In 1996, following a multi-specialty Consensus Conference sponsored by the American Academy of Neurology and the American Autonomic Society, a brief definition of orthostatic hypotension was published. This definition has been widely used and has withstood the test of time. Fifteen years later, advances in the understanding of orthostatic hypotension and disorders of orthostatic tolerance have made it necessary to clarify and expand the earlier definition. In this updated consensus statement, endorsed by the American Autonomic Society, the European Federation of Autonomic Societies, the Autonomic Research Group of the World Federation of Neurology and the Autonomic Disorders section of the American Academy of Neurology, we refine and update the definition, pathophysiology and clinical features of orthostatic hypotension. We also add the definitions of two highly prevalent disorders of orthostatic tolerance, neurally mediated (reflex) syncope and the postural tachycardia syndrome. This update is the product of a group of experts in the field but is not an evidence based clinical guideline.

To test the hypothesis that spontaneous changes in cerebral blood flow are primarily induced by changes in arterial pressure and that cerebral autoregulation is a frequency-dependent phenomenon, we measured mean arterial pressure in the finger and mean blood flow velocity in the middle cerebral artery (V˙ MCA ) during supine rest and acute hypotension induced by thigh cuff deflation in 10 healthy subjects. Transfer function gain, phase, and coherence function between changes in arterial pressure andV˙ MCA were estimated using the Welch method. The impulse response function, calculated as the inverse Fourier transform of this transfer function, enabled the calculation of transient changes inV˙ MCA during acute hypotension, which was compared with the directly measured change in V˙ MCA during thigh cuff deflation. Beat-to-beat changes inV˙ MCA occurred simultaneously with changes in arterial pressure, and the autospectrum of V˙ MCA showed characteristics similar to arterial pressure. Transfer gain increased substantially with increasing frequency from 0.07 to 0.20 Hz in association with a gradual decrease in phase. The coherence function was >0.5 in the frequency range of 0.07–0.30 Hz and <0.5 at <0.07 Hz. Furthermore, the predicted change inV˙ MCA was similar to the measuredV˙ MCA during thigh cuff deflation. These data suggest that spontaneous changes inV˙ MCA that occur at the frequency range of 0.07–0.30 Hz are related strongly to changes in arterial pressure and, furthermore, that short-term regulation of cerebral blood flow in response to changes in arterial pressure can be modeled by a transfer function with the quality of a high-pass filter in the frequency range of 0.07–0.30 Hz.

Levine, Benjamin D., and James Stray-Gundersen.“Living high-training low”: effect of moderate-altitude acclimatization with low-altitude training on performance. J. Appl. Physiol. 83(1): 102–112, 1997.—The principal objective of this study was to test the hypothesis that acclimatization to moderate altitude (2,500 m) plus training at low altitude (1,250 m), “living high-training low,” improves sea-level performance in well-trained runners more than an equivalent sea-level or altitude control. Thirty-nine competitive runners (27 men, 12 women) completed 1) a 2-wk lead-in phase, followed by 2) 4 wk of supervised training at sea level; and 3) 4 wk of field training camp randomized to three groups: “high-low” ( n = 13), living at moderate altitude (2,500 m) and training at low altitude (1,250 m); “high-high” ( n = 13), living and training at moderate altitude (2,500 m); or “low-low” ( n = 13), living and training in a mountain environment at sea level (150 m). A 5,000-m time trial was the primary measure of performance; laboratory outcomes included maximal O 2 uptake (V˙o 2 max ), anaerobic capacity (accumulated O 2 deficit), maximal steady state (MSS; ventilatory threshold), running economy, velocity at V˙o 2 max , and blood compartment volumes. Both altitude groups significantly increased V˙o 2 max (5%) in direct proportion to an increase in red cell mass volume (9%; r = 0.37, P < 0.05), neither of which changed in the control. Five-kilometer time was improved by the field training camp only in the high-low group (13.4 ± 10 s), in direct proportion to the increase inV˙o 2 max ( r = 0.65, P < 0.01). Velocity atV˙o 2 max and MSS also improved only in the high-low group. Four weeks of living high-training low improves sea-level running performance in trained runners due to altitude acclimatization (increase in red cell mass volume and V˙o 2 max ) and maintenance of sea-level training velocities, most likely accounting for the increase in velocity atV˙o 2 max and MSS.

Orthostatic intolerance occurs commonly after spaceflight, and important aspects of the underlying mechanisms remain unclear. We studied 14 individuals supine and standing before and after three space shuttle missions of 9-14 days. After spaceflight, 9 of the 14 (64%) crew members could not complete a 10-min stand test that all completed preflight. Pre- and postflight supine hemodynamics were similar in both groups except for slightly higher systolic and mean arterial pressures preflight in the finishers [15 +/- 3.7 and 8 +/- 1.2 (SE) mmHg, respectively; P < 0.05]. Postflight, finishers and nonfinishers had equally large postural reductions in stroke volume (-47 +/- 3.7 and -48 +/- 3.3 ml, respectively) and increases in heart rate (35 +/- 6.6 and 51 +/- 5.2 beats/min, respectively). Cardiac output during standing was also similar (3.6 +/- 0.4 and 4.1 +/- 0.3 l/min, respectively). However, the finishers had a greater postflight vasoconstrictor response with higher total peripheral resistance during standing (22.3 +/- 1.2 units preflight and 29.4 +/- 2.3 units postflight) than did the nonfinishers (20.1 +/- 1.1 units preflight and 19.9 +/- 1.4 units postflight). We conclude that 1) the primary systemic hemodynamic event, i.e., the postural decrease in stroke volume, was similar in finishers and nonfinishers and 2) the heart rate response and cardiac output during standing were not significantly different, but 3) the postural vasoconstrictor response was significantly greater among the finishers (P < 0.01).

Background— The risk of heart failure in type 2 diabetes mellitus is greater than can be accounted for by hypertension and coronary artery disease. Rodent studies indicate that in obesity and type 2 diabetes mellitus, lipid overstorage in cardiac myocytes produces lipotoxic intermediates that cause apoptosis, which leads to heart failure. In humans with diabetes mellitus, cardiac steatosis previously has been demonstrated in explanted hearts of patients with end-stage nonischemic cardiomyopathy. Whether cardiac steatosis precedes the onset of cardiomyopathy in individuals with impaired glucose tolerance or in patients with type 2 diabetes mellitus is unknown. Methods and Results— To represent the progressive stages in the natural history of type 2 diabetes mellitus, we stratified 134 individuals (age 45±12 years) into 1 of 4 groups: (1) lean normoglycemic (lean), (2) overweight and obese normoglycemic (obese), (3) impaired glucose tolerance, and (4) type 2 diabetes mellitus. Localized 1 H magnetic resonance spectroscopy and cardiac magnetic resonance imaging were used to quantify myocardial triglyceride content and left ventricular function, respectively. Compared with lean subjects, myocardial triglyceride content was 2.3-fold higher in those with impaired glucose tolerance and 2.1-fold higher in those with type 2 diabetes mellitus ( P <0.05). Left ventricular ejection fraction was normal and comparable across all groups. Conclusions— In humans, impaired glucose tolerance is accompanied by cardiac steatosis, which precedes the onset of type 2 diabetes mellitus and left ventricular systolic dysfunction. Thus, lipid overstorage in human cardiac myocytes is an early manifestation in the pathogenesis of type 2 diabetes mellitus and is evident in the absence of heart failure.

Background— Left ventricular compliance appears to decrease with aging, which may contribute to the high incidence of heart failure in the elderly. However, whether this change is an inevitable consequence of senescence or rather secondary to reduced physical activity is unknown. Methods and Results— Twelve healthy sedentary seniors (69.8±3 years old; 6 women, 6 men) and 12 Masters athletes (67.8±3 years old; 6 women, 6 men) underwent pulmonary artery catheterization to define Starling and left ventricular pressure-volume curves. Data were compared with those obtained in 14 young but sedentary control subjects (28.9±5 years old; 7 women, 7 men). Pulmonary capillary wedge pressures and left ventricular end-diastolic volumes by use of echocardiography were measured at baseline, during decreased cardiac filling by use of lower-body negative pressure (−15 and −30 mm Hg), and after saline infusion (15 and 30 mL/kg). Stroke volume for any given filling pressure was greater in Masters athletes compared with the age-matched sedentary subjects, whereas contractility, as assessed by preload recruitable stroke work, was similar. There was substantially decreased left ventricular compliance in healthy but sedentary seniors compared with the young control subjects, which resulted in higher cardiac pressures for a given filling volume and higher myocardial wall stress for a given strain. The pressure-volume curve for the Masters athletes was indistinguishable from that of the young, sedentary control subjects. Conclusions— A sedentary lifestyle during healthy aging is associated with decreased left ventricular compliance, leading to diminished diastolic performance. Prolonged, sustained endurance training preserves ventricular compliance with aging and may help to prevent heart failure in the elderly.

Background— The purpose of the present study was to determine the role of autonomic neural control of dynamic cerebral autoregulation in humans. Methods and Results— We measured arterial pressure and cerebral blood flow (CBF) velocity in 12 healthy subjects (aged 29±6 years) before and after ganglion blockade with trimethaphan. CBF velocity was measured in the middle cerebral artery using transcranial Doppler. The magnitude of spontaneous changes in mean blood pressure and CBF velocity were quantified by spectral analysis. The transfer function gain, phase, and coherence between these variables were estimated to quantify dynamic cerebral autoregulation. After ganglion blockade, systolic and pulse pressure decreased significantly by 13% and 26%, respectively. CBF velocity decreased by 6% ( P <0.05). In the very low frequency range (0.02 to 0.07 Hz), mean blood pressure variability decreased significantly (by 82%), while CBF velocity variability persisted. Thus, transfer function gain increased by 81%. In addition, the phase lead of CBF velocity to arterial pressure diminished. These changes in transfer function gain and phase persisted despite restoration of arterial pressure by infusion of phenylephrine and normalization of mean blood pressure variability by oscillatory lower body negative pressure. Conclusions— These data suggest that dynamic cerebral autoregulation is altered by ganglion blockade. We speculate that autonomic neural control of the cerebral circulation is tonically active and likely plays a significant role in the regulation of beat-to-beat CBF in humans.

Cardiac muscle adapts well to changes in loading conditions. For example, left ventricular (LV) hypertrophy may be induced physiologically (via exercise training) or pathologically (via hypertension or valvular heart disease). If hypertension is treated, LV hypertrophy regresses, suggesting a sensitivity to LV work. However, whether physical inactivity in nonathletic populations causes adaptive changes in LV mass or even frank atrophy is not clear. We exposed previously sedentary men to 6 ( n = 5) and 12 ( n = 3) wk of horizontal bed rest. LV and right ventricular (RV) mass and end-diastolic volume were measured using cine magnetic resonance imaging (MRI) at 2, 6, and 12 wk of bed rest; five healthy men were also studied before and after at least 6 wk of routine daily activities as controls. In addition, four astronauts were exposed to the complete elimination of hydrostatic gradients during a spaceflight of 10 days. During bed rest, LV mass decreased by 8.0 ± 2.2% ( P = 0.005) after 6 wk with an additional atrophy of 7.6 ± 2.3% in the subjects who remained in bed for 12 wk; there was no change in LV mass for the control subjects (153.0 ± 12.2 vs. 153.4 ± 12.1 g, P = 0.81). Mean wall thickness decreased (4 ± 2.5%, P = 0.01) after 6 wk of bed rest associated with the decrease in LV mass, suggesting a physiological remodeling with respect to altered load. LV end-diastolic volume decreased by 14 ± 1.7% ( P = 0.002) after 2 wk of bed rest and changed minimally thereafter. After 6 wk of bed rest, RV free wall mass decreased by 10 ± 2.7% ( P = 0.06) and RV end-diastolic volume by 16 ± 7.9% ( P = 0.06). After spaceflight, LV mass decreased by 12 ± 6.9% ( P = 0.07). In conclusion, cardiac atrophy occurs during prolonged (6 wk) horizontal bed rest and may also occur after short-term spaceflight. We suggest that cardiac atrophy is due to a physiological adaptation to reduced myocardial load and work in real or simulated microgravity and demonstrates the plasticity of cardiac muscle under different loading conditions.