  resting  values).  Heart  rate  (HR)  is unchanged during LBNP  of  11 mmHg,  but  increases with  increasing LBNP thereafter. Systolic blood pressure (SBP) is stepwise reduced from LBNP of 22 mmHg,  while  diastolic  blood  pressure  (DBP)  is  stable  or  slightly  raised, leading to progressively decreased pulse pressure (PP) with increasing LBNP, but maintained mean  arterial  pressure  (MAP).  Forearm  vascular  resistance (FVR) increases rapidly and the maximal response is seen within the first min after  initiation  of  LBNP.  After  termination  of  LBNP,  the  cardiovascular parameters return to resting values within the first min.  

Page 21: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Methods 

      17  

Experiments were  performed  at  a  stable  room  temperature  of  23‐25°C  and started 1 h after a regular meal. The subjects were  instructed  to abstain  from caffeine  beverages  on  the  day  of  the  investigation.  The  experiments  were performed  at  two  separate  occasions,  each  lasting  2‐3  h.  The  subjects were placed  in the supine position with the  legs and pelvis enclosed  in an airtight box up to the level of the iliac crest with a seal fitted hermetically around the waist. The pressure  in  the LBNP  chamber was measured  continuously by  a manometer  (DT‐XX  disposable  transducer,  Viggo  spectramed, Helsingborg, Sweden) and held constant by a rheostat. The LBNP chamber was connected to a vacuum source permitting stable negative pressure to be produced within 5  sec and maintained at  constant pressure  for 8 min LBNP of 11, 22 and 44 mmHg were used, with at least 30 min rest between each experiment to assure a return to the basal state.   No subjects were taking any regular medication. YW were scheduled between day 7 and 21 after start of menstruation, not excluding contraceptive use  (10 out of the 22 YW). The type of contraceptives was not registered. The time in the  menstrual  cycle  was  chosen  in  accordance  with  two  large  studies  on gender and LBNP tolerance (Gotshall 2000, White et al. 1996). Cardiovascular responses to LBNP seems to be unaffected by menstrual phase (Claydon et al. 2006,  Frey  et  al.  1986, Meendering  et  al.  2005b),  and  furthermore,  venous compliance and capacitance do not  change over  the  course of  the menstrual cycle  or  by  oral  contraceptive  use  (Meendering  et  al.  2005a).  EW were  all postmenopausal and not on hormone replacement therapy.  

Cardiovascular responses

Blood pressure  (BP) and HR were measured non‐invasively  in  the  left upper arm by oscillometric  technique  (Dinamap Pro 200, Critikon) directly prior  to LBNP and 1, 3, 6 and 8 min after LBNP initiation, and further 1, 2 and 4 min after LBNP termination. Forearm blood flow (FBF) was measured in the right forearm  by  standard  venous  occlusion  double‐looped  mercury‐in‐silicone strain‐gauge  plethysmography  (Hokanson  EC‐6,  D.E.  Hokanson,  Bellevue, WA), with  the  forearm  at  heart  level  and  the  strain‐gauge  at  the maximal circumference. Occlusion of hand blood flow was accomplished by a wrist cuff inflated 100 mmHg above SBP at  least one min before measurement of FBF. FBF was measured six times at baseline directly prior to LBNP and 30 sec, 1, 3, 

Page 22: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

18 

6 and 8 min after  institution of LBNP, as well as 1, 2 and 4 min after LBNP termination. Simultaneously, BP was measured  in  the contra‐lateral arm and FVR as well as forearm vascular conductance (FVC) was calculated:  

FVR = MAP/FBF  

FVC = FBF/MAP 

Figure 1. Hemodynamic responses to hypovolemic circulatory stress (% of resting values) caused by 8 min LBNP of 11, 22 and 44 mmHg in young men  (n=16, mean±SE). HR, heart  rate;  SBP,  systolic blood pressure; DBP,  diastolic  blood  pressure;  PP,  pulse  pressure; MAP, mean  arterial  pressure;  FBF,  forearm  blood  flow;  FVR,  forearm vascular resistance. 

100

120

140HR(%)

110

95

SBP(%)

90

10095

105

FBF(%) 50

75100

FVR(%)

100

200

300

MAP(%)

95

100

105

DBP(%) 100

105

PP(%) 80

100

11

8 min

22 44

90

100

120

140HR(%)

110

95

SBP(%)

90

10095

105

FBF(%) 50

75100

FVR(%)

100

200

300

MAP(%)

95

100

105

DBP(%) 100

105

PP(%) 8080

100

11

8 min

22 44

9090

Page 23: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Methods 

      19  

Changes in calf volume

Mercury‐in‐silicone  strain‐gauge  plethysmography  was  used  to  measure changes  in  calf  volume  (ml/100ml).  The  strain  gauge  was  applied  at  the maximal circumference of the right calf with the subject in the supine position. In all  subjects care was  taken  to place  the calf 5cm below heart  level and  to avoid  any  confounding  external pressure,  the  lowest part of  the  calf was  at least 2cm above the floor of the LBNP chamber. Further, the subjects rested in the supine position for at least 30 min to ensure stable calf volume and arterial inflow prior to initiation of LBNP. 

Figure  2. Original  tracing  illustrating  tissue  volume  changes  in  the calf in response to LBNP of 44 mmHg in a 23‐year‐old woman. Initial rapid  increase  in  volume  reflects  capacitance  response  of  2.34 ml/100ml.  The  subsequently much  slower  but  continuous  increase reflects  a  net  capillary  filtration  of  plasma  fluid  into  extra‐vascular tissue of 0.163 ml/100ml min‐1. 

Calf capacitance response and capillary fluid filtration

At onset of LBNP there is an initial rapid increase of calf volume followed by a slower  but  continuous  increase,  and  at  cessation  of  LBNP  there  is  a  rapid decrease  in calf volume (Fig. 2). These different phases reflect (1) capacitance response  (blood pooling);  (2) net  capillary  filtration of  intravascular  fluid  to extravascular  space;  (3)  rapid  return  of  pooled  blood  after  termination  of LBNP  corresponding  to  (1). This  interpretation  is  aided  by  the  fact  that  the 

8 min1 ml/100ml

LBNP

8 min1 ml/100ml

LBNP

Page 24: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

20 

capacitance  response  is  terminated within approximately 3 min  (Lundvall et al. 1993, Schnizer et al. 1978). Thus,  the calf capacitance  response  (ml/100ml) was calculated  from  the  increase  in calf volume at onset of LBNP  to  the  line defined  from  the  filtration  slope  between  3  and  8  min  (Fig.  2).  Since  the compliance of  the arterial bed  is only ≈3% of  that of  the venous bed, almost exclusively venous blood is pooled (Rothe 1979), and the capacitance response is denoted venous capacitance response (Fig. 3 A). Net capillary fluid filtration (ml/100ml min‐1) was calculated assessing the increase in calf volume per min after min  3  (Fig  3 B). The  total  net  capillary  fluid  filtration  (ml/100ml) was calculated as rate of filtration times the time of the LBNP stimulus (8 min). The total  calf  volume  increase  (ml/100ml) was  calculated  as  venous  capacitance response +  total net capillary  fluid  filtration. Further,  the  time  from onset of LBNP  to 50 % of  the venous capacitance  response  (Cap  50) was defined. The coefficient of variation (CV) for measurements of calf capacitance response on two  separate  days  was  10.4%  in  YM  and  8.4%  in  EW  while  CV  for measurements  of  calf  capillary  filtration was  9.4 %  in YM  and  9.6%  in EW (LBNP of 44 mmHg). 

Figure  3. Venous  capacitance  response  (blood pooling)  (A)  and net capillary fluid filtration (B) in the calf in young men (mean±SE, n=16) in  response  to  LBNP  of  11,  22  and  44  mmHg.  Both  capacitance response  and  net  fluid  filtration  increased  with  increasing  LBNP levels (P < 0.0001). 

   

11 22 44LBNP (mmHg)

0

1

2

3

Venouscapacitance, calf

(ml/100ml)

A

0

0.05

0.10

0.15

0.20

Capillaryfluid filtration, calf

(ml/100ml min‐1)

B

11 22 44LBNP (mmHg)

11 22 44LBNP (mmHg)

0

1

2

3

Venouscapacitance, calf

(ml/100ml)

A

11 22 4411 22 44LBNP (mmHg)

0

1

2

3

Venouscapacitance, calf

(ml/100ml)

A

0

0.05

0.10

0.15

0.20

Capillaryfluid filtration, calf

(ml/100ml min‐1)

B

11 22 44LBNP (mmHg)

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.05

0.10

0.15

0.20

Capillaryfluid filtration, calf

(ml/100ml min‐1)

B

11 22 4411 22 44LBNP (mmHg)

Page 25: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Methods 

      21  

Venous compliance

Venous  compliance  was  measured  in  the  calf.  Compliance  (C,  ml/100ml mmHg‐1)  is generally ascribed as a change  in volume caused by a change  in pressure:  

C = ΔV/ΔP  In  the  calf  ΔV  reflects  venous  capacitance  response  (ml/100ml)  and  ΔP  the increase  in  transmural  pressure  (80%  of  the  applied  negative  pressure, mmHg). Olsen and Länne (1998) used negative pressure and applied a linear regression model when studying calf venous compliance at higher transmural pressure  gradients  (18‐51 mmHg)  (Olsen  and  Lanne  1998).  Halliwill  et  al. (1999) on the other hand developed the thigh cuff occlusion technique with a non‐linear  regression  model  to  calculate  calf  venous  compliance  also  at slightly lower transmural pressure levels (10‐60 mmHg) (Halliwill et al. 1999). We studied calf venous compliance at transmural pressures of 9 to 36 mmHg, and  combined  these  two  previous  techniques  (negative  pressure  and  non‐linear regression, see the Results section). 

Capillary filtration coefficient (CFC)

The  capillary  filtration  coefficient  (CFC, ml/100ml min‐1 mmHg‐1)  in  the  calf was calculated as:  

CFC = ΔV/ (ΔP x t)  ΔV denotes the total net capillary fluid filtration during LBNP (ml/100ml), ΔP denotes the LBNP  induced change  in transmural capillary pressure (mmHg), and t denotes time (min). 

Page 26: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

22 

1 ml/100ml

(1) 

(3)

(4)

(2)

(5)

LBNP1 ml/100ml1 ml/100ml

(1) 

(3)

(4)

(2)

(5)

LBNP

Changes in upper arm volume during LBNP

Venous capacitance response and net capillary fluid absorption

Changes  in  upper  arm  volume were measured  by  air  plethysmography  to assess venous capacitance response and net transcapillary fluid absorption in response  to  LBNP  of  11,  22  and  44  mmHg  (Olsen  et  al.  2000).  The  air pletysmographs were  cylindrical, 8cm  long and made of  transparent plastic. They had openings of different sizes to fit the subject’s upper arm, which was placed  at  heart  level. To  avoid  venous  stasis  the  size  of  the  openings were chosen to be slightly larger than the arm circumference. The air slits between the skin and pletysmograph were then sealed with a soft latex compound that did not cause any additional pressure, venous stasis or  irritation  to  the skin. The  enclosed  arm  volume  was  calculated  and  changes  in  tissue  volume measured with a piston recorder connected to the pletysmographs. Recordings 

Figure 4. Original  tracing  illustrating  tissue volume changes  in  the upper arm of a 22‐year‐old man during hypovolemic circulatory stress caused by 8  min  of  LBNP  44  mmHg.  The  initial  rapid  volume  decrease  reflects mobilization of regional blood from peripheral to central circulation (initial capacitance response,  (1)), while  the much slower, but continuous decline reflects  net  transcapillary  fluid  absorption  (2).  After  cessation  of  LBNP, there is a rapid return of regional blood volume (final capacitance response (3)), with  total volume of absorbed  fluid after LBNP  termination depicted in (4) and followed by a gradual, slow net capillary re‐filtration of fluid (5). 

Page 27: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Methods 

      23  

ensured that the enclosed arm segment volume was stable for at least five min before each LBNP initiation. Application of LBNP leads to a rapid decrease in arm  volume,  followed  by  a  much  slower,  but  continuous  decline  during LBNP. At  termination  of  LBNP,  there  is  a  rapid  increase  in  tissue  volume, followed  by  a  slower  increase.  These  different  phases  reflect  (Fig.  4)  (1)  an initial mobilization  of  regional  blood  towards  the  central  circulation  (initial arm capacitance  response);  (2) net capillary absorption of extravascular  fluid to intravascular space; (3) rapid recovery of regional blood after termination of LBNP  (final  capacitance  response);  (4)  total  net  capillary  fluid  absorption during  LBNP;  (5)  transcapillary  filtration  of  fluid  from  the  intra‐  to  the extravascular space. This interpretation of tissue volume changes during acute hypovolemic  circulatory  stress  has  been  validated  with  the  aid  of simultaneously measured blood  and  tissue volume  changes  in both  animals (Ablad and Mellander 1963, Mellander 1960), and in humans using technetium marked  erythrocytes  simultaneously  with  plethysmographic  recordings (Lundvall  et  al.  1993,  Lundvall  and  Lanne  1989a).  The  arm  capacitance response  is  fully developed within  the  first  2 min  after  institution  of LBNP (Lundvall and Lanne 1989a). The net transcapillary fluid absorption (ml/100ml min‐1) was measured as  the difference  in arm volume before LBNP and one min  after  termination  of LBNP  (Fig.  4).  Further,  the  rate  of development  of initial arm  capacitance  response was assessed by determining  the  change  in arm volume 10, 20 and 30 sec after LBNP initiation. 

Blood samples

Plasma  levels of Norepinephrine (P‐NE) was measured both at rest and after four min  of  LBNP  44 mmHg,  since  by  this  time  the  increase  in  P‐NE  has almost completely developed (Edfeldt 1993). The blood samples were kept on ice,  centrifuged within  20 min,  stored  in  a  ‐70°C  freezer  and  later  analyzed with HPLC  technique. The  level of HbA1c was examined  in EW,  to exclude latent diabetes mellitus. 

Data recordings

Volume recordings from the arm and calf as well as the pressure in the LBNP chamber  were  collected  and  amplified  (MP  100A‐CE,  Biopac  Systems  Inc, Santa Barbara, CA) for later analysis with PC software (AcqKnowledge v 3.7.0, 

Page 28: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

24 

Biopac  Systems  Inc,  Santa  Barbara,  CA)  Blood  flow  data  were  collected (Hokanson  EC‐6, D.E. Hokanson,  Bellevue, WA)  for  later  analysis with  PC software (NIVP ver. 5.29B, D.E. Hokanson, Bellevue, WA). 

Statistics

Statistical  evaluation  of  the  collected  data  was  performed  in  PC  software (Statview ver 5.0.1, SAS Institute and SPSS ver 14, SPSS Inc).  All data are given with reference to soft tissue weight, excluding bone taken as 10%  in  the  calf and upper  arm  and  13%  in  the  forearm  (Cooper  et  al.  1955, Hafferl and Thiel 1969). Values are expressed as mean ± SE. The significance of difference between and within the groups was principally tested by unpaired Student’s t‐test and paired Student’s t‐test, respectively. Area under the curve (AUC)  for  blood  pressure  parameters,  FVR  and  FVC  was  calculated  from institution to termination of LBNP (paper III‐IV + additional study). Repeated measures ANOVA was applied both between and within groups to assess the correlation  between  CFC  and  transmural  pressure,  arm  volume  recordings and LBNP level, speed of initial arm capacitance response as well as to assess changes  in various cardiovascular parameters during LBNP and  followed by Tukey’s simultaneous post hoc test when appropriate (paper I‐IV + additional study). When  calculating  compliance,  a  regression  equation was  adjusted  to each  subject’s own volume‐pressure data and  β0,  β1 and  β2  stored  for group comparison  with  unpaired  Student’s  t‐test  (paper  I‐III).  Coefficient  of variation, CV  (%), was calculated on  two different days.  In paper  II and  IV, FVC rather than FVR was applied in between group measurements, since FVC is  a better marker of vascular  response when MAP differs between  the  two groups (DʹAlmeida and Lautt 1992). Simple regression analysis was applied to assess  the  association between FVR/FVC  and P‐NE, both  at  rest  and during LBNP  of  44 mmHg  (paper  III‐IV). Multiple  regression  analysis was used  to compare the slope of the regression lines between groups (paper III). Statistical significance was set to P < 0.05.  *  †  # denotes P < 0.05; **  ††  ## denotes P < 0.01; ***  †††  ### denotes P < 0.001; **** denotes P < 0.0001. 

Page 29: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      25  

RESULTS

Calf volumetric responses (paper I-IV)

Calculation of calf venous compliance (paper I-III)

Calf  venous  compliance  (C,  ml/100ml  mmHg‐1),  was  calculated  using  a combined  method  of  previously  utilized  techniques  (Halliwill  et  al.  1999, Olsen  and  Lanne  1998).  In  paper  I‐IV  the  studied  pressure  interval  was relatively low, and the resulting capacitance‐pressure curve to different levels of lower body negative pressure (LBNP) was clearly non‐linear (e.g. Fig. 5 A), with  larger  volume  changes  (greater  compliance)  at  lower  transmural pressures as described by a quadratic regression equation: 

Δ Calf volume = β0 + β1 x (transmural pressure) + β2 x (transmural pressure) 2 

In  this equation, β0  is  the y‐intercept, and β1 and β2 are characteristics of  the volume‐pressure curve. Since compliance is dependent on prevailing pressure, no  single  value  can  characterize  the  slope  of  this  relation. To  simplify data presentation, the first derivative of the volume‐pressure curve was calculated, creating a linear compliance‐pressure curve (e.g. Fig. 5 B):  

C = β1 + 2 x β2 x transmural pressure 

The slope of this curve equals the derivative of the compliance‐pressure curve: 

Slope = 2 x β2 

C, the two components β1 and β2 as well as the slope were used to determine differences in calf venous compliance. 

 

Page 30: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

26 

Sex-related differences in calf venous compliance and capacitance (paper I and III)

Calf  venous  capacitance  increased  with  increasing  LBNP  in  both  young women (YW) and young men (YM) (P < 0.0001), but was smaller in YW than in YM  at  all  LBNP  levels  (P  <  0.01  overall,  Fig.  5 A).  The  rate  of  capacitance response development  (Cap  50) was equal  in YW and YM at all LBNP  levels. Calf  venous  compliance  was  greater  at  small  transmural  pressures  and decreased with  increasing pressures  in both YW and YM (P < 0.001, Fig. 5 B) and compliance measured as  β1 as well as  β2 and  slope was  smaller  in YW than in YM, (each P < 0.05, Fig. 5 B). 

Figure 5. (A) Venous capacitance response in the calf in relation to transmural pressure changes  induced by LBNP  in young women (YW, white dots, dashed lines) and young men (YM, black boxes, solid  lines), mean±SE. Venous capacitance response was  lower  in YW than in YM (P < 0.01). (B) Corresponding compliance‐pressure curves  in  YW  and  YM.  It  is  obvious  that  compliance  decreases with  increasing  transmural  pressure  in  both  groups  (P  <  0.001). Venous  compliance  was  greater  in  YM  at  lower  transmural pressures (P < 0.05). * denotes sex‐related differences. 

0

1

2

3

Capacitanceresponse, calf

(ml/100ml)

A

Venouscompliance, calf

(ml/100mlmmHg‐1 )

B

0

0.04

0.08

0.12

10 20 30 40Transmural pressure (mmHg)0

**

*

0

1

2

3

Capacitanceresponse, calf

(ml/100ml)

A

Venouscompliance, calf

(ml/100mlmmHg‐1 )

B

0

0.04

0.08

0.12

0

0.04

0.08

0.12

10 20 30 40Transmural pressure (mmHg)0 10 20 30 40Transmural pressure (mmHg)0

**

*

Page 31: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      27  

Age-related effects on calf venous compliance and capacitance (paper II)

Calf  capacitance  response  increased  with  increasing  LBNP  also  in  elderly women (EW) (P < 0.0001), and was similar to calf capacitance response in YW at  all  LBNP  level  and  overall  (Fig.  6  A).  The  rate  of  capacitance  response development  (Cap  50) was also equal at all LBNP  levels  in EW and YW. Calf venous compliance was greater at small transmural pressures also  in the EW and decreased with increasing pressure (P < 0.001). No change in calf venous compliance was seen with increasing age (Fig. 6 B). 

 Figure 6. (A) Venous capacitance response in the calf in relation to transmural pressure changes evoked by LBNP  in elderly women (EW, black boxes, solid lines) and young women (YW, white dots, dashed  lines),  mean±SE.  No  age‐related  difference  in  venous capacitance  response  was  seen.  (B)  The  corresponding  venous compliance‐pressure  curves  in  EW  and  YW.  No  age‐related change in compliance was detected. 

  

0

1

2

3

Capacitanceresponse, calf

(ml/100ml)

A

0

0.02

0.06

0.10

Venouscompliance, calf

(ml/100ml mmHg‐1 )

B

10 20 30 40Transmural pressure (mmHg)0

0

1

2

3

Capacitanceresponse, calf

(ml/100ml)

A

0

0.02

0.06

0.10

Venouscompliance, calf

(ml/100ml mmHg‐1 )

B

10 20 30 40Transmural pressure (mmHg)0 10 20 30 40Transmural pressure (mmHg)0

Page 32: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

28 

Sex-related differences in capillary fluid filtration and capillary filtration coefficient (CFC) (paper I and III)

The net capillary fluid filtration in the calf increased with increasing LBNP in both YW and YM (P < 0.0001), and was greater in YW at LBNP of 11 and 22 as well as overall (P < 0.05, Fig. 7). CFC was unaffected by increasing transmural pressure in both YW and YM, and was 0.0043±0.0002 in YW and 0.0036±0.0002 (ml/100ml min‐1 mmHg‐1) in YM, being greater in YW (P = 0.02). 

Figure 7. Net capillary fluid filtration in the calf in response to LBNP in young women (YW, white bars) and young men (YM, black bars), mean±SE. Net  fluid  filtration was  larger  in YW  at LBNP  11  and  22 mmHg as well as overall (P < 0.05). * denotes sex‐related differences. 

Age-related differences in capillary fluid filtration and CFC (paper II)

The net  capillary  fluid  filtration  in  the  calf  increased with  increasing LBNP also  in EW  (P  <  0.0001). Net  fluid  filtration was  smaller  in EW  than YW  at LBNP of 11 and 22 mmHg (each P < 0.001), but similar at LBNP of 44 mmHg (P = 0.93, Fig. 8 A). In agreement, CFC was also reduced at LBNP of 11 and 22 mmHg  (each  P  <  0.001),  but  equal  at  higher  LBNP  (P  =  0.93).  CFC  was dependent  on  the  prevailing  transmural  pressure  in  EW  (P  <  0.001)  and increased by approximately 1/3 at LBNP of 44 mmHg compared with  lower LBNP levels (P < 0.01), while CFC was pressure independent in YW (Fig. 8 B).  

0

0.05

0.10

0.15

0.20

Capillaryfluid filtration, calf

(ml/100ml min‐1)

*

*

11 22 44LBNP (mmHg)

*

0

0.05

0.10

0.15

0.20

Capillaryfluid filtration, calf

(ml/100ml min‐1)

*

*

11 22 44LBNP (mmHg)11 22 4411 22 44LBNP (mmHg)

**

Page 33: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      29  

Figure 8.  (A) Net  capillary  fluid  filtration  in  the  calf  in  response  to LBNP  in elderly  women  (EW,  black  bars)  and  young  women  (YW,  white  bars), mean±SE. Net  fluid  filtration was  reduced with  age during LBNP  11  and  22 mmHg (P < 0.001), but equal at LBNP 44 mmHg (P = 0.93). (B) Change in CFC (%) with  increasing  transmural pressure  in EW  (black boxes,  solid  lines) and YW  (white  dots,  dashed  lines).  A  positive  association  between  CFC  and transmural pressure was  found  in EW  (P  <  0.001),  and CFC  increased  1/3  at high  transmural pressure  in EW  (P < 0.01).  * denotes age‐related differences,     † denotes change in CFC with increasing transmural pressure. 

The effect of capillary fluid filtration on compliance calculations (paper I and II)

The  impact  of  capillary  fluid  filtration  on  calf  compliance  calculations was studied using  either  calf  venous  capacitance  volume  (net  capillary  filtration excluded)  or  total  calf  volume  (not  excluding  net  capillary  filtration)  in  the volume‐pressure relationship. Either β1 or β2 were significantly affected by net capillary filtration in all groups studied (YW, YM and EW, Table 2). 

CFC, calf

(%)

†††

80

100

120

140

160B

Transmural pressure (mmHg)10 30 400 20

A

******

11 22 44LBNP (mmHg)

0

0.05

0.10

0.15

0.20Capillaryfluid filtration, calf

(ml/100ml min‐1)

CFC, calf

(%)

†††

80

100

120

140

160

80

100

120

140

160B

Transmural pressure (mmHg)10 30 400 2010 30 400 20

A

******

11 22 44LBNP (mmHg)

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.05

0.10

0.15

0.20Capillaryfluid filtration, calf

(ml/100ml min‐1)

P0.080.080.004

ParameterGroupYWYMEW

Ven cap0.1000.1300.092

Total vol0.1240.1490.094

Diff (%)‐24‐15‐2

P0.00010.020.73

Ven cap‐0.0009‐0.0015‐0.0008

Total vol‐0.0007‐0.0012‐0.0001

Diff (%)222187

β2

YW, young women; YM, young men; EW, elderly women. β1 and β2 are parameters of the  compliance  equation calculated  using either calf  venous  capacitance (Ven cap, filtration excluded) or total calf volume increase (Total vol, filtration not excluded). Diff, difference between β1 and β2 using Ven cap and Total vol in the compliance equation.

Table 2. The effects of net capillary fluid filtration on compliance calculations.β1

P0.080.080.004

ParameterGroupYWYMEW

Ven cap0.1000.1300.092

Total vol0.1240.1490.094

Diff (%)‐24‐15‐2

P0.00010.020.73

Ven cap‐0.0009‐0.0015‐0.0008

Total vol‐0.0007‐0.0012‐0.0001

Diff (%)222187

β2

YW, young women; YM, young men; EW, elderly women. β1 and β2 are parameters of the  compliance  equation calculated  using either calf  venous  capacitance (Ven cap, filtration excluded) or total calf volume increase (Total vol, filtration not excluded). Diff, difference between β1 and β2 using Ven cap and Total vol in the compliance equation.

Table 2. The effects of net capillary fluid filtration on compliance calculations.β1

Page 34: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

30 

Total hypovolemic response (paper I-IV)

Total calf volume  increase  (i.e. venous capacitance response +  total  filtration) during LBNP was equivalent between YW and YM as well as YW and EW at all LBNP levels (Table 3).  

 

Cardiovascular responses to acute hypovolemia

Assessment of arm capacitance response (paper III-IV)

The  initial  capacitance  response,  final  capacitance  response  as  well  as  net capillary  fluid  absorption  were  measured  in  the  upper  arm  segment  in response to LBNP (fig. 9). However, in many registrations there was a gradual reduction of the capacitance response with time during LBNP (Fig. 9 B). To be able to separate the capacitance response and fluid absorption and define the initial  capacitance  also  in  these  curves,  the  following  assumptions  were applied  in  all  registrations:  first,  the maximal  arm volume  reduction during the  first  two min  of LBNP was  identified. Then  the  total net  capillary  fluid absorption (4) was added, defining the total volume reduction at termination of LBNP (X, Fig. 9 B). From X a tangent was drawn adjoining the lowest part of  the volume curve during  the  initial  two min of LBNP, defining  the  initial capacitance response (Fig. 9 B).  

   

GroupYWYMEW

11 mmHg1.00±0.051.16±0.090.90±0.08

22 mmHg1.94±0.082.22±0.141.72±0.10

44 mmHg3.47±0.113.77±0.203.30±0.14

Total calf volume increase

Total calf volume increase (venous capacitance response + total net  fluid  filtration)  in  response  to  LBNP  in  young  women (YW), young men (YM) and elderly women  (EW). No sex‐ or age‐related differences were seen at any LBNP level.

Table 3. Total calf volume increase

GroupYWYMEW

11 mmHg1.00±0.051.16±0.090.90±0.08

22 mmHg1.94±0.082.22±0.141.72±0.10

44 mmHg3.47±0.113.77±0.203.30±0.14

Total calf volume increaseGroupYWYMEW

11 mmHg1.00±0.051.16±0.090.90±0.08

22 mmHg1.94±0.082.22±0.141.72±0.10

44 mmHg3.47±0.113.77±0.203.30±0.14

Total calf volume increase

Total calf volume increase (venous capacitance response + total net  fluid  filtration)  in  response  to  LBNP  in  young  women (YW), young men (YM) and elderly women  (EW). No sex‐ or age‐related differences were seen at any LBNP level.

Table 3. Total calf volume increase

Page 35: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      31  

Figure 9. (A) Original tracing illustrating tissue volume changes in the upper arm of a 22‐year‐old man during hypovolemic circulatory stress caused by 8 min of LBNP  44 mmHg  (see  fig.  4  for  details).  (B) Original  tracing  illustrating  tissue volume changes in the upper arm during 8 min of LBNP 44 mmHg of a 21‐year‐old woman. After  the  initial capacitance  response  (mobilization of blood  to  the central circulation), there is a gradual reduction of the capacitance during LBNP, resulting in a decreased final capacitance response. See text for further details. 

Sex-related cardiovascular responses (paper III)

The maximal  cardiac and peripheral  responses  to 8 min of LBNP 44 mmHg can  be  seen  in  Table  4.  Changes  in  heart  rate  (HR)  and  blood  pressure parameters were equal, while YW responded with smaller increase in forearm vascular resistance  (FVR), but with  increased Plasma Norepinephrine  (P‐NE) (P < 0.05).  

   

1.57

1.14

0.56

x

B LBNPLBNP

1.44; (1)

1.43; (3) 

1.15; (4) 

A1 ml/100ml

(2)

(5) 1.57

1.14

0.56

x

B LBNP

1.57

1.14

0.56

x

B LBNPLBNP

1.44; (1)

1.43; (3) 

1.15; (4) 

A1 ml/100ml

(2)

(5)

Percentage of resting values, mean ± SE. YW, young women; YM, young men. HR, heart rate;  SBP,  systolic  blood  pressure; DBP,  diastolic  blood  pressure; MAP, mean  arterial pressure;  PP,  pulse  pressure;  FVR,  forearm  vascular  resistance;  P‐NE,  plasma Norepinephrine. * denotes sex‐related differences, P < 0.05. 

Group HR (%) SBP (%) DBP (%) MAP (%) PP (%) FVR (%) P‐NE (%)YW 137±4 94±1 104±1 100±1 77±3 180±11* 189±16*YM 135±4 94±1 109±2 102±1 74±3 255±39  133±9

Table 4.Maximal cardiovascular responses evoked by LBNP of 44 mmHg.

Percentage of resting values, mean ± SE. YW, young women; YM, young men. HR, heart rate;  SBP,  systolic  blood  pressure; DBP,  diastolic  blood  pressure; MAP, mean  arterial pressure;  PP,  pulse  pressure;  FVR,  forearm  vascular  resistance;  P‐NE,  plasma Norepinephrine. * denotes sex‐related differences, P < 0.05. 

Group HR (%) SBP (%) DBP (%) MAP (%) PP (%) FVR (%) P‐NE (%)YW 137±4 94±1 104±1 100±1 77±3 180±11* 189±16*YM 135±4 94±1 109±2 102±1 74±3 255±39  133±9

Table 4.Maximal cardiovascular responses evoked by LBNP of 44 mmHg.

Page 36: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

32 

Figure 10 A shows  the change  in FVR  (%) during LBNP of 44 mmHg  in YW and YM. YW responded with reduced FVR during the first 3 min of LBNP (P < 0.05) as well as overall  (P < 0.01) compared with YM. Figure 10 B shows  the association  between  the  increase  in  FVR  (AUC)  and  P‐NE  (%  from  resting value) in YW and YM during LBNP of 44 mmHg. No association was found in YW (R2 = 0.01, NS) in contrast to in YM (R2 = 0.59, P < 0.05). Further, the slope of the regression line was less steep in YW than in YM (P = 0.002), i.e. a similar increase in P‐NE in both sexes seemed to generate a much greater increase in FVR  in YM  than  in YW. Also  at  rest P‐NE was  associated with FVR  in YM    (R2 = 0.67, P < 0.05), but not in YW (R2 = 0.03, NS). 

Figure  10.  (A)  Increase  in  forearm  vascular  resistance  (FVR,  %)  during hypovolemic  circulatory  stress  caused  by  8 min  LBNP  of  44 mmHg  in  young women  (YW, white dots, dashed  lines), and young men  (YM, black boxes,  solid lines), mean±SE. YW had  smaller  increases  in FVR during  the  first  three min of LBNP  (P  <  0.05)  as well  as  overall  (AUC, P  <  0.01).  (B)  FVR  increase  (AUC)  in relation  to  Plasma  Norepinephrine  (P‐NE)  increase  (%)  during  hypovolemic circulatory  stress  caused by 8 min LBNP of 44 mmHg. No association was  seen between FVR and P‐NE in YW in contrast to in YM (R2 = 0.59, P < 0.05). * denotes sex‐related differences, † denotes a positive association between FVR and P‐NE. 

    

0

400

800

1200

FVR, LBNP 44 mmHg

(FVR units)

0 100 200P‐NE increase, LBNP (%) 

B

0 4 8Time (min)

100

200

300

FVR, LBNP 44 mmHg

(% of restingvalues)

**

*

A **

0

400

800

1200

FVR, LBNP 44 mmHg

(FVR units)

0 100 200P‐NE increase, LBNP (%) 

B

0 4 8Time (min)

100

200

300

FVR, LBNP 44 mmHg

(% of restingvalues)

**

*

A **

0 4 8Time (min)

100

200

300

FVR, LBNP 44 mmHg

(% of restingvalues)

**

*

**

*

A **

Page 37: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      33  

Sex-related defence of central blood volume (paper III)

Figure  11  A  shows  the  initial  arm  capacitance  response  (mobilization  of venous capacitance blood to central circulation) during LBNP in YW and YM. The  initial  response was well maintained  in YW,  being  greater  at LBNP  11 mmHg (P < 0.001), and subsequently increased similarly when increasing the hypovolemic stimulus (P < 0.0001). Furthermore, YW responded with a faster increase in arm capacitance response than YM at LBNP of 44 mmHg (P < 0.01, not shown). However, the capacitance response was less maintained with time in YW than in YM at all LBNP levels (Fig. 11 B).  

Figure  11.  (A)  Initial  arm  capacitance  response  (mobilization  of peripheral  blood  to  the  central  circulation)  during  hypovolemic circulatory  stress  caused  by  LBNP  in  young women  (YW, white bars)  and  young  men  (YM,  black  bars),  mean±SE.  The  initial capacitance response was greater in YW during LBNP of 11 mmHg    (P < 0.001). (B) The decrease  in capacitance response  (%) with  time during 8 min of LBNP. The decrease was greater in YW at all LBNP levels (P < 0.05 and P < 0.01). * denotes sex‐related differences. 

 Figure 12  shows  the net  capillary  fluid absorption during LBNP  in YW and YM,  which  increased  with  increasing  LBNP  in  both  groups  (P  <  0.0001). Capillary fluid absorption was  lower  in YW at LBNP of 44 mmHg as well as overall  (P  <  0.05).  Furthermore,  YM  responded  with  a  more  prominent increase  in  net  capillary  fluid  absorption with  increasing  hypovolemia  than YW (P < 0.05).  

 

0

0.6

1.2

1.8

Initial capacitanceresponse, 

arm (ml/100ml)

A

***

11 22 44LBNP (mmHg)

Decreasein capacitance, arm

duringLNBP (%)

50

30

10 

0

*

B

**

**

11 22 44LBNP (mmHg)

0

0.6

1.2

1.8

0

0.6

1.2

1.8

Initial capacitanceresponse, 

arm (ml/100ml)

A

***

11 22 44LBNP (mmHg)11 22 4411 22 44LBNP (mmHg)

Decreasein capacitance, arm

duringLNBP (%)

50

30

10 

0

50

30

10 

0

*

B

**

**

11 22 44LBNP (mmHg)11 22 4411 22 44LBNP (mmHg)

Page 38: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

34 

Figure  12.  Net  capillary  fluid  absorption  during  hypovolemic circulatory stress caused by LBNP in young women (YW, white dots, dashed  lines)  and  young  men  (YM,  black  boxes,  solid  lines), mean±SE.  The  fluid  absorption was  lower  in YW  during  LBNP  44 mmHg as well as overall  (P < 0.05). Further, YW  responded with a less  pronounced  increase  in  fluid  absorption  with  increasing hypovolemia than YM (P < 0.05). * denotes sex‐related differences. 

Age-related cardiovascular responses (paper IV)

The maximal cardiac and peripheral responses to 8 min of LBNP of 44 mmHg can be seen in Table 5. HR increased less in EW (P < 0.01), while the increase in P‐NE and forearm vascular conductance (FVC) was similar to in YW. Further, a greater increase in MAP and DBP was seen in EW (P < 0.05). 

Figure 13 shows  the maximal change  (%)  in HR  (A) and FVC  (B)  in EW and YW  in  response  to  LBNP  of  11,  22  and  44  mmHg.  HR  increased  with increasing LBNP  in both groups  (P < 0.0001), but EW  responded with a  less prominent  augmentation  in HR with  increasing  hypovolemia  (P  <  0.01),  as well as a smaller HR increase at LBNP of 22 and 44 mmHg (both P < 0.01) than 

Group HR (%) SBP (%) DBP (%) MAP (%) PP (%) FVC (%) P‐NE (%)EW 120±2** 95±2 109±2* 103±1* 78±3 59±7 189±20YW 137±4  94±1 105±1  100±1  77±3  60±3  189±16Percentage of resting values, mean ± SE. EW, elderly women; YW, young women. HR, heart  rate;  SBP,  systolic  blood  pressure;  DBP,  diastolic  blood  pressure; MAP, mean arterial pressure; PP, pulse pressure;  FVR,  forearm  vascular  resistance; P‐NE,  plasma Norepinephrine. * denotes age‐related differences.

Table 5.Maximal cardiovascular responses evoked by LBNP of 44 mmHg.Group HR (%) SBP (%) DBP (%) MAP (%) PP (%) FVC (%) P‐NE (%)EW 120±2** 95±2 109±2* 103±1* 78±3 59±7 189±20YW 137±4  94±1 105±1  100±1  77±3  60±3  189±16Percentage of resting values, mean ± SE. EW, elderly women; YW, young women. HR, heart  rate;  SBP,  systolic  blood  pressure;  DBP,  diastolic  blood  pressure; MAP, mean arterial pressure; PP, pulse pressure;  FVR,  forearm  vascular  resistance; P‐NE,  plasma Norepinephrine. * denotes age‐related differences.

Table 5.Maximal cardiovascular responses evoked by LBNP of 44 mmHg.

0

0.04

0.12

Net capillaryfluid absorption,

arm (ml/100ml min‐1)

10 20 30 40 50LBNP (mmHg)

*0.08

*

0

0.04

0.12

Net capillaryfluid absorption,

arm (ml/100ml min‐1)

10 20 30 40 50LBNP (mmHg)

*0.08

*

Page 39: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      35  

YW. FVC decreased with  increasing LBNP  levels  (P < 0.001), but similarly  in EW and YW (P > 0.58) and no FVC difference was seen at any LBNP level. 

Figure 13. (A) Maximal change in heart rate (HR, %) and (B) forearm vascular conductance (FVC, %) during hypovolemic circulatory stress caused by LBNP in  elderly  women  (EW,  black  boxes,  solid  lines)  and  young  women  (YW, white  dots,  dashed  lines),  mean±SE.  HR  increased  less  with  increasing hypovolemia in EW and was lower during LBNP 22 and 44 mmHg (P < 0.01). On the contrary, FVC decreased similarly with increasing LBNP level and no age‐related differences were seen. * denotes age‐related differences. 

Age-related defence of central blood volume (paper IV)

Figure 14 A shows  the  initial arm capacitance  response during LBNP  in EW and  YW.  Both  groups  increased  their  initial  capacitance  response  with increasing  hypovolemic  stimuli  (EW,  P  <  0.01;  YW,  P  <  0.0001),  but  the response was much smaller in EW with increasing hypovolemia compared to YW (P < 0.001). Further, initial capacitance response was markedly decreased in EW (P < 0.0001), but EW maintained the capacitance response during LBNP of 44 mmHg, while  the YW decreased  in  capacitance  response  (EW vs. YW,     P  =  0.001,  not  shown).  Figure  14  B  shows  the  rate  of  capacitance  response development during  the  first  30  sec of LBNP of  44 mmHg  (%  in  relation  to fully  developed  capacitance  response).  EW  responded with  a much  slower increase in capacitance response, especially during the first 10 sec (P = 0.0001).  Figure 15  shows net  capillary  fluid absorption  in  the upper arm  in EW and YW during LBNP. This increased with increasing hypovolemia in both groups 

5010 20 30 40LBNP (mmHg)

60

80

100

Maximal changein FVC (%)

B

5010 20 30 40LBNP (mmHg)

100

120

140

**

**

Maximal changein HR (%)

A **

5010 20 30 40LBNP (mmHg)

60

80

100

60

80

100

Maximal changein FVC (%)

B

5010 20 30 40LBNP (mmHg)

100

120

140

100

120

140

**

**

Maximal changein HR (%)

A ****

Page 40: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

36 

(EW, P < 0.05; YW, P < 0.0001), but the increase was smaller in EW (LBNP of   0‐44 mmHg, P < 0.05). The fluid absorption was  lower at LBNP of 44 mmHg     (P < 0.01), as well as overall (P = 0.01) in EW. 

Figure  14.  (A)  Initial  arm  capacitance  response  (mobilization  of  peripheral blood  to  the central circulation) during hypovolemic circulatory  stress caused by LBNP  in  elderly women  (EW,  black  bars)  and  young women  (YW, white bars), mean±SE. The arm capacitance response was reduced in EW (P < 0.0001). (B) Rate of capacitance response development during the first 30 sec of LBNP 44 mmHg  in relation  to  fully developed capacitance response  (%), mean±SE. The response was slower in EW (P < 0.0001). * denotes age‐related differences. 

Figure 15. Net capillary fluid absorption during hypovolemic circulatory stress caused by LBNP  in  elderly women  (EW, black boxes,  solid  lines)  and young women  (YW, white dots, dashed  lines), mean±SE. Fluid  absorption  increased less with increasing hypovolemia in EW (P < 0.05) and demonstrated decreased absorption at LBNP 44 mmHg (P < 0.01), as well as overall (P < 0.01). * denotes age‐related differences. 

**

Net capillary fluid absorption,

arm (ml/100ml min‐1)

0

0.05

0.10

5010 20 30 40LBNP (mmHg)

**

**

Net capillary fluid absorption,

arm (ml/100ml min‐1)

0

0.05

0.10

5010 20 30 40LBNP (mmHg)

5010 20 30 40LBNP (mmHg)

****

11 22 44LBNP (mmHg)

0

0.6

1.2

1.8

Initial capacitancerespons,

arm (ml/100ml)

A

****

****

****

Capacitanceresponse, arm

LBNP 44 mmHg(%)

B

0

25

50

75

100

0 10 20 30Time (sec)

****

****

****

11 22 4411 22 44LBNP (mmHg)

0

0.6

1.2

1.8

Initial capacitancerespons,

arm (ml/100ml)

A

****

****

****

Capacitanceresponse, arm

LBNP 44 mmHg(%)

B

0

25

50

75

100

0 10 20 30Time (sec)

****

****

****

Page 41: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      37  

Women prone to vaso-vagal reaction during LBNP (additional study)

All young women examined (n=27) tolerated LBNP of 11 and 22 mmHg well, but five young women (VW) developed signs of a vaso‐vagal reaction during the  last  five min of LBNP 44 mmHg. At  this LBNP  level only data  from  the first three min can be presented in VW, and final capacitance response and net capillary absorption could not be determined. 

Calf volume responses in VW

Calf venous  capacitance was  similar  in VW  at  all LBNP  levels  compared  to YW (Table 6). However, the rate of development of calf capacitance response (Cap  50) was slower  in VW  (LBNP 22 mmHg, P < 0.05; LBNP 44 mmHg, P < 0.001; overall, P = 0.002, Table 6), with  increasing difference with  increasing LBNP (P < 0.001).  Calf net  capillary  fluid  filtration  as well  as CFC was  smaller  in VW during LBNP of 11 mmHg  (P < 0.05), but similar  in VW and YW at higher LBNP as well as overall (Table 6). Total calf volume increase was slightly smaller in VW at LBNP of 11 mmHg (P < 0.05), but similar at higher LBNP levels. 

 

LBNPCalf responses:Ven Cap (ml/100ml)Cap 50 (sec)Net filtr (ml/100ml min‐1)Total vol (ml/100ml)

YW0.68±0.0410±10.039±0.0021.00±0.05

VW0.53±0.0813±20.025±0.005*0.73±0.09*

YW1.35±0.0719±10.073±0.031.94±0.08

VW1.31±0.1026±1 *0.081±0.0111.96±0.18

YW2.26±0.0926±20.151±0.083.47±0.11

VW2.09±0.1244±7***0.151±0.0173.29±0.22

11 mmHg 22 mmHg 44 mmHg

Values  are mean±SE. VW, women  prone  to  vaso‐vagal  reaction; YW,  non  vaso‐vagal  responding women.  Ven Cap,  Calf  venous  capacitance  response;  Cap  50,  time  to  50  %  of  the  calf  venous capacitance response; Net filtr, net capillary fluid filtration; Total vol, total calf volume increase (calf venous  capacitance  response  +  total net  capillary  fluid  filtration during  8 min  of  LBNP). Venous capacitance developed  slower  in VW  seen  as greater Cap  50 (LBNP  22 mmHg, P <  0.05; LBNP  44 mmHg, P < 0.001), with the difference  increasing with  increasing LBNP (P < 0.001). Fluid  filtration and total calf volume increase were smaller in VW at LBNP 11 mmHg (P < 0.05) but similar at higher LBNP. * denotes differences between VW and YW.

Table 6. Calf responses evoked by LBNP of 11, 22 and 44 mmHg.LBNPCalf responses:Ven Cap (ml/100ml)Cap 50 (sec)Net filtr (ml/100ml min‐1)Total vol (ml/100ml)

YW0.68±0.0410±10.039±0.0021.00±0.05

VW0.53±0.0813±20.025±0.005*0.73±0.09*

YW1.35±0.0719±10.073±0.031.94±0.08

VW1.31±0.1026±1 *0.081±0.0111.96±0.18

YW2.26±0.0926±20.151±0.083.47±0.11

VW2.09±0.1244±7***0.151±0.0173.29±0.22

11 mmHg 22 mmHg 44 mmHg

Values  are mean±SE. VW, women  prone  to  vaso‐vagal  reaction; YW,  non  vaso‐vagal  responding women.  Ven Cap,  Calf  venous  capacitance  response;  Cap  50,  time  to  50  %  of  the  calf  venous capacitance response; Net filtr, net capillary fluid filtration; Total vol, total calf volume increase (calf venous  capacitance  response  +  total net  capillary  fluid  filtration during  8 min  of  LBNP). Venous capacitance developed  slower  in VW  seen  as greater Cap  50 (LBNP  22 mmHg, P <  0.05; LBNP  44 mmHg, P < 0.001), with the difference  increasing with  increasing LBNP (P < 0.001). Fluid  filtration and total calf volume increase were smaller in VW at LBNP 11 mmHg (P < 0.05) but similar at higher LBNP. * denotes differences between VW and YW.

Table 6. Calf responses evoked by LBNP of 11, 22 and 44 mmHg.

Page 42: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

38 

Cardiovascular responses in VW

The cardiovascular response to LBNP in VW and YW can be seen in Figure 16. At LBNP of 11 mmHg, HR (%) and SBP (%) were unchanged in both VW and YW, and one min after  initiation FBF, FVC and FVR were also unchanged  in VW (FBF and FVR, P > 0.92, FVC > 0.72), while a substantial decrease in FBF and FVC with concomitant increase in FVR was seen in YW (P = 0.0006 and P = 0.002,  respectively). Further, FVC was  less  reduced  in VW  compared  to YW during  the  first  3  min  (P  <  0.05,  LBNP  11  mmHg).  With  increasing hypovolemia, VW decreased faster in SBP and PP (%, both P < 0.05). Further, the decrease  in SBP  (%, P < 0.01) and PP  (%, P < 0.05) was greater  in VW at LBNP of 22 mmHg and 44 mmHg, respectively. 

  Figure  16.  Hemodynamic  responses  to hypovolemic circulatory stress (% of resting values) caused by 8 min LBNP of 11, 22 and 44 mmHg  in women  prone  to  vaso‐vagal reaction  (VW)  and  young  women  (YW), mean±SE.  HR,  heart  rate;  SBP,  systolic blood  pressure;  DBP,  diastolic  blood pressure;  PP,  pulse  pressure; MAP, mean arterial pressure; FBF,  forearm blood  flow; FVR,  forearm  vascular  resistance.  No change  in  FBF  and  FVR  was  seen  after initiation  of  LBNP  11  mmHg  in  VW  in contrast  to  the  substantial  change  seen  in YW (P < 0.0006 and P < 0.002, respectively). SBP and PP decreased more in VW at LBNP 22  mmHg  (P  <  0.01)  and  44  mmHg              (P  <  0.05),  respectively,  and  both  SBP  and PP  decreased  faster  with  increasing hypovolemia  (P  <  0.05)  in  VW.  *  denotes differences between VW and YW. † denotes changes from resting values in YW.      

 

4411 22

PP(%)

MAP(%)

FBF(%)

FVR(%)

8 min

SBP(%)

**

DBP(%)

60

80

100

95

100

105

60

80

100

120

100

150

200

90

100

95

105

100

110

105

95

100

120

140HR(%)

*

†††

††

*

4411 22

PP(%)

MAP(%)

FBF(%)

FVR(%)

8 min

SBP(%)

**

DBP(%)

60

80

100

95

100

105

60

80

100

120

100

150

200

90

100

95

105

100

110

105

95

100

120

140HR(%)

*

†††

††

*

Page 43: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Results 

      39  

Defence of central blood volume in VW

Figure 17 A shows  the  initial arm capacitance response during LBNP  in VW and YW. VW responded with decreased initial capacitance response at LBNP of 44 mmHg as well as overall (P < 0.05). Figure 17 B shows the net capillary fluid  absorption  in  the  upper  arm  in  VW  and  YW. VW  presented  a  trend towards lower net absorption than YW at LBNP of 22 mmHg (P = 0.13). 

Figure 17.  Initial arm  capacitance  response  (mobilization of peripheral blood  to  the  central  circulation) during hypovolemic  circulatory  stress caused  by  LBNP  in women  prone  to  vaso‐vagal  reaction  (VW,  black bars)  and  young  women  (YW,  white  bars),  mean±SE.  The  arm capacitance response was reduced in VW at LBNP of 44 mmHg as well as overall  (P < 0.05).  (B) Net capillary fluid absorption during LBNP  in VW and YW. Net fluid filtration seemed to be reduced  in VW, but this did not reach significance. * denotes differences between VW and YW. 

0

0.6

1.2

1.8

Initial capacitanceresponse, 

arm (ml/100ml)

11 22 44LBNP (mmHg)

A*

0

0.03

0.09

0.12

Netcapillaryfluid absorption,

arm (ml/100ml min‐1)

B

11 22 44LBNP (mmHg)

*

0

0.6

1.2

1.8

0.6

1.2

1.8

Initial capacitanceresponse, 

arm (ml/100ml)

11 22 44LBNP (mmHg)11 22 44LBNP (mmHg)

A*

0

0.03

0.09

0.12

Netcapillaryfluid absorption,

arm (ml/100ml min‐1)

B

11 22 44LBNP (mmHg)11 22 44LBNP (mmHg)

*

Page 44: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

40 

DISCUSSION

Venous capacitance and compliance

The  venous  section  of  the  cardiovascular  system  can  be  regarded  as  a capacious  blood  reservoir  containing  ~70%  of  the  total  blood  volume with another 15% in the heart and lungs. The systemic venous section has ~30 times greater  compliance  than  arteries,  designed  to  preserve  a  proper  inflow  of blood  to  the  heart  and  arterial  section  during  various  cardiovascular adjustments  (Rothe 1979, Rowell 1993). Thus, central venous pressure  (CVP) and  filling  of  the  heart may  be maintained  at  a  fairly  stable  level,  despite variations in venous blood volume. The great venous compliance is the main mechanism  for  the  pooling  of  blood  in  dependent  regions,  e.g.  during standing, head‐up tilt (HUT) or lower body negative pressure (LBNP), and an increased  calf  venous  compliance  is  associated  with  increased  venous capacitance  response,  concomitant  decrease  in  central  blood  volume  and increased intolerance to LBNP (Morikawa et al. 2001, Olsen et al. 2000, Tsutsui et al. 2002).  Venous compliance is described as the relationship between change in venous volume  and  distending  (transmural)  pressure.  At  low  pressure  levels,  the slope of the volume‐pressure curve is steep, and the compliance in the vein is high, meaning that a small change in pressure accompanies a large change in volume. At higher pressure  the  slope  is  less  steep  and  compliance  is  lower (e.g. Fig. 5) (Wesly et al. 1975). This is because the early expansion of the veins involves no actual stretch of the elastic walls, but rather acts through a change in  the geometry of  the veins  (Oberg 1967, Rajagopalan et al. 1979). Once  the veins assume a circular cross‐section, subsequent increases in their transmural pressure are opposed by  the development of  increased  tension  in  the walls. The volume‐pressure curve of a whole  limb at rest represents the distributed properties of all veins (venules to large veins). In the present investigation, we studied  a  transmural  pressure  interval  of  9‐36  mmHg  where  the  volume‐pressure relationship was clearly non‐linear (Figs. 5 A and 6 A). Accordingly, 

Page 45: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Discussion 

      41  

we used  a non‐linear  regression  equation model  characterizing  the volume‐pressure curve to calculate calf venous compliance (Figs. 5 B and 6 B).  Women  are  known  to  be  more  susceptible  to  orthostatic  stress  than  men (Convertino 1998, Franke et al. 2003, Fu et al. 2004, Gotshall 2000, White et al. 1996), and one possible mechanism might be  increased blood pooling  in  the lower part of  the body,  leading  to greater central hypovolemia. As expected venous  compliance  was  high  at  low  transmural  pressure  gradients,  but gradually  decreased  with  increasing  pressure.  However,  calf  venous compliance  and  venous  capacitance  were  decreased  in  women  at  lower transmural  pressures,  in  agreement with  earlier  studies  (Meendering  et  al. 2005a, Monahan  and Ray  2004). At  higher  transmural pressures  relevant  to standing and HUT on the other hand, women may in fact have greater venous compliance  and  blood  pooling  (Fig.  5  B). Differences  in  unstressed  venous volume  (V0)  could  influence  the  measured  capacitance  response,  but  the adopted protocol makes  this unlikely. Resting blood  flow  to  the  lower  limbs (Holland et al. 1998, Lewis et al. 1986) as well as LBNP  induced  increase  in total peripheral resistance during seems to be similar in women and men (Fu et al. 2004, White et al. 1996) and concomitantly no sex difference was found in β0. However, we found reduced forearm vascular resistance (FVR) in women during LBNP  (Fig. 10 A)  (Frey and Hoffler 1988). A similar  response also  in the  lower  limbs  could have  lead  to an underestimation of  the differences  in capacitance  response.  The  underlying  sex  differences  in  venous  wall architecture  are  at  present  unknown  but  may  be  linked  to  sex‐related hormonal influence on collagen/elastin ratio as well as wall thickness.   Calf venous compliance  is reduced by ~45%  in aging men  (Olsen and Lanne 1998). There are reasons however to suspect a sex‐related difference in venous compliance with  increasing  age,  due  to  the  increased  compliance  in  young men compared  to women  (Fig. 5 B)  (Meendering et al. 2005a, Monahan and Ray  2004),  and  arterial  compliance demonstrates  a  slower decrease  in  aging women compared to men (Debasso et al. 2004, Tomiyama et al. 2003). Venous compliance and capacitance was unchanged with age in women (Fig. 6 A and B). This  could be  a  result of  a  slightly  larger body mass  index  (BMI)  in  the elderly with differences in soft tissue‐to‐bone ratio, overestimating capacitance response in the elderly women, but the significance of this confounder seems minor since the difference in BMI was small (Table 1). Training increases calf venous  compliance  (Hernandez  and  Franke  2005,  Monahan  et  al.  2001, Morikawa  et  al.  2001),  but  a  possibly  more  sedentary  lifestyle  in  elderly 

Page 46: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

42 

women would  have  decrease  their  venous  compliance. Again,  the  adopted protocol makes  differences  in V0  unlikely,  and  no  difference  in  β0  between young and elderly women was found. The conclusion that venous compliance and capacitance  is maintained  in aging women seems credible and contrasts earlier  findings  in  elderly men, where  calf  venous  compliance  is  decreased (Monahan  et  al.  2001, Olsen  and  Lanne  1998,  Tsutsui  et  al.  2002),  possibly reflecting  the  effect  of  estrogen  and  its  impact  on  cellular  transcription  of elastin  and  collagen  in  vascular  smooth muscle  cells  (Kappert  et  al.  2006, Knaapen et al. 2005, Mendelsohn 2002). 

Capillary fluid filtration in the calf and capillary filtration coefficient (CFC)

Apart from blood pooling, net capillary fluid filtration substantially increases the  hypovolemic  stimulus  during  LBNP  (Fig.  2,  Table  6)  (Lanne  and Olsen 1997,  Lundvall  et  al.  1993).  The  hemodynamic  importance  is  indicated  in patients  affected  by  the  postural  orthostatic  tachycardia  syndrome  (POTS) where fluid filtration in lower limbs is increased (Stewart 2003). Net capillary fluid filtration is a resultant of hydrodynamic conductivity, measured as CFC, as well as increased transmural pressure gradients over the micro‐vessel walls, creating a  transcapillary driving  force. The pressure gradients are dependent on α‐ and β‐adrenergic adjustment of the pre‐ to post‐capillary resistance ratio (Lundvall and Hillman 1978, Maspers et al. 1990). The common view  is  that CFC  is  influenced by variations  in  the number of perfused capillaries due  to local  myogenic  as  well  as  axon  reflex  responses  reacting  on  transmural pressure  changes  in  the  microcirculation  (Folkow  and  Mellander  1970, Henriksen  and  Sejrsen  1977, Lundvall  and Lanne  1989b,  Sexton  et  al.  1994). CFC  in men was of  comparable magnitude as earlier described with  similar techniques  (Lanne  and  Olsen  1997,  Mellander  et  al.  1964),  but  seemed unaffected by increasing transmural pressures from 9 to 36 mmHg as well as by changes  in peripheral resistance,  in  line with the findings of Bentzer et al. (2001), who found CFC to be unaffected of the number of perfused capillaries (Bentzer et al. 2001).  Net  capillary  fluid  filtration  as well  as CFC  in  the  calf was  ~20% higher  in young  women  than  men  (Fig.  7).  This  is  in  accordance  with  findings  by Huxley et al. (2005), who studied coronary micro‐vessel permeability in a large animal  model,  and  found  an  increased  permeability  to  proteins  in  micro‐

Page 47: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Discussion 

      43  

vessels  in  female pigs  after  the  administration  of  aldosterone  (Huxley  et  al. 2005). Possible mechanisms behind the sex difference could be a decreased α‐adrenergic  function  in  young women  seen  as  their  smaller  increase  in  FVR compared  to men  during  LBNP  (Fig.  10  A).  Furthermore,  estrogen  affects capillary fluid transfer. Tollan et al. (1992) proposed a direct effect of estrogen on  capillary protein permeability,  increasing  filtration  capacity  (Tollan  et  al. 1992)  and  atrial  natriuretic  peptide  (ANP)  affects  capillary  filtration  by increasing CFC  and/or protein permeability,  further  augmented by  estrogen (Groban et al. 1990, Stachenfeld et al. 2001, Wijeyaratne and Moult 1993).  Net  capillary  fluid  filtration  and CFC  in  the  calf was  reduced by  25‐30%  in elderly compared to young women at a transmural pressure increase up to 18 mmHg  (Fig.  8  A).  The  change  in  plasma  Norepinephrine  (P‐NE),  forearm blood flow (FBF) and forearm vascular conductance (FVC) during LBNP was similar in both groups reflecting a maintained α‐adrenergic function with age (Table 5). A decreased visco‐elasticity of  the calf skeletal muscle with age as shown  in men might delay the capacitance response beyond the applied cut‐off point between  capacitance  and  filtration  (3 min  after  initiation of LBNP) due  to  a  slower pressure  change  in  the  tissue  (Olsen  and Lanne  1998). This seems unlikely since the time to 50% of the calf venous capacitance response (Cap  50) was equal  in elderly and young women. Also,  if a decrease  in visco‐elasticity would still be present, this would result in an overestimation of fluid filtration in the elderly women, indicating a larger difference than presented in this study. A defective transmission of negative pressure into the tissue would result  in  a  reduction  of  fluid  filtration. However,  transmission  of  negative pressure into the calf is not affected by age (Olsen and Lanne 1998).   All of  the elderly women were  in a postmenopausal, estrogen deficient state (Berne et al. 2005). Because of the vasodilatory effects of estrogens as well as its effects  on  capillary protein permeability  it  seems  reasonable  to  assume  that this  is  one  of  the main mechanisms  for  the  age‐related  reduction  in  fluid filtration as well as CFC (Gorodeski et al. 1995, Groban et al. 1990, Huang et al. 1997, Pechere‐Bertschi  et  al.  2000, Stachenfeld  et  al.  2001, Sudhir  et  al.  1997, Tollan  et al. 1992, Wijeyaratne and Moult 1993). This  is  corroborated by  the fact  that  women  on  hormone‐replacement  therapy  (HRT)  improve  their endothelial function (Saitta et al. 2001). The reactivity of the arterioles seems to be impaired due to changed cellular mechanisms with endothelial and smooth muscle  dysfunction,  which  might  induce  heterogeneity  in  flow  between different  capillaries  (Muller‐Delp 2006). Further,  capillary density  in  skeletal 

Page 48: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

44 

muscle is also reduced with age and capillary basement membranes thicken in dependent  regions  because  of  long‐lasting  increases  in  capillary  pressure, indicating a loss of capillary function (Clough 1987, Croley et al. 2005, Harris 2005).  An  interesting  observation was  that CFC was  augmented by  approximately 1/3 when increasing the applied transmural pressure from 18 to 36 mmHg in elderly women (Fig. 8 B). Increased fluid permeability at high micro‐vascular transmural  pressures  has  been  reported  by  several  authors  working  on vascular bed preparations in isolated limbs as well as on single micro‐vessels (Neal and Michel 1996, Rippe et al. 1985, Wolf et al. 1989). These observations have been interpreted as the “stretched pore phenomenon”, caused by passive stretching of  the micro‐vascular membrane with  the  formation of gaps  in or between  endothelial  cells,  preferentially  in  the  venules  where  the  inter‐endothelial  junctions appear  to be  less tight  than  in  the true capillary section (Frokjaer‐Jensen  1982).  Another  possibility  is  that  the  imposed  pressure distension more efficiently opens all micro‐vessels to flow (Rippe et al. 1985). The “stretched pore phenomenon” has been shown to be reversible with time after reduction of high micro‐vascular pressure (Neal and Michel 1996, Rippe et  al.  1985, Wolf  et  al.  1989). Most  studies  have  shown  capillary  walls  to tolerate pressure  elevations  far beyond  their physiological  range without  an increase in permeability and it is at present unknown whether capillary walls become more  fragile, or  if cellular  junctions  in  the micro‐vessels become  less tight with  age.  The  increasing  CFC with  transmural  pressure  in  the  lower limbs of elderly women might give additional insight into the preponderance of  leg  oedema  besides  earlier  known  factors  such  as  cardiac  and  venous insufficiency.  When calculating calf venous compliance  it  is of  fundamental  importance  to exclude net capillary fluid filtration from total calf volume increase and define calf venous capacitance, since total filtration increases calf volume by another 50% during such a short time as 8 min in young women (Table 6). The venous congestion  technique,  developed  by  Halliwill  et  al.  (1999)  measures  calf compliance  based  on  calf  volume  decrease  during  one  min  of  linear  cuff deflation  from  60  to  10 mmHg  after  4  to  8 min  of  venous  stasis, without separating  capillary  filtration  from  the  capacitance  response  (Halliwill  et  al. 1999). We found significant changes  in the calf compliance calculations  if net capillary filtration was not excluded from total calf volume increase (Table 2).  

Page 49: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Discussion 

      45  

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress

Haemorrhage is a leading cause of death in trauma (Becker et al. 2002, Sauaia et al. 1995) and LBNP is an excellent model to simulate acute haemorrhage and hypovolemic circulatory stress in humans, by unloading the baroreceptors due to  central  hypovolemia  (Convertino  et  al.  2008,  Cooke  et  al.  2004).  Young women  are more  susceptible  to  hypovolemic  circulatory  stress  than  young men (Convertino 1998, Franke et al. 2003, Fu et al. 2004, Gotshall 2000, White et  al.  1996).  The  underlying  mechanisms  are  not  clear  however,  and  are probably multi‐factorial (Fu et al. 2004). Total calf volume increase was similar in young women and men during 8 min of LBNP, creating comparable central hypovolemic  stress,  with  the  increased  calf  net  capillary  fluid  filtration  in young women compensating for the decreased capacitance response (Table 3).  P‐NE is a good marker of overall sympathetic response (Goldstein et al. 1983, Hjemdahl  et al. 1989) and young women  increased more  in P‐NE  than men during LBNP. Despite  this,  they  increased  less  in  FVR during  hypovolemic stress (Table 4, Fig. 10 A) and no association between P‐NE and FVR was seen in  contrast  to  in  men.  Furthermore,  an  equal  increase  in  P‐NE  seems  to generate a smaller FVR increase in young women than in young men (Fig. 10 B). A less pronounced increase in arterial vasoconstriction to an infusion of α‐receptor  agonists  (e.g.  norepinephrine,  NE)  has  earlier  been  reported  in women,  possibly  a  result  of  decreased  sensitivity  or  density  of  peripheral vascular adrenergic receptors  in women  (Bowyer et al. 2001, Freedman et al. 1987, Kneale et al. 2000). Kneale et al.  (2000) extended  these observations by detecting increased vasodilatation in women to infusion of β‐receptor agonists and when NE was co‐infused with a β‐receptor antagonist, the sex difference in vasoconstriction disappeared. Thus, P‐NE in women might have a relatively higher affinity  to β2‐  than α1‐receptors,  impeding vasoconstriction  (Kneale et al.  2000).  Estrogen may  also  attenuate  forearm  vasoconstrictor  responses  to infusion of NE in women (Sudhir et al. 1997).  Initial  arm  capacitance  response was well  initiated  in  young women,  but  it was not maintained over time to the same extent as in young men (Fig. 11 A and B). Despite an increased CFC, net capillary fluid absorption from tissue to blood  during  hypovolemic  stress was  lower  in  young women  (Fig.  12).  A possible  explanation  is  the  smaller  α1‐receptor mediated  response  in  young 

Page 50: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

46 

women  (Fig.  10 A)  (Bowyer  et  al.  2001,  Freedman  et  al.  1987, Kneale  et  al. 2000),  leading  to  diminished  capillary  pressure  reduction  with  impaired transcapillary  driving  force  (Maspers  et  al.  1990),  also  indicated  by  the relatively  slower  increase  in net  fluid  absorption  in women with  increasing hypovolemia (Fig. 12). Different contractile responses to neurally released NE have been  shown  in vessels of various  sizes.  In  small muscular arteries and arterioles,  the  distance  between  sympathetic  nerve  endings  and  smooth muscle  cells  is  short,  and  responses  to NE  fast  and  initially  great,  but  not maintained  over  time.  In  larger  arteries,  the  distance  between  synapse  and smooth muscle cell  is greater resulting  in a slower and smaller response, but maintained  over  time  (Bevan  1979).  It  may  be  hypothesized  that  women primarily to a larger extent rely on arterial vasoconstriction of smaller arteries, i.e.  fast  but  not  maintained,  while  men  rely  on  vasoconstriction  in  larger arteries with slower but maintained response over time (Bevan 1979, Ludwig et al. 2001). The  faster  increase  in FVR at LBNP of 11 mmHg  in women  (not shown),  the  initially  faster  but  less maintained  arm  capacitance  response  as well as  the decreased net  capillary  fluid absorption  in women  supports  this theory (Figs. 11 B and 12).   The earlier onset of hypotension in women during experimental hypovolemic circulatory  stress  has  been  associated  with  a  more  prominent  decrease  in stroke volume (SV) and cardiac output (CO) (Convertino 1998, Fu et al. 2004), even more evident during hypovolemic conditions (Custaud et al. 2002, Fu et al. 2005). A hypothesized mechanism for the faster decrease in SV has been a smaller and less distensible heart in women (Fu et al. 2004, Fu et al. 2005). We suggest  an  alternative  explanation;  the  functional  importance  of  the capacitance  response and net  capillary  fluid absorption during hypovolemic stress might  at  first  glance  seem  unimpressive,  but  since  the  total mass  of skeletal  muscle  and  skin  in  the  human  body  is  large  (Skelton  1927),  the combined  effect  of  the  capacitance  response  and  transcapillary  fluid absorption  in  response  to  hypovolemic  stress  corresponding  to LBNP  of  44 mmHg during a limited period of 8 min, could add another 500‐1000 ml to the effective  circulating  blood  volume. A well maintained  capacitance  response and  net  capillary  fluid  absorption  seem  to  constitute  very  important compensatory  responses  for  the  restitution  of  plasma  volume  during  acute haemorrhage  and  hypovolemia  (Lanne  and  Lundvall  1992,  Lundvall  et  al. 1993). The inability for young women to uphold SV and CO might thus be due to  the more prominent  reduction  in  capacitance  response and decreased net capillary fluid absorption, leading to decreased venous return. 

Page 51: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Discussion 

      47  

 It  seems  that human  evolution would benefit  from greater  tolerance against haemorrhage in young women since they give birth during which the danger of haemorrhage is prominent, and at first glance the presented data seem to be in contrast with  this hypothesis.  In pregnancy and especially during  the  last trimester  however,  other mechanisms develop  that  favour  tolerance  against haemorrhage.  Intravascular  volume  is  increased  by  ~50%,  estrogen  and progesterone  substantially  elevated  and  venous  distensibility  is  increased compared to non‐pregnant women (Barwin and Roddie 1976, Berne et al. 2005, Fawer  et  al.  1978,  Kuczkowski  2004).  The  beneficial  effect  of  estrogen  and progesterone  on  capillary permeability  (Stachenfeld  et  al.  2001, Tollan  et  al. 1992)  combined  with  the  increased  venous  blood  volume  and  venous distensibility  gives  the  pregnant  woman  an  efficient  defence  against  a reduction in central blood volume if experiencing substantial blood loss.  Mortality  in  trauma  increases with age, even after correcting  for pre‐existing medical conditions (George et al. 2003, OʹKeefe et al. 2001, Taylor et al. 2002). A  decreased  cardiovagal  baroreceptor  sensitivity  (BRS)  but  preserved sympathetic  control of blood vessels has been demonstrated with  increasing age in mixed groups of subjects (Brown et al. 2003, Laitinen et al. 1998, Ng et al. 1994, OʹMahony et al. 2000). The elderly women  responded with  smaller increases  in heart  rate  (HR)  compared  to young women,  even more  evident with increasing hypovolemic circulatory stress, while the decrease in FVC was equal,  indicating decreased cardiovagal BRS but maintained  sympathetically mediated BRS with age in women (Fig. 13 A and B).  A ~50%  reduction of  the arm capacitance  response was  found  in  the elderly women  further  reduced  with  increasing  hypovolemia  compared  to  young women,  in  line with earlier  findings  in elderly men  (Fig. 14 A)  (Olsen et al. 2000). The slightly larger BMI in the elderly women might lead to differences in soft tissue‐to‐bone ratio between groups. However, this would have lead to an overestimation of the arm capacitance response in the elderly. Body fat (%) increases with  age  (Bruce  et  al.  1980),  and  elderly women might  have  had smaller V0  due  to  increased  fat‐to‐muscle  ratio,  potentially  underestimating their  arm  capacitance  response.  However,  the  fact  that  calf  capacitance response  was  maintained  with  age  implies  that  the  importance  of  this confounder was minor. The discrepancy between the maintained calf venous capacitance  response  and  the  reduced  compensatory  venous  capacitance response  in  the arm with age deserves attention  (Figs. 6 A and 14 A).  In  the 

Page 52: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

48 

calf,  the  applied  transmural  pressures  over  the  venous walls were  9  to  36 mmHg, and the veins had most likely assumed circular shape. This means that venous  compliance  as  well  as  the  capacitance  response  to  a  large  extent depends  on  the  elastic materials  (preferentially  elastin  and  collagen)  in  the venous  walls.  In  the  arm  however,  the  established  venous  transmural pressures  are  much  lower  during  the  induced  hypovolemic  stress  (~1‐2 mmHg)  (Olsen  and  Lanne  2000),  and  venous  compliance  as  well  as capacitance might  rather  reflect  changes  in  geometry  of  the walls  than  the elastin‐to‐collagen  ratio. Greater  inertia  due  to  thickened  venous walls  and lower  visco‐elasticity with  age might  affect  the  change  of  venous  geometry during changes in venous pressure (Bouissou et al. 1991). Furthermore, an age‐related increase in collagen engaged in the tethering of veins could also lead to increased  wall  inertia  with  a  delay  in  change  of  venous  geometry,  also explaining  the much  slower  development  of  the  arm  capacitance  response during  the  first 30 sec of LBNP  in elderly women  (Fig. 14 B)  (Huisman et al. 1999, Olsen et al. 2000).  Net  capillary  fluid  absorption  in  response  to hypovolemic  circulatory  stress was also decreased in elderly women (Fig. 15). An effective net capillary fluid absorption  is dependent on high hydrodynamic  conductivity,  and CFC was found to be reduced with age. Furthermore, sympathetic activation establishes a  reflex  reduction  in  capillary  pressure  due  to  adjustments  of  pre‐  to  post‐capillary  resistance  ratio  caused by  adrenergic  α‐  and  β‐receptors  (Lundvall and Hillman 1978, Maspers et al. 1990). An intact α‐receptor function with age was  indicated  by  the  maintained  FVC  response  (Fig.  13  B,  Table  5).  A decreased β‐receptor function has been proposed with age however (Schutzer and Mader  2003,  van  Brummelen  et  al.  1981),  and  this  might  reduce  net capillary  fluid  absorption  even  further  in  elderly  women  (Fig.  15).  The combination  of  a  decrease  in  mobilization  of  peripheral  blood  to  central circulation  and  reduced  net  capillary  fluid  absorption  in  response  to hypovolemic  circulatory  stress  could  be  an  important  contributing  factor  to the increased mortality seen in haemorrhage and burn trauma with increasing age  (George et al. 2003, OʹKeefe et al. 2001, Taylor et al. 2002).  In contrast  to elderly  women, men  seem  to  respond  with maintained  net  capillary  fluid absorption  to hypovolemic  stress with age  (Olsen et al. 2000). This  supports recent  clinical  observations  indicating  that  elderly  women  may  be  more susceptible  than  age‐matched  men  to  hypovolemic  stress  during  major surgery as well as haemorrhage and burn trauma (George et al. 2003, OʹKeefe et al. 2001, Shevde et al. 2002, Toraman et al. 2004). 

Page 53: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Discussion 

      49  

Cardiovascular responses to hypovolemia in women prone to vaso-vagal reaction

Syncope  is a common clinical problem  that affects up  to 3.5% of  the general population (Savage et al. 1985) and reflects a heterogeneous patient population (Shen et al. 2000). Syncope due to vaso‐vagal reactions typically occurs during standing  (Mosqueda‐Garcia  et  al.  2000).  Increased  calf  venous  pooling  has been suggested as one potential underlying mechanism (Hargreaves and Muir 1992), but on the other hand similar decrease in central venous pressure (CVP) has  been  reported during HUT  (Epstein  et  al.  1968, Mosqueda‐Garcia  et  al. 1997). Our  data  indicate  that  the  hypovolemic  stimulus was  not  greater  in women prone to vaso‐vagal reactions (VW) but rather slightly smaller, at least during LBNP of 11 mmHg (Table 6), suggesting other underlying mechanisms responsible  for  the  increased  susceptibility  to vaso‐vagal  reaction. However, not only the amount of venous blood pooled and fluid filtrated from blood to tissue  affects  the  compensatory  responses  but  also  the  speed  by which  the hypovolemic  stimulus  is  instituted,  and  a  faster  induced  hypovolemic stimulus has been  shown  to elicit a greater  circulatory  response  (Lanne and Lundvall 1992). Despite a similar rate in instituting LBNP, the rate of the calf capacitance response initiation (Cap 50) was much slower in the VW, especially at higher LBNP  levels  (Table  6). The  filling of venous  capacitance vessels  is dependent on arterial inflow of blood, pressure reduction in calf tissue caused by  negative  pressure  as well  as  distending  properties  of  the  veins  (venous walls and tethering of veins). Arterial inflow to the calf was not measured but similar arm and calf blood flow has been reported in women prone to syncope and controls  (Stewart et al. 2004), and  resting FBF as well as  the  changes  in FBF and FVR at higher LNBP levels were equal in the two groups (Table 1 and Fig. 16). A decreased pressure transmission into the calf tissue seems unlikely (Olsen and Lanne 1998), but a reduced viscoelasticity in the calf tissue as well as  differences  in  venous  wall  properties  and  tethering  of  veins  might hypothetically play a role for the reduced rate of capacitance initiation. Further studies are needed to clarify these factors.  The  decrease  in  forearm  vascular  conductance  (FVC)  was  smaller  in  VW compared  with  YW  during  LBNP  of  11mmHg  (a  LBNP  level  unloading mainly  cardiopulmonary  receptors)  (Mancia  and Mark  1983).  Further,  FBF, FVR  as  well  as  FVC  were  unchanged  in  VW  compared  to  resting  values during  the early phase of LBNP of 11 mmHg  in contrast  to  in YW  (Fig. 16). 

Page 54: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

50 

This  is  in analogy with earlier  findings of  impaired  forearm vasoconstriction and MSNA  response during  low LBNP  levels  in  subjects prone  to  syncope, signalling  impaired  cardiopulmonary  baroreflex  function  (Thomson  et  al. 1997, Wasmund  et  al.  2003, Wijeysundera  et  al.  2001).  A  reduced  venous return  to  the  heart  has  been  suggested  as  the  key  factor  behind  the  fall  in blood pressure during a vaso‐vagal reaction (Fuca et al. 2008, Fuca et al. 2006). The decreased arm capacitance response as well as the tendency to decreased net capillary fluid absorption found in VW favours this hypothesis (Fig. 17 A and B), further supported by (Mizumaki et al. 1995, Yamanouchi et al. 1996). In daily  life,  the  benefits  in  increasing  venous  return  by  raising  the  legs  in vaso‐vagal subjects has since  long been used as effective  treatment, restoring consciousness.  It  is suggested  that  the slower onset of hypovolemic stimulus as shown  in  the reduced rate of calf capacitance response  initiation might be one  factor contributing  to  the diminished cardiovascular response  in subjects prone  to vaso‐vagal reactions  (Figs. 16 and 17, Table 6)  (Lanne and Lundvall 1992). 

Page 55: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Discussion 

      51  

Methodological considerations and limitations

When  evaluating  differences  in  cardiovascular  responses  to  LBNP  it  is  of importance  to  consider  the  hypovolemic  stimulus  (Olsen  et  al.  2000),  since differences  in  calf blood pooling  and net  fluid  filtration has been  seen with both sex and age (Figs. 5 A, 7 and 8 A) (Meendering et al. 2005a, Monahan and Ray  2004,  Olsen  and  Lanne  1998,  Tsutsui  et  al.  2002). We  measured  calf volume increase as an indicative of hypovolemic load during LBNP, although blood pooling and net fluid filtration takes place in the whole part of the body enclosed  in  the  LBNP  chamber,  including  the  pelvic  region.  Middle‐aged women seem  to have  increased pelvic blood pooling during LBNP  than age‐matched  men  (White  and  Montgomery  1996).  Further,  pelvic  basal  blood volume might be smaller in elderly women secondary to decreased size of the reproductive  organs  after  menopause  (Well  et  al.  2007),  possibly  causing decreased  blood  pooling  in  elderly  during  LBNP.  However,  the  venous compartments  in the  legs rather than the pelvic or abdominal region seem to be  of  hemodynamic  importance  during  LBNP  (Halliwill  et  al.  1998).  Thus, changes in calf volume seem to reflect central blood volume well.  The women were scheduled between day 7 and 21 after start of menstruation and estrogen levels were not measured. However, cardiovascular responses to LBNP seem to be unaffected by menstrual phase (Claydon et al. 2006, Frey et al.  1986,  Meendering  et  al.  2005b).  Furthermore,  venous  compliance  and capacitance do not change over the course of the menstrual cycle (Meendering et al. 2005a). Ten of  the women were using oral contraceptives and  the  type was  not  registered.  Oral  contraceptives  can  influence  the  cardiovascular system  in many  ways,  potentially  influencing  our  findings.  However,  calf venous  compliance  and  capacitance  seem  to  be  unaffected  by  oral contraceptive use (Meendering et al. 2005a) and no differences were found in calf venous compliance, capacitance or in any of the cardiovascular responses measured comparing normally menstruating women (n=12) and women using oral  contraceptives  (n=10).  Further,  all  elderly women were  in  an  estrogen‐deplete state. Our study design cannot differentiate between the effects of sex‐ or  age‐related  structural  differences  on measured  cardiovascular  responses from the effect of the diverse estrogen levels in young women. The presented data  are  likely  to  represent  a  general  response  to  hypovolemic  circulatory stress in young women compared to men as well as to elderly women.  

Page 56: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

52 

The  group  of women prone  to  vaso‐vagal  reaction during LBNP was  small (n=5)  and  as  such  data  must  be  interpreted  with  caution,  especially  the negative  findings. Nevertheless,  the  general  findings  on  the  cardiovascular responses  fit well  into earlier presented  findings on vaso‐vagal  syncope and we add new data  indicating  slower development of  capacitance  response  in the calf as well as reduced arm venous capacitance response in women prone to vaso‐vagal reaction.  This  thesis  focuses  on  early  compensatory  responses  to  experimental haemorrhage (first minutes) while clinical studies on trauma routinely exclude early,  pre‐hospital  mortalities  due  to  obvious  limitations  in  study  design (Gannon et al. 2002, Magnotti et al. 2008, OʹKeefe et al. 2001, Wohltmann et al. 2001).  Clinical  studies  on  sex  differences  in  survival  after  trauma  show  a disperse  pattern,  e.g.  a  two‐fold  increase  in  mortality  in  premenopausal women  after  burn  trauma  (McGwin  et  al.  2002, OʹKeefe  et  al.  2001), while others show either no sex advantage (Gannon et al. 2002, Magnotti et al. 2008) or  a  decreased  risk  in  young women  following  trauma  (Wohltmann  et  al. 2001). However, in the elderly population trauma uniformly decrease survival, and this may be accentuated in elderly women (refx2). Although it is difficult to compare the presented findings with clinical studies, our data indicate that women might  be more  susceptible  to  haemorrhage,  especially  at  older  age. This  hypothesis  is  also  in  line with  other  experimental  studies  in  humans (Convertino 1998, Franke et al. 2003, Fu et al. 2004, Gotshall 2000, White et al. 1996).

Page 57: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

        Conclusions 

      53  

CONCLUSIONS

• Young  women  have  lower  calf  venous  compliance  and  capacitance response to LBNP than young men, at least at low transmural pressures. Calf  venous  compliance  and  capacitance  are  maintained  in  aging women. 

• Calf  net  capillary  fluid  filtration  as well  as  CFC  is  higher  in  young women than in men. Elderly women have decreased filtration and CFC at  low  transmural  pressure,  implying  reduced  capillary  function.  At higher  pressures,  however,  CFC  is  increased  in  elderly  women, indicating increased capillary susceptibility to transmural pressure load in dependent regions. 

• LBNP  induces  a  comparable  hypovolemic  stimulus  in  young women and men. Young women demonstrate however smaller vasoconstriction without an association between P‐NE and peripheral vascular resistance in  contrast  to  in  men.  Further,  the  larger  decrease  in  arm  venous capacitance  response  with  time  as  well  as  lower  net  capillary  fluid absorption  from  tissue  to  blood  indicates  less  efficiency  to  defend central blood volume in young women. 

• LBNP  induces  a  comparable  hypovolemic  stimulus  in  elderly  and young women. With  increasing  age however, heart  rate  increases  less but  peripheral  vascular  conductance  is  maintained  in  response  to hypovolemic  stress.  Further,  the  decreased  arm  venous  capacitance response  and  reduced  net  capillary  fluid  absorption  from  peripheral tissues  to  central  circulation  indicates  less  efficiency  to defend  central blood volume in elderly women. 

• LBNP induces a hypovolemic stimulus that is of similar magnitude but the rate of capacitance response  in  the calf  is more slowly  instituted  in women  prone  to  vaso‐vagal  reaction  compared  with  women  not experiencing  vaso‐vagal  reactions.  The  cardiopulmonary  baroreflex seems to be defect, and arm venous capacitance response is reduced in the vaso‐vagal women, pointing  towards a  reduced defence of  central blood volume. 

Page 58: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

54 

POPULÄRVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING

(Summary in Swedish) 

Akut  blodförlust  och  nedsatt  blodvolym  i  kärlsystemet  (hypovolemi)  är  en allvarlig komplikation vid olyckor,  t ex  trafikolyckor och större brännskador samt  vid  kirurgi.  Tidigare  experimentella  studier  har  slagit  fast  att  yngre kvinnor  är känsligare  för  akut hypovolemisk  stress  än yngre män och  även svimmar  lättare,  men  den  bakomliggande  orsaken  är  inte  klarlagd.  Med ökande ålder så ökar känslighet för trauma och akut blodförlust hos både män och kvinnor, även efter att man tagit hänsyn till eventuell annan sjuklighet hos de äldre.  Akut  blodförlust  och  hypovolemi  leder  till  sjunkande  blodtryck  i  centrala artärer  (ex.  aorta)  som  i  sin  tur  avlastar  baroreceptorer  och  aktiverar  det sympatiska  nervsystemet.  Det  initierar  direkt  en  serie  kardiovaskulära försvarsmekanismer  som  verkar  i  olika  tidsfaser  för  att  upprätthålla  stabilt blodtryck  och  omfördela  blodflödet  till  centrala  organ.  De  viktiga mekanismerna  i det akuta skedet består av en omedelbar ökad hjärtfrekvens och en generell kärlsammandragning  (vasokonstriktion)  i artärsystemet, som ger ett minskat blodflöde i perifera vävnader (armar och ben). Det leder vidare till en mycket snabb (sekunder) mobilisering av venblod från den perifera till den  centrala  cirkulationen,  ett  ökat  blodtryck,  samt  omfördelning  av blodvolymen  till  vitala  områden  som  hjärna  och  hjärta.  Under  de  första minuterna så förflyttas vätska från vävnader, framförallt muskulatur och hud, till  blodbanan  via  kapillärerna  för  att  på  så  sätt  öka  den  cirkulerande blodvolymen. Totalt kan dessa  två system på 5‐10 minuter öka den effektivt cirkulerande blodvolymen med minst en liter vid en stor blodförlust.  Den venösa sidan av det kardiovaskulära systemet består av en blodreservoar som  innehåller  c:a 70 % av den  totala blodvolymen, och är designad  för  att kunna  reglera  inflödet  av  blod  till  hjärtat  och  artärsystemet  under  olika kardiovaskulära påfrestningar. En avgörande  faktor  för att blod effektivt ska kunna mobiliseras  till  den  centrala  cirkulationen  är  att  venerna  har  en  hög 

Page 59: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Summary in Swedish 

      55  

eftergivlighet  (hög compliance). Tillsammans med den stora kapaciteten som reservoaren har medför att även små tryckförändringar i perifera vener leder till en väsentlig ökning av den centrala blodvolymen.   I denna avhandling så har en minskning av central blodvolym (i bröstkorgen) åstadkommits  experimentellt  med  hjälp  av  undertryck  applicerat  kring underkroppen  (lower  body  negative  pressure,  LBNP)  vilket  ger  definierade tryckgradienter (skillnad i tryck) över venväggarna. Det leder till en vidgning av venerna och ansamling av blod i nedre delen av kroppen (kapacitanssvar). Dessutom  kommer  vätska  filtreras  ut  från  blod  till  vävnad  över kapillärväggarna (kapillär vätskefiltration). Bägge processerna leder till central hypovolemi  som vid en akut blodförlust med aktivering av kardiovaskulära försvars‐mekanismer. Ett liknande svar fås också vid stående.  Delarbete  I  studerar  blodansamlingen  (kapacitanssvar),  venös  compliance samt kapillär vätskefiltration i nedre extremiteten på unga friska kvinnor och män  (n=28).  En  större  blodansamling  eller  ökat  vätskeutträde  hos  kvinnor skulle  leda  till mer uttalad  central hypovolemi och kunna  förklara kvinnors ökade  känslighet  för  akut  experimentell  blodförlust  samt  svimning. Kapacitanssvaret  och  venös  compliance  var dock  snarare  lägre  hos  kvinnor vid  låga  transmurala  tryck,  medan  vid  högre  tryckgradienter  minskade skillnaden  och  försvann.  Den  kapillära  vätskefiltrationen  och  kapillära filtrationskoefficienten  (CFC)  var  däremot  större  hos  kvinnor  än  hos män. Sammantaget  var den  totala  hypovolemin  jämförlig mellan  könen. Om  inte den  kapillära  filtrationen  subtraherades  från  kapacitanssvaret,  vilket  inte  är brukligt vid studium av venös compliance, så kan det leda till feltolkningar av data.  Delarbete  II  visar  på  hur  normalt  åldrande  påverkar  venös  compliance  och kapillär vätskefiltration hos friska kvinnor och studerades i vaden på äldre (66 år)  och  unga  kvinnor  (23  år)  (n=35).  Ingen  förändring  av  compliance med ökande  ålder  noterades  till  skillnad  från  tidigare  studier  på  män,  som uppvisar klart sänkt compliance vid naturligt åldrande. Kapillära  filtrationen samt  CFC  var  lägre  hos  de  äldre  kvinnorna  indikerande  defekt kapillärfunktion, till skillnad från tidigare studier på äldre män. Vid stegrade transmurala tryckgradienter (ökade tryck över mikrokärlen) så ökade CFC hos de  äldre  kvinnorna,  talande  för  en  ökad  kapillär  känslighet  för  höga transmurala  tryck. Fynden  tyder på könsspecifika  förändringar  i både venös och mikro‐cirkulatorisk funktion vid ökande ålder. 

Page 60: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

56 

Delarbete  III  studerar  kompensatoriska  försvarsmekanismer  för  att  skydda och upprätthålla den centrala blodvolymen vid experimentell hypovolemi hos friska unga kvinnor (23 år, n=22) och män (23 år, n=16). LBNP användes för att skapa  hypovolemisk  cirkulatorisk  stress.  Kärlsammandragningen  (perifera resistensen,  PR)  var  mindre  hos  kvinnor  och  man  fann  ingen  association mellan  PR  och  noradrenalin  till  skillnad  från  hos  män.  Kvinnor  hade  ett välutvecklat  initialt  kapacitanssvar  (mobilisering  av  venblod  från  perifera vävnader mot  centrala  cirkulationen)  vilket  dock minskade  successivt med tiden  till  skillnad  från  hos män. Vidare  så  var  absorptionen  av  vätska  från vävnad  till  blod  (kapillär  vätskeabsorption)  mindre  hos  kvinnor.  Fynden indikerar  att  kvinnor  inte har  lika  effektiva  kompensationsmekanismer  som män som skydd för akut hypovolemisk stress.  Delarbete IV belyser kompensatoriska försvarsmekanismer för att skydda och upprätthålla  den  centrala  blodvolymen  vid  experimentell  hypovolemi  hos äldre kvinnor (66 år, n = 12) och unga kvinnor (23 år, n=22). LBNP användes för att skapa hypovolemisk cirkulatorisk stress. Hjärtfrekvensen ökade mindre hos äldre kvinnor medan de  svarade med  samma  respons  i perifer  resistens och  konduktans  (fortledning).  Äldre  kvinnor  hade  ett  kraftigt  reducerat kapacitanssvar  (mobilisering av venblod  från perifera vävnader mot centrala cirkulationen)  jämfört med yngre kvinnor. Vidare var absorptionen av vätska från  vävnad  till  blod  (kapillära  vätskeabsorption)  lägre  hos  äldre  kvinnor. Fynden  indikerar  att  äldre  kvinnor  har  mindre  effektiva  kompensatoriska mekanismer än yngre som skydd för akut hypovolemisk stress.  Den  sista  och  kompletterande  studien  belyser  det  övergripande kardiovaskulära  svaret  vid  experimentell  hypovolemi  skapad  av  LBNP  hos kvinnor  som uppvisade en vaso‐vagal  reaktion  (förstadium  till  svimning, 23 år, n=5)  jämfört med icke vaso‐vagala kvinnor (23 år, n=22). Kapacitanssvaret samt  kapillärfiltrationen  av  vätska  i  benen  var  likvärdig mellan  grupperna. Däremot så tog det mycket längre tid för det hypovolema svaret att utvecklas hos gruppen med kvinnor  som uppvisade en vaso‐vagal  reaktion. Vidare  så uppvisade den vaso‐vagala  gruppen  sänkt  känslighet hos  kardiopulmonella baroreceptorer  samt  ett  sänkt  kapacitanssvar  (mobilisering  av  venblod  från perifera  vävnader mot  centrala  cirkulationen)  jämfört med  icke  vaso‐vagala kvinnor.  Sammantaget  kan  fynden  till  viss  del  förklara  den  ökade känsligheten för akut hypovolemi hos vaso‐vagala kvinnor. 

Page 61: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Summary in Swedish 

      57  

Page 62: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

58 

ACKNOWLEDGEMENTS

I would  like  to express my sincere gratitude  to everyone who has made  this stimulating, but at times demanding  journey possible. I would especially like to mention the following:  Professor Toste Länne, my  tutor,  for  sharing your  invaluable knowledge  in cardiovascular  physiology,  but  more  importantly  for  your  immense encouragement  and  enthusiasm  in  my  work  and  for  discussing  and supporting new  ideas.  I would also  like  to express my deepest gratitude  for your support  in my  life outside of science, not  forgetting your  family, Marie and Ruben, for inviting me into your home on numerous occasions.  Dr Henrik Olsen, Helsingborg,  co‐author,  for helping me at  the  start of  the project with practical details and for fruitful discussions throughout my work.  Dr Staffan Schön, head of  the Department of  Internal Medicine,  Jönköping, for  your  understanding  attitude  towards  my  research,  and  to  my  fellow colleagues at the Department of Internal Medicine for all your support.  Professor Bo‐Eric Malmvall, head of Futurum,  the Academy of Health Care for your personal support in helping me to obtain time for my research also in practice.  The  staff  at  the  Department  of  Clinical  Physiology/Linköping  University, especially  Elisabeth  Forsström,  Inger  Ekman  and  the  late  Professor  Bengt Wranne for taking me on as an amanuensis, raising my interest in physiology. Also thank you for good company and for free coffee throughout these years; a necessity during long working hours and when producing creative thoughts.  Olle  Eriksson,  statistician  at  Linköping  University,  for  invaluable  help scrutinizing my data and your guidance  in finding the appropriate statistical methods.  Also,  thank  you  for  quick  support  when  deadline  draws  closer, despite your busy schedule.    

Page 63: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Acknowledgements 

      59 

Fellow PhD  students  for  constructive  criticism  and  for  sharing happy  times together.  Christina Andersson  and Elin Wistrand  at  the Department  of Medical  and Health  Sciences  (IMH)  in  Linköping  and  Anneli  Ohlson,  Marie‐Louise Arvidsson, Ulrica Axelsson‐Francke and Agneta Alvarsson in Jönköping for support with matters of practical importance, not my strongest subject.  Nora Östrup,  FoU‐secretary,  for  skilful  linguistic  revision  of  this  thesis  and published articles.  All volunteers, women and men, young and old, my sincere respect and thanks.  My close  friends  for  supporting me  in  tough  times, helping me back on my feet again. You should know how grateful I am.   Last but not least,  My  loving  parents,  Ulf  and  Irene,  for  supporting me  throughout my  life. Thank you  for your understanding  and generosity. To David,  for being  the best brother one can have. It saddens me knowing you cannot live your life to your full potential and follow in my footsteps as you always used to do before your tragic accident. My late sister, Mi, for your warmth and high spirit, being generous with yourself. You are in my heart, always. My nephew and godson Felix, for being the star of my life.   Karolina, my  partner,  for  your  big  heart,  patience  and  love,  being  the  best companion  imaginable. Also  to Astrid  and  Smilla,  our  two  lively  cats,  for keeping me company during sometimes tedious writing days.    The studies, upon which this thesis is based, were supported by the invaluable grants  from  Futurum,  the  Academy  of  Health  Care,  Jönköping  County Council  and  also  from  funds  at  Linköping  University,  Medical  Research Council Grant 12661, and the Swedish Heart‐Lung Foundation.  

Page 64: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

60 

REFERENCES

Ablad  B, Mellander  S. Comparative  Effects  of Hydralazine,  Sodium Nitrite and  Acetylcholine  on  Resistance  and  Capacitance  Blood  Vessels  and Capillary Filtration  in Skeletal Muscle  in  the Cat. Acta Physiol Scand 58: 319‐329, 1963. 

Barwin BN, Roddie IC. Venous distensibility during pregnancy determined by graded venous congestion. Am J Obstet Gynecol 125(7): 921‐923, 1976. 

Becker LB, Weisfeldt ML, Weil MH, Budinger T, Carrico J, Kern K, Nichol G, Shechter I, Traystman R, Webb C, Wiedemann H, Wise R, Sopko G. The PULSE  initiative:  scientific  priorities  and  strategic  planning  for resuscitation research and life saving therapies. Circulation 105(21): 2562‐2570, 2002. 

Bentzer  P,  Kongstad  L,  Grande  PO.  Capillary  filtration  coefficient  is independent of number of perfused capillaries in cat skeletal muscle. Am J Physiol Heart Circ Physiol 280(6): H2697‐2706, 2001. 

Berne  RM,  Levy MN,  Koeppen  BM,  Stanton  BA.  Physiology,  5th  Edition: Mosby Year Book Medical Publishers, 2005. 

Bevan  JA.  Some  bases  of  differences  in  vascular  response  to  sympathetic activity. Circ Res 45(2): 161‐171, 1979. 

Bouissou H, Julian M, Pieraggi MT, Maurel E, Thiers JC, Louge L. Structure of healthy and varicose veins.  In: Return Circulation and Norepinephrine: An Update, edited by Vanhoutte P. Paris: Libbey Eurotext, 1991. 

Bowyer  L,  Brown MA,  Jones M. Vascular  reactivity  in men  and women  of reproductive age. Am J Obstet Gynecol 185(1): 88‐96, 2001. 

Brown CM, Hecht MJ, Weih A, Neundorfer B, Hilz MJ. Effects of age on  the cardiac  and  vascular  limbs  of  the  arterial  baroreflex.  Eur  J  Clin  Invest 33(1): 10‐16, 2003. 

Bruce A, Andersson M, Arvidsson B, Isaksson B. Body composition. Prediction of normal body potassium, body water and body fat in adults on the basis of body height, body weight and age. Scand  J Clin Lab  Invest 40(5): 461‐473, 1980. 

Chien S. Role of  the sympathetic nervous system  in hemorrhage. Physiol Rev 47(2): 214‐288, 1967. 

Claydon VE, Younis NR, Hainsworth R. Phase of the menstrual cycle does not affect  orthostatic  tolerance  in healthy women. Clin Auton Res  16(2):  98‐104, 2006. 

Page 65: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

References 

      61 

Clough G. A quantitative study of the exchange microvasculature of muscles from the human foot and hand. Int J Microcirc Clin Exp 6(3): 237‐243, 1987. 

Convertino VA. Gender  differences  in  autonomic  functions  associated with blood pressure regulation. Am J Physiol 275(6 Pt 2): R1909‐1920, 1998. 

Convertino  VA,  Ludwig  DA,  Cooke WH.  Stroke  volume  and  sympathetic responses  to  lower‐body  negative  pressure  reveal  new  insight  into circulatory shock in humans. Auton Neurosci 111(2): 127‐134, 2004. 

Convertino VA, Ryan KL, Rickards CA, Salinas  J, McManus  JG, Cooke WH, Holcomb  JB. Physiological and medical monitoring  for  en  route  care of combat casualties. J Trauma 64(4 Suppl): S342‐353, 2008. 

Cooke WH,  Ryan KL,  Convertino  VA.  Lower  body  negative  pressure  as  a model to study progression to acute hemorrhagic shock in humans. J Appl Physiol 96(4): 1249‐1261, 2004. 

Cooper KE, Edholm OG, Mottram RF. The blood  flow  in skin and muscle of the human forearm. J Physiol 128(2): 258‐267, 1955. 

Croley  AN,  Zwetsloot  KA,  Westerkamp  LM,  Ryan  NA,  Pendergast  AM, Hickner RC, Pofahl WE, Gavin TP. Lower capillarization, VEGF protein, and VEGF mRNA response to acute exercise in the vastus lateralis muscle of aged vs. young women. J Appl Physiol 99(5): 1872‐1879, 2005. 

Custaud MA, de Souza Neto EP, Abry P, Flandrin P, Millet C, Duvareille M, Fortrat  JO, Gharib C. Orthostatic  tolerance  and  spontaneous  baroreflex sensitivity  in men  versus women  after  7  days  of  head‐down  bed  rest. Auton Neurosci 100(1‐2): 66‐76, 2002. 

DʹAlmeida MS,  Lautt WW.  Expression  of  vascular  escape:  conductance  or resistance? Am J Physiol 262(4 Pt 2): H1196‐1196, 1992. 

Debasso R, Astrand H, Bjarnegard N, Ryden Ahlgren A, Sandgren T, Lanne T. The  popliteal  artery,  an  unusual muscular  artery with wall  properties similar  to  the  aorta:  implications  for  susceptibility  to  aneurysm formation? J Vasc Surg 39(4): 836‐842, 2004. 

Dinenno FA, Dietz NM,  Joyner MJ. Aging and  forearm postjunctional alpha‐adrenergic vasoconstriction in healthy men. Circulation 106(11): 1349‐1354, 2002. 

Edfeldt H.  Sympathetic  baroreflex  control  of  vascular  resistance  in  skeletal muscle and skin of man. Malmö, Sweden, 1993. 

Epstein  SE,  Stampfer M,  Beiser GD.  Role  of  the  capacitance  and  resistance vessels in vasovagal syncope. Circulation 37(4): 524‐533, 1968. 

Fawer R, Dettling A, Weihs D, Welti H, Schelling  JL. Effect of  the menstrual cycle, oral contraception and pregnancy on  forearm blood  flow, venous distensibility and clotting factors. Eur J Clin Pharmacol 13(4): 251‐257, 1978. 

Page 66: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

62 

Fitzsimons JT. Angiotensin, thirst, and sodium appetite. Physiol Rev 78(3): 583‐686, 1998. 

Folkow B, Mellander S. Measurements of capillary filtration coefficient and its use  in  studies  of  the  control  of  capillary  exchange.  In:  Capillary Permeability: The Transfer of Molecules and  Ions between Capillary Blood and Tissue, edited by Crone C, Lassen N. Copenhagen: Munksgaard, 1970, p. 614‐623. 

Franke WD, Johnson CP, Steinkamp JA, Wang R, Halliwill JR. Cardiovascular and autonomic responses to lower body negative pressure: do not explain gender  differences  in  orthostatic  tolerance.  Clin Auton  Res  13(1):  36‐44, 2003. 

Freedman RR, Sabharwal SC, Desai N. Sex differences  in peripheral vascular adrenergic receptors. Circ Res 61(4): 581‐585, 1987. 

Frey MA, Hoffler GW. Association of  sex  and  age with  responses  to  lower‐body negative pressure. J Appl Physiol 65(4): 1752‐1756, 1988. 

Frey MA, Mathes KL, Hoffler GW.  Cardiovascular  responses  of women  to lower  body  negative  pressure.  Aviat  Space  Environ Med  57(6):  531‐538, 1986. 

Frokjaer‐Jensen J. Permeability of single muscle capillaries to potassium  ions. Microvasc Res 24(2): 168‐183, 1982. 

Fu Q, Arbab‐Zadeh A, Perhonen MA, Zhang R, Zuckerman  JH, Levine BD. Hemodynamics  of  orthostatic  intolerance:  implications  for  gender differences. Am J Physiol Heart Circ Physiol 286(1): H449‐457, 2004. 

Fu Q, Witkowski S, Okazaki K, Levine BD. Effects of gender and hypovolemia on sympathetic neural responses to orthostatic stress. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 289(1): R109‐116, 2005. 

Fuca G, Dinelli M, Gianfranchi  L,  Bressan  S,  Lamborghini C, Alboni  P. Do subjects with vasovagal  syncope have  subtle haemodynamic  alterations during orthostatic stress? Europace 10(6): 751‐759, 2008. 

Fuca G, Dinelli M,  Suzzani  P,  Scarfo  S,  Tassinari  F, Alboni  P.  The  venous system is the main determinant of hypotension in patients with vasovagal syncope. Europace 8(10): 839‐845, 2006. 

Gannon CJ, Napolitano LM, Pasquale M, Tracy JK, McCarter RJ. A statewide population‐based study of gender differences  in  trauma: validation of a prior single‐institution study. J Am Coll Surg 195(1): 11‐18, 2002. 

George RL, McGwin G, Jr., Windham ST, Melton SM, Metzger J, Chaudry IH, Rue LW,  3rd. Age‐related gender differential  in outcome  after blunt or penetrating trauma. Shock 19(1): 28‐32, 2003. 

Page 67: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

References 

      63 

Goldstein DS, McCarty R, Polinsky RJ, Kopin IJ. Relationship between plasma norepinephrine  and  sympathetic  neural  activity. Hypertension  5(4):  552‐559, 1983. 

Gorodeski GI, Yang T, Levy MN, Goldfarb J, Utian WH. Effects of estrogen in vivo  on  coronary  vascular  resistance  in  perfused  rabbit  hearts.  Am  J Physiol 269(6 Pt 2): R1333‐1338, 1995. 

Gotshall RW. Gender differences in tolerance to lower body negative pressure. Aviat Space Environ Med 71(11): 1104‐1110, 2000. 

Groban  L,  Cowley  AW,  Jr.,  Ebert  TJ.  Atrial  natriuretic  peptide  augments forearm capillary filtration in humans. Am J Physiol 259(1 Pt 2): H258‐263, 1990. 

Hafferl A, Thiel W. Lehrbuch der topographischen Anatomie. Berlin: Springer, 1969, p. 971. 

Halliwill JR, Lawler LA, Eickhoff TJ, Joyner MJ, Mulvagh SL. Reflex responses to  regional  venous  pooling  during  lower  body  negative  pressure  in humans. J Appl Physiol 84(2): 454‐458, 1998. 

Halliwill JR, Minson CT, Joyner MJ. Measurement of limb venous compliance in  humans:  technical  considerations  and  physiological  findings.  J  Appl Physiol 87(4): 1555‐1563, 1999. 

Hargreaves  AD,  Muir  AL.  Lack  of  variation  in  venous  tone  potentiates vasovagal syncope. Br Heart J 67(6): 486‐490, 1992. 

Harris  BA.  The  influence  of  endurance  and  resistance  exercise  on  muscle capillarization  in  the  elderly:  a  review. Acta Physiol Scand  185(2):  89‐97, 2005. 

Henriksen O,  Sejrsen  P.  Local  reflex  in microcirculation  in  human  skeletal muscle. Acta Physiol Scand 99(1): 19‐26, 1977. 

Hernandez  JP, Franke WD. Effects of a 6‐mo endurance‐training program on venous compliance and maximal  lower body negative pressure  in older men and women. J Appl Physiol 99(3): 1070‐1077, 2005. 

Hjemdahl P, Fagius J, Freyschuss U, Wallin BG, Daleskog M, Bohlin G, Perski A. Muscle sympathetic activity and norepinephrine release during mental challenge in humans. Am J Physiol 257(5 Pt 1): E654‐664, 1989. 

Holland CK, Brown  JM,  Scoutt LM, Taylor KJ.  Lower  extremity  volumetric arterial  blood  flow  in  normal  subjects. Ultrasound Med Biol  24(8):  1079‐1086, 1998. 

Huang A, Sun D, Koller A, Kaley G. Gender difference in myogenic tone of rat arterioles  is  due  to  estrogen‐induced,  enhanced  release  of  NO.  Am  J Physiol 272(4 Pt 2): H1804‐1809, 1997. 

Page 68: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

64 

Huisman HW, Pretorius PJ, Van Rooyen  JM, Malan NT, Eloff FC, Laubscher PJ,  Steyn  HS.  Haemodynamic  changes  in  the  cardiovascular  system during the early phases of orthostasis. Acta Physiol Scand 166(2): 145‐149, 1999. 

Huxley  VH,  Wang  J,  Whitt  SP.  Sexual  dimorphism  in  the  permeability response of coronary microvessels  to adenosine. Am  J Physiol Heart Circ Physiol 288(4): H2006‐2013, 2005. 

Jones  PP, Christou DD,  Jordan  J,  Seals DR.  Baroreflex  buffering  is  reduced with age in healthy men. Circulation 107(13): 1770‐1774, 2003. 

Kappert K, Caglayan  E, Huntgeburth M,  Baumer AT,  Sparwel  J, Uebel M, Rosenkranz  S.  17Beta‐estradiol  attenuates  PDGF  signaling  in  vascular smooth muscle  cells  at  the  postreceptor  level.  Am  J  Physiol  Heart  Circ Physiol 290(2): H538‐546, 2006. 

Knaapen MW, Somers P, Bortier H, De Meyer GR, Kockx MM. Smooth muscle cell  hypertrophy  in  varicose  veins  is  associated  with  expression  of estrogen receptor‐beta. J Vasc Res 42(1): 8‐12, 2005. 

Kneale BJ, Chowienczyk PJ, Brett SE, Coltart DJ, Ritter JM. Gender differences in  sensitivity  to adrenergic agonists of  forearm  resistance vasculature.  J Am Coll Cardiol 36(4): 1233‐1238, 2000. 

Kuczkowski KM. Labor analgesia for the parturient with cardiac disease: what does an obstetrician need to know? Acta Obstet Gynecol Scand 83(3): 223‐233, 2004. 

Laitinen T, Hartikainen  J, Vanninen E, Niskanen L, Geelen G, Lansimies E. Age and gender dependency of baroreflex sensitivity in healthy subjects. J Appl Physiol 84(2): 576‐583, 1998. 

Laitinen  T,  Niskanen  L,  Geelen  G,  Lansimies  E,  Hartikainen  J.  Age dependency  of  cardiovascular  autonomic  responses  to  head‐up  tilt  in healthy subjects. J Appl Physiol 96(6): 2333‐2340, 2004. 

Lanne  T,  Lundvall  J. Mechanisms  in man  for  rapid  refill  of  the  circulatory system in hypovolaemia. Acta Physiol Scand 146(3): 299‐306, 1992. 

Lanne T, Olsen H. Decreased capacitance response with age in lower limbs of humans‐‐a  potential  error  in  the  study  of  cardiovascular  reflexes  in ageing. Acta Physiol Scand 161(4): 503‐507, 1997. 

Lesh  TA,  Rothe  CF.  Sympathetic  and  hemodynamic  effects  on  capacitance vessels in dog skeletal muscle. Am J Physiol 217(3): 819‐827, 1969. 

Lewis  P,  Psaila  JV, Davies WT, McCarty K, Woodcock  JP. Measurement  of volume  flow  in  the  human  common  femoral  artery  using  a  duplex ultrasound system. Ultrasound Med Biol 12(10): 777‐784, 1986. 

Page 69: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

References 

      65 

Linder  L,  Lautenschlager  BM,  Haefeli  WE.  Subconstrictor  doses  of neuropeptide Y  potentiate  alpha  1‐adrenergic  venoconstriction  in  vivo. Hypertension 28(3): 483‐487, 1996. 

Ludwig DA, Vernikos  J, Wade CE, Convertino VA. Blood pressure  changes during orthostatic stress: evidence of gender differences in neuroeffector distribution. Aviat Space Environ Med 72(10): 892‐898, 2001. 

Lundvall  J,  Bjerkhoel  P,  Edfeldt  H,  Ivarsson  C,  Lanne  T.  Dynamics  of transcapillary  fluid  transfer  and  plasma  volume  during  lower  body negative pressure. Acta Physiol Scand 147(2): 163‐172, 1993. 

Lundvall  J, Hillman  J.  Fluid  transfer  from  skeletal muscle  to  blood  during hemorrhage.  Importance  of  beta  adrenergic  vascular mechanisms. Acta Physiol Scand 102(4): 450‐458, 1978. 

Lundvall  J,  Lanne  T.  Large  capacity  in  man  for  effective  plasma  volume control  in  hypovolaemia  via  fluid  transfer  from  tissue  to  blood.  Acta Physiol Scand 137(4): 513‐520, 1989a. 

Lundvall J, Lanne T. Much larger transcapillary hydrodynamic conductivity in skeletal muscle  and  skin  of man  than previously  believed. Acta Physiol Scand 136(1): 7‐16, 1989b. 

Magnotti LJ, Fischer PE, Zarzaur BL, Fabian TC, Croce MA. Impact of gender on outcomes after blunt  injury: a definitive analysis of more than 36,000 trauma patients. J Am Coll Surg 206(5): 984‐991; discussion 991‐982, 2008. 

Mancia G, Mark A. Cardiopulmonary baroreflexes in humans. In: Handbook of Physiology  The  Cardiovasular  System,  edited  by  Shepherd  J. Washington DC: Bethesda, Md: Am Physiol Soc, 1983, p. 795‐813. 

Mark A, Mancia G. Arterial baroreflexes in humans. In: Handbook of Physiology The  Cardiovasular  System,  edited  by  Shepherd  J.  Washington  DC: Bethesda, Md: Am Physiol Soc, 1983, p. 755‐793. 

Maspers  M,  Bjornberg  J,  Grande  PO,  Mellander  S.  Sympathetic  alpha‐adrenergic control of large‐bore arterial vessels, arterioles and veins, and of  capillary  pressure  and  fluid  exchange  in  whole‐organ  cat  skeletal muscle. Acta Physiol Scand 138(4): 509‐521, 1990. 

McGwin G,  Jr., George RL, Cross  JM, Reiff DA, Chaudry  IH, Rue LW,  3rd. Gender differences  in mortality  following burn  injury. Shock  18(4):  311‐315, 2002. 

Meendering  JR,  Torgrimson  BN,  Houghton  BL,  Halliwill  JR,  Minson  CT. Effects  of  menstrual  cycle  and  oral  contraceptive  use  on  calf  venous compliance. Am J Physiol Heart Circ Physiol 288(1): H103‐110, 2005a. 

Meendering  JR,  Torgrimson  BN,  Houghton  BL,  Halliwill  JR,  Minson  CT. Menstrual  cycle  and  sex  affect  hemodynamic  responses  to  combined 

Page 70: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

66 

orthostatic and heat  stress. Am  J Physiol Heart Circ Physiol 289(2): H631‐642, 2005b. 

Mellander S. Comparative studies on  the adrenergic neuro‐hormonal control of resistance and capacitance blood vessels  in  the cat. Acta Physiol Scand Suppl 50(176): 1‐86, 1960. 

Mellander  S,  Oberg  B,  Odelram  H.  Vascular  Adjustments  to  Increased Transmural Pressure  in Cat and Man with Special Reference  to Shifts  in Capillary Fluid Transfer. Acta Physiol Scand 61: 34‐48, 1964. 

Mendelsohn  ME.  Genomic  and  nongenomic  effects  of  estrogen  in  the vasculature. Am J Cardiol 90(1A): 3F‐6F, 2002. 

Miller JA, Floras JS, Skorecki KL, Blendis LM, Logan AG. Renal and humoral responses  to  sustained  cardiopulmonary  baroreceptor  deactivation  in humans. Am J Physiol 260(3 Pt 2): R642‐648, 1991. 

Mizumaki  K,  Fujiki  A,  Tani  M,  Shimono  M,  Hayashi  H,  Inoue  H.  Left ventricular dimensions and autonomic balance during head‐up tilt differ between  patients  with  isoproterenol‐dependent  and  isoproterenol‐independent neurally mediated syncope. J Am Coll Cardiol 26(1): 164‐173, 1995. 

Monahan  KD,  Dinenno  FA,  Seals  DR,  Halliwill  JR.  Smaller  age‐associated reductions  in  leg venous compliance  in endurance exercise‐trained men. Am J Physiol Heart Circ Physiol 281(3): H1267‐1273, 2001. 

Monahan  KD,  Ray  CA.  Gender  affects  calf  venous  compliance  at  rest  and during baroreceptor unloading in humans. Am J Physiol Heart Circ Physiol 286(3): H895‐901, 2004. 

Morikawa T, Sagawa S, Torii R, Endo Y, Yamazaki F, Shiraki K. Hypovolemic intolerance  to  lower body negative pressure  in  female  runners. Med Sci Sports Exerc 33(12): 2058‐2064, 2001. 

Mosqueda‐Garcia R, Furlan R, Fernandez‐Violante R, Desai T, Snell M, Jarai Z, Ananthram  V,  Robertson  RM,  Robertson  D.  Sympathetic  and baroreceptor reflex function in neurally mediated syncope evoked by tilt. J Clin Invest 99(11): 2736‐2744, 1997. 

Mosqueda‐Garcia  R,  Furlan  R,  Tank  J,  Fernandez‐Violante  R.  The  elusive pathophysiology of neurally mediated syncope. Circulation 102(23): 2898‐2906, 2000. 

Muller‐Delp  JM.  Aging‐induced  adaptations  of  microvascular  reactivity. Microcirculation 13(4): 301‐314, 2006. 

Neal CR, Michel CC. Openings in frog microvascular endothelium induced by high intravascular pressures. J Physiol 492 ( Pt 1): 39‐52, 1996. 

Page 71: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

References 

      67 

Ng AV, Callister R,  Johnson DG, Seals DR. Sympathetic neural  reactivity  to stress does not increase with age in healthy humans. Am J Physiol 267(1 Pt 2): H344‐353, 1994. 

OʹKeefe GE, Hunt  JL, Purdue GF. An evaluation of  risk  factors  for mortality after burn trauma and the identification of gender‐dependent differences in outcomes. J Am Coll Surg 192(2): 153‐160, 2001. 

OʹMahony D, Bennett C, Green A, Sinclair AJ. Reduced baroreflex sensitivity in elderly humans  is not due to efferent autonomic dysfunction. Clin Sci (Lond) 98(1): 103‐110, 2000. 

Oberg B. The relationship between active constriction and passive recoil of the veins  at various distending pressures. Acta Physiol Scand  71(2):  233‐247, 1967. 

Olsen  H,  Lanne  T.  Reduced  venous  compliance  in  lower  limbs  of  aging humans and its importance for capacitance function. Am J Physiol 275(3 Pt 2): H878‐886, 1998. 

Olsen H, Lanne T. Reduced capillary hydraulic conductivity in skeletal muscle and  skin  in Type  I diabetes: a possible  cause  for  reduced  transcapillary fluid absorption during hypovolaemia. Diabetologia 43(9): 1178‐1184, 2000. 

Olsen  H,  Vernersson  E,  Lanne  T.  Cardiovascular  response  to  acute hypovolemia  in  relation  to  age.  Implications  for  orthostasis  and hemorrhage. Am J Physiol Heart Circ Physiol 278(1): H222‐232, 2000. 

Pechere‐Bertschi A, Maillard M,  Stalder H,  Brunner HR,  Burnier M.  Blood pressure  and  renal  haemodynamic  response  to  salt  during  the  normal menstrual cycle. Clin Sci (Lond) 98(6): 697‐702, 2000. 

Rajagopalan  B,  Bertram  CD,  Stallard  T,  Lee GD.  Blood  flow  in  pulmonary veins: III. Simultaneous measurements of their dimensions, intravascular pressure and flow. Cardiovasc Res 13(12): 684‐692, 1979. 

Rippe  B,  Haraldsson  B,  Folkow  B.  Evaluation  of  the  ʹstretched  pore phenomenonʹ in isolated rat hindquarters. Acta Physiol Scand 125(3): 453‐459, 1985. 

Rothe CF. Reflex  control of  the veins  in  cardiovascular  function. Physiologist 22(2): 28‐35, 1979. 

Rothe CF. Venous system: Physiology of the capactiance vessels. In: Handbook of  Physiology  The  Cardiovasular  System,  Peripheral  circulation,  edited  by Shepherd  J. Washington, D.C: Bethesda, Md: Am. Physiol. Soc, 1983, p. 397‐452. 

Rowell L. Human cardiovascular control. New York: Oxford University Press, 1993. 

Page 72: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

68 

Saitta A, Altavilla D, Cucinotta D, Morabito N, Frisina N, Corrado F, DʹAnna R, Lasco A, Squadrito G, Gaudio A, Cancellieri F, Arcoraci V, Squadrito F. Randomized,  double‐blind,  placebo‐controlled  study  on  effects  of raloxifene  and  hormone  replacement  therapy  on  plasma  no concentrations,  endothelin‐1  levels,  and  endothelium‐dependent vasodilation  in  postmenopausal  women.  Arterioscler  Thromb  Vasc  Biol 21(9): 1512‐1519, 2001. 

Sauaia A, Moore  FA, Moore EE, Moser KS, Brennan R, Read RA, Pons PT. Epidemiology of trauma deaths: a reassessment. J Trauma 38(2): 185‐193, 1995. 

Savage  DD,  Corwin  L,  McGee  DL,  Kannel  WB,  Wolf  PA.  Epidemiologic features of isolated syncope: the Framingham Study. Stroke 16(4): 626‐629, 1985. 

Schnizer W, Klatt  J, Baeker H, Rieckert H.  [Comparison of  scintigraphic and plethysmographic measurements for determination of capillary filtration coefficient in human limbs (authorʹs transl)]. Basic Res Cardiol 73(1): 77‐84, 1978. 

Schutzer WE, Mader SL. Age‐related changes in vascular adrenergic signaling: clinical and mechanistic implications. Ageing Res Rev 2(2): 169‐190, 2003. 

Seller  H.  Central  baroreceptor  reflex  pathways.  In:  Baroreceptor  Reflexes: Integrative  Functions  and Clinical Aspects,  edited  by  Persson  PB, H.R. K. Heidelberg: Springer‐Verlag, 1991, p. 45–74. 

Sexton  WL,  Poole  DC,  Mathieu‐Costello  O.  Microcirculatory  structure‐function  relationships  in  skeletal muscle  of  diabetic  rats.  Am  J  Physiol 266(4 Pt 2): H1502‐1511, 1994. 

Shen WK,  Low  PA,  Rea  RF,  Lohse  CM, Hodge DO, Hammill  SC. Distinct hemodynamic  profiles  in  patients  with  vasovagal  syncope:  a heterogeneous population. J Am Coll Cardiol 35(6): 1470‐1477, 2000. 

Shevde K,  Pagala M, Tyagaraj C, Udeh C,  Punjala M, Arora  S,  Elfaham A. Preoperative  blood  volume  deficit  influences  blood  transfusion requirements  in  females  and males  undergoing  coronary  bypass  graft surgery. J Clin Anesth 14(7): 512‐517, 2002. 

Shoemaker  JK, Hogeman  CS,  Khan M,  Kimmerly DS,  Sinoway  LI. Gender affects  sympathetic and hemodynamic  response  to postural  stress. Am  J Physiol Heart Circ Physiol 281(5): H2028‐2035, 2001. 

Skelton H. The storage of water by various tissues of the body. Arch intern med 40: 140‐152, 1927. 

Page 73: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

References 

      69 

Sonesson  B, Hansen  F,  Stale H,  Lanne  T.  Compliance  and  diameter  in  the human  abdominal  aorta‐‐the  influence  of  age  and  sex.  Eur  J Vasc  Surg 7(6): 690‐697, 1993. 

Stachenfeld NS,  Keefe DL,  Palter  SF.  Estrogen  and  progesterone  effects  on transcapillary  fluid  dynamics.  Am  J  Physiol  Regul  Integr  Comp  Physiol 281(4): R1319‐1329, 2001. 

Stachenfeld  NS,  Taylor  HS.  Progesterone  increases  plasma  volume independent of estradiol. J Appl Physiol 98(6): 1991‐1997, 2005. 

Stewart  JM.  Microvascular  filtration  is  increased  in  postural  tachycardia syndrome. Circulation 107(22): 2816‐2822, 2003. 

Stewart  JM,  Lavin  J,  Weldon  A.  Orthostasis  fails  to  produce  active  limb venoconstriction in adolescents. J Appl Physiol 91(4): 1723‐1729, 2001. 

Stewart  JM, McLeod KJ, Sanyal S, Herzberg G, Montgomery LD. Relation of postural  vasovagal  syncope  to  splanchnic hypervolemia  in  adolescents. Circulation 110(17): 2575‐2581, 2004. 

Sudhir K, Elser MD, Jennings GL, Komesaroff PA. Estrogen supplementation decreases  norepinephrine‐induced  vasoconstriction  and  total  body norepinephrine  spillover  in perimenopausal women. Hypertension  30(6): 1538‐1543, 1997. 

Taneja  I, Moran  C, Medow MS,  Glover  JL, Montgomery  LD,  Stewart  JM. Differential  effects of  lower  body negative pressure  and upright  tilt  on splanchnic blood volume. Am  J Physiol Heart Circ Physiol 292(3): H1420‐1426, 2007. 

Taylor MD, Tracy  JK, Meyer W, Pasquale M, Napolitano LM. Trauma  in  the elderly: intensive care unit resource use and outcome. J Trauma 53(3): 407‐414, 2002. 

Thomson HL, Wright K, Frenneaux M. Baroreflex sensitivity  in patients with vasovagal syncope. Circulation 95(2): 395‐400, 1997. 

Tollan  A,  Kvenild  K,  Strand  H,  Oian  P,  Maltau  JM.  Increased  capillary permeability for plasma proteins in oral contraceptive users. Contraception 45(5): 473‐481, 1992. 

Tomiyama H, Yamashina A, Arai T, Hirose K, Koji Y, Chikamori T, Hori S, Yamamoto  Y,  Doba  N,  Hinohara  S.  Influences  of  age  and  gender  on results of noninvasive brachial‐ankle pulse wave velocity measurement‐‐a survey of 12517 subjects. Atherosclerosis 166(2): 303‐309, 2003. 

Toraman  F,  Evrenkaya  S,  Yuce  M,  Turek  O,  Aksoy  N,  Karabulut  H, Demirhisar  O,  Alhan  C.  Highly  positive  intraoperative  fluid  balance during  cardiac  surgery  is  associated  with  adverse  outcome.  Perfusion 19(2): 85‐91, 2004. 

Page 74: With special reference to venous compliance and ...liu.diva-portal.org/smash/get/diva2:114155/FULLTEXT01.pdfinduces the pooling of blood in the lower limbs, and increased limb venous

Cardiovascular responses to hypovolemic circulatory stress in women 

70 

Tsutsui  Y,  Sagawa  S,  Yamauchi  K,  Endo  Y,  Yamazaki  F,  Shiraki  K. Cardiovascular responses to lower body negative pressure in the elderly: role of reduced leg compliance. Gerontology 48(3): 133‐139, 2002. 

van Brummelen P, Buhler FR, Kiowski W, Amann FW. Age‐related decrease in cardiac and peripheral vascular responsiveness to isoprenaline: studies in normal subjects. Clin Sci (Lond) 60(5): 571‐577, 1981. 

Wasmund  SL,  Smith ML, Takata TS,  Joglar  JA, Li  JM, Kowal RC, Page RL, Hamdan MH. Sympathoexcitation  is attenuated during  low  level  lower body negative pressure in subjects who develop pre‐syncope. Clin Auton Res 13(3): 208‐213, 2003. 

Well D, Yang H, Houseni M, Iruvuri S, Alzeair S, Sansovini M, Wintering N, Alavi A, Torigian DA. Age‐related  structural  and metabolic  changes  in the pelvic reproductive end organs. Semin Nucl Med 37(3): 173‐184, 2007. 

Wesly RL, Vaishnav RN, Fuchs JC, Patel DJ, Greenfield JC, Jr. Static linear and nonlinear  elastic properties  of normal  and  arterialized venous  tissue  in dog and man. Circ Res 37(4): 509‐520, 1975. 

White DD, Gotshall  RW,  Tucker A. Women  have  lower  tolerance  to  lower body negative pressure than men. J Appl Physiol 80(4): 1138‐1143, 1996. 

White DD, Montgomery LD. Pelvic blood pooling of men and women during lower  body  negative  pressure.  Aviat  Space  Environ Med  67(6):  555‐559, 1996. 

Wijeyaratne CN, Moult PJ. The effect of alpha human atrial natriuretic peptide on plasma volume and vascular permeability in normotensive subjects. J Clin Endocrinol Metab 76(2): 343‐346, 1993. 

Wijeysundera  DN,  Butler  GC,  Ando  S,  Pollard  M,  Picton  P,  Floras  JS. Attenuated cardiac baroreflex  in men with presyncope evoked by  lower body negative pressure. Clin Sci (Lond) 100(3): 303‐309, 2001. 

Wohltmann  CD,  Franklin  GA,  Boaz  PW,  Luchette  FA,  Kearney  PA, Richardson  JD,  Spain DA. A multicenter  evaluation  of whether  gender dimorphism affects survival after trauma. Am J Surg 181(4): 297‐300, 2001. 

Wolf  MB,  Porter  LP, Watson  PD.  Effects  of  elevated  venous  pressure  on capillary permeability  in cat hindlimbs. Am  J Physiol 257(6 Pt 2): H2025‐2032, 1989. 

Yamanouchi Y, Jaalouk S, Shehadeh AA, Jaeger F, Goren H, Fouad‐Tarazi FM. Changes  in  left ventricular volume during head‐up  tilt  in patients with vasovagal syncope: an echocardiographic study. Am Heart J 131(1): 73‐80, 1996.