FULL TEXT - Medycyna Sportowa

ARTYKUŁ ORYGINALNY / ORIGINAL ARTICLE
Zaangażowanie Autorów
A – Przygotowanie projektu
badawczego
B – Zbieranie danych
C – Analiza statystyczna
D – Interpretacja danych
E – Przygotowanie manuskryptu
F – Opracowanie piśmiennictwa
G – Pozyskanie funduszy
Author’s Contribution
A – Study Design
B – Data Collection
C – Statistical Analysis
D – Data Interpretation
E – Manuscript Preparation
F – Literature Search
G – Funds Collection
Medycyna Sportowa / Polish J Sport Med
© MEDSPORTPRESS, 2015; 3(4); Vol. 31, 121-127
DOI: 10.5604/1232406X.1178558
Małgorzata Fortuna1(A,B,D,E,F), Jacek Szczurowski2(B,C,D),
Anna Konieczna-Gorysz3(B,E,F), Iwona Demczyszak4(B,E,F)
1
Wydział Przyrodniczo-Techniczny, Karkonoska Państwowa Szkoła Wyższa, Jelenia Góra, Polska
Instytut Biologii, Zakład Antropologii, Uniwersytet Przyrodniczy, Wrocław, Polska
Katedra Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego, Wrocław, Polska
4
Katedra Fizjoterapii, Uniwersytet Medyczny, Wrocław, Polska
1
Faculty of Natural Science and Technology, Karkonosze College in Jelenia Gora, Poland
2
Institute of Biology, Department of Anthropology, University of Environmental and Life Sciences,
Wroclaw, Poland
3
Faculty of Physiotherapy, University School of Physical Education, Wroclaw, Poland
4
Department of Physiotherapy, Medical University, Wroclaw, Poland
2
3
OCENA ADAPTACJI UKŁADU KRĄŻENIA
W WYSIŁKU TLENOWYM NA PODSTAWIE
ANALIZY ZMIENNOŚCI RYTMU ZATOKOWEGO
U KOBIET W WIEKU 34-36 LAT
EVALUATION OF CIRCULATORY SYSTEM ADAPTATION
IN AEROBIC EXERCISE BASED ON HEART RATE VARIABILITY
IN 34-36 YEARS OLD FEMALES
Słowa kluczowe: układ autonomiczny, HRV, wysiłek fizyczny
Key words: autonomic nervous system, HRV, physical exercise
Streszczenie
Wstęp. Celem pracy była ocena adaptacji układu krążenia na podstawie analizy zmienności rytmu zatokowego w wysiłku tlenowym o różnym poziomie obciążenia.
Materiał i metody. Badaniami objęto 33 kobiety w wieku 34-36 lat. Osoby badane wykonywały dwa rodzaje wysiłków submaksymalnych: marsz na poziomie 30-40% HRmax
oraz bieg 70-80%HRmax. U badanych rejestrowano podczas prób EKG, na podstawie którego analizowano parametry: RMSSD, pNN50%, VLF%, HF%, LF%, LF/HF.
Wyniki. Wszystkie wyniki badań, w porównaniu spoczynku i marszu, wykazały różnice
na wysokim poziomie istotności statystycznej. Wyniki badań uzyskane na podstawie porównania dwóch wysiłków fizycznych o różnych obciążeniach (marszu i biegu) wykazały różnice
istotne statystycznie przy porównaniu parametrów: HRśrednie, RMSSD, pNN50%, LF%.
Wnioski. Wysiłek tlenowy o niewielkim obciążeniu (30-40% HRmax), podobnie jak wysiłek na poziomie 70-80% HRmax, wpływa na korzystne zmiany w rozkładzie napięcia
układu autonomicznego i proces adaptacji układu krążenia do wysiłku fizycznego.
Summary
Word count:
Tables:
Figures:
References:
4741
2
0
11
Background. The goal of the study was an assessment of circulatory system adaptation based on heart rate variability analysis in aerobic exercise with different load levels.
Material and methods. The sample comprised 33 females aged 34-36 years. The
subjects performed two kinds of submaximal exercise, namely: walking with 30-40% HRmax
values and running with 70-80% HRmax values. ECG recording was carried out in the study participants. Based on the obtained values, the following parameters were studied:
RMSSD, pNN50%, VLF%, HF%, LF%, LF/HF.
Results. All the results obtained from the comparison of rest and walking conditions showed differences at high levels of statistical significance. The results obtained from the comparison of two types of physical exercise with different loads (walking and running) showed
statistically significant differences in the HRmean, RMSSD, pNN50% and LF% parameters.
Conclusions. Aerobic exercise with a low load (30-40% HRmax), like exercise performed at the level of 70-80% HRmax favorably affects the changes in the distribution of autonomic nervous system (ANS) tone and the process of circulatory system adaptation to
physical exercise.
Adres do korespondencji / Address for correspondence
Małgorzata Fortuna
Karkonoska Państwowa Szkoła Wyższa w Jeleniej Górze
58-503 Jelenia Góra, ul. Lwówecka 18, tel. +48 601 45 82 18, e-mail: [email protected]
Otrzymano / Received
Zaakceptowano / Accepted
xx.xx.200x r.
xx.xx.200x r.
121
Fortuna M. i wsp. Analiza HRV w wysiłku tlenowym u kobiet
Wstęp
Background
Analiza rytmu zatokowego (HRV) wykonana na
podstawie zapisu elektrokardiograficznego (EKG),
jest jedną z wykorzystywanych metod oceny regulacji układu krążenia. Metodą tą oceniany jest m.in.
wpływ zmienności rozkładu napięcia układu autonomicznego na pracę serca [1]. Zwiększone napięcie
części współczulnej układu autonomicznego działa
chronotropowo i inotropowo na serce oraz obkurcza
łożysko naczyniowe, co powoduje podwyższenie
wartości ciśnienia tętniczego krwi. Zwiększenie napięcia części antagonistycznej ma działanie przeciwne. Na podstawie wielu przeprowadzonych badań
podaje się, że podwyższeniu napięcia części przywspółczulnej towarzyszy zwykle obniżenie aktywności współczulnej i odwrotnie. Wiadome jest, że systematyczny trening tlenowy może korzystnie wpływać
na równowagę współczulno- przywspółczulną, a badanie HRV stanowi podstawową ocenę tej równowagi. Pod wpływem treningu tlenowego można uzyskać
efekt podwyższenia napięcia spoczynkowego części
przywspółczulnej układu autonomicznego, czemu towarzyszy również efekt bradykardii spoczynkowej.
Zgodnie z prawem Franka-Starlinga, następuje poprawa wydolności mięśnia serca i układu naczyniowego, co również przekłada się na lepszą adaptację
układu krążenia podczas obciążeń pracą fizyczną.
Przyczynia się to m.in. do wykonania większej objętości pracy oraz tolerowania głębszych zmian zmęczeniowych [2]. Dowiedziono również, że HRV może
być wykorzystywany jako miernik adaptacji układu
krążenia w treningu fizycznym. Podaje się, że zbyt
małe obciążenie wysiłkiem fizycznym nie wywołuje
istotnych zmian równowagi współczulno-przywspółczulnej, a zbyt duże obciążenie pracą może doprowadzić do nadmiernego długotrwałego pobudzenia
części współczulnej w treningu fizycznym [3]. Właściwą ocenę wpływu obciążenia wysiłkiem fizycznym
na układ autonomiczny utrudnia fakt, że opublikowano stosunkowo niewiele prac na temat wpływu jednorazowego wysiłku o różnych wartościach obciążenia.
Celem pracy była ocena adaptacji układu krążenia na podstawie analizy HRV w wysiłku tlenowym
o różnym poziomie obciążenia.
Analysis of the sinus rhythm (heart rate variability
– HRV), based on the ECG record is one of the
approaches used for the assessment of circulatory
system regulation. The parameters assessed using
this approach include the effect of ANS tone
distribution on heart activity [1]. An increased tone of
the sympathetic component has a chronotropic and
an inotropic effect on the heart and makes the
vascular bed shrink which results in elevated values
of arterial blood pressure. An increased tone of the
antagonist part has an opposite effect. The results of
numerous studies indicate that increases in the tone
of the parasympathetic component are usually
accompanied by decreases in the sympathetic activity. Conversely, increases in the tone of the parasympathetic component are accompanied by decreases in the sympathetic activity. We know that
systematic aerobic training can favorably affect the
sympathetic-parasympathetic balance and HRV
measurement is a basic approach assessing this
balance. Aerobic training can increase the resting
tone of the parasympathetic component of ANS; this
is accompanied by resting bradycardia. According to
Frank-Starling law, the myocardium capacity and the
vascular system improves, which translates into an
improved adaptation of the circulatory system during
physical workload. This contributes, inter alia to performing more work and tolerance to deeper fatiguerelated changes [2]. It has also been proved that
HRV can be used as a measure of adaptation of the
circulatory system in physical training. It is reported
that physical exercises with too low impact do not
cause significant changes of sympathetic-parasympathetic balance while too high impact exercise can
result in excessive long-lasting stimulation of the
sympathetic component during physical training [3].
A proper assessment of the effect of physical exercise load on the ANS is complicated due to the fact
that there are relatively few papers on the effect of a
single exercise with different load values.
The aim of the study was to assess the adaptation
level of the circulatory system based on HRV analysis during aerobic exercise with different load levels.
Materiał i metody
Material and methods
Badaniami objęto 33 kobiety w wieku 34-36 lat.
Warunkiem włączenia do badań był negatywny wywiad chorobowy, nieprzyjmowanie jakichkolwiek leków, prawidłowe wartości spoczynkowe tętna i ciśnienia tętniczego krwi. Żadna z osób zakwalifikowanych
do badań nie uprawiała regularnie aktywności fizycznej
przez ostatni rok czasu. Każda wyraziła zgodę na
udział w badaniach.
Osoby badane wykonywały dwa rodzaje wysiłków
submaksymalnych. Pierwszym z nich był marsz na wyznaczonym dystansie w jak najszybszym tempie, co
zajmowało od 7 do 8 minut, przy średniej wartości tętna
112 bpm [±6]. Drugim rodzajem obciążenia był bieg na
wyznaczonym dystansie, ze stałą ustaloną subiektywnie prędkością, z uzyskaniem stanu równowagi dynamicznej, co zajmowało badanym od 41-44 minut, przy
średniej wartości tętna 165bpm [±4]. Oba rodzaje wysiłków wykonywano w terenie na równej powierzchni. Ujęto je, wykorzystując formułę Karvonena do wyznaczania
stref treningowych, na następujących poziomach:
The sample comprised 33 females aged 34-36
years. The inclusion criteria were: negative history of
diseases, taking no medicines, normal resting values
of pulse rate and arterial blood pressure. None of the
participants selected for the study was involved in
any physical activity on a regular basis during the
recent year. Each subject gave her consent for participation in the study.
The subjects performed two types of submaximal
exercise. The first one involved walking as quickly as
possible at a preset distance, which took from 7 to 8
minutes with the mean HR value of 112 bpm [±6]. The
second kind of exercise load involved running at
a preset distance with the subjectively established
constant velocity, during which the state of dynamic
equilibrium was obtained, lasting from from 41 to 44
minutes, with the mean HR value of 165bpm [±4]. Both
types of exercise were used outdoors on an even
surface. They were used for determining training zones
using Karvonen formula at the following levels:
122
Fortuna M. et al. HRV analysis in in females performing aerobic exercise
1) w pierwszym przypadku – marszu, 30-40% HRmax
2) w drugim przypadku – biegu, 70-80% HRmax.
Formuła Karvonena do wyznaczania stref treningowych wykorzystuje wartość rezerwy tętna (HRR).
HRR jest różnicą między tętnem maksymalnym
(HRmax) a spoczynkową wartością tętna (RHR). HRmax
obliczono z różnicy 220 i wieku podanego w latach.
Poziom intensywności wyznacza się mnożąc wybraną intensywność (np. 70%) przez HRR, a następnie
wynik dodaje się do RHR. Uzyskana wartość tętna stanowi granicę obciążenia wysiłkiem. Według
Karvonena obciążenie do 50% HRmax stanowi
strefę 0. Ćwiczenia w tej strefie opierają się na przemianach tlenowych, mogą być prowadzone w sposób ciągły przez długi czas. Materiał energetyczny
wykorzystywany w tej strefie to głównie WKT. Przy
obciążeniu 70-80% jest to strefa 3, gdzie wyraźnie
zwiększa się adaptacja do wysiłku. Poprawia się wydolność krążeniowo-oddechowa. Energia pochodzi
z metabolizmu glukozy i tłuszczów. Głównym źródłem
energii są przemiany tlenowe [4].
W trakcie 8-10 minut rejestrowano u badanych
EKG spoczynkowe w pozycji siedzącej, następnie rejestracji poddano marsz i bieg. Dane rejestrowano
za pomocą Sport-Testera Polar RS 800 by Polar
Electro Oy Kempele, Finland. Czas rejestracji zapisu
EKG uwzględniał minimalną ilość cykli pracy serca,
niezbędną do właściwej analizy HRV zgodnie ze standardami Europejskiego Towarzystwa Kardiologicznego. Otrzymano z zapisu parametry analizy czasowej
i spektralnej HRV. U badanych oceniano następujące
parametry:
• HRśrednie – średnią wartość częstości pracy serca
podaną w uderzeniach na minutę [bpm];
• RMSSD – pierwiastek kwadratowy ze średniej sumy kwadratów różnic między kolejnymi odstępami RR podany w [ms], jako wskaźnik napięcia
części przywspółczulnej układu autonomicznego;
• pNN50% – liczba odstępów RR różniących się
od poprzedzającego o ponad 50 milisekund, wartość podana w [%], jako wskaźnik napięcia części
przywspółczulnej układu autonomicznego;
• VLF [ms2] – moc widma w zakresie bardzo niskich
częstotliwości 0,003-0,04 Hz, określa wpływ układu renina-angiotensyna-aldosteron;
• LF [ms2] – moc widma w zakresie niskich częstotliwości 0,04-0,15 Hz, określa wpływ części współczulnej;
• HF [ms2] – moc widma w zakresie wysokich częstotliwości 0,15-0,4 Hz, określa wpływ części
przywspółczulnej;
• LF/HF – jako wskaźnik określający równowagę
współczulno-przywspółczulną [5,6].
Istotność różnic wartości średnich określanych parametrów (pomiędzy spoczynkiem, marszem a biegiem) przeanalizowano za pomocą testu t-Studenta
dla grup niezależnych, zakładając istotność na poziomie p<0,05. Obliczeń dokonano za pomocą pakietu
statystycznego Statistica 9.0.
1) in the first case – walking, 30-40% HRmax
2) in the second case – running, 70-80% HRmax.
Karvonen formula, used for determining training
zones, utilizes the values of heart rate reserve
(HRR). HRR is the difference between the maximal
HR value (HRmax) and the resting HR value (RHR).
HRmax was calculated from the difference 220 and
age in years. The level of intensity is determined
using a selected intensity (e.g. 70%) by HRR and the
result is next added to RHR. The obtained value is
the limit of exercise load. According to Karvonen, the
load to 50% HRmax is 0 zone. The exercises in this
zone are based on aerobic transformations and can
be continuously performed for a long time. Free fatty
acids are the main source of energy used in this
zone. With the load of 70-80% it is zone 3 where
adaptation to effort apparently increases. Circulatoryrespiratory capacity improves in this zone. Energy is
taken from glucose and fat metabolism. Aerobic
transformations are the main source of energy [4].
Resting ECG was recorded within 8-10 minutes in
a seated position and next during walking and running.
The data were recorded using Sport-Tester Polar RS
800 device by Polar Electro Oy Kempele, Finland. The
time of ECG record comprised a minimal number of
HR cycles, necessary for a proper HRV analysis
according to the standards of the European Society of
Cardiology. The parameters of time and spectral
analysis of HRV were obtained from the recording.
These parameters are presented below:
• HRmean – the mean HR value in beats per minute
[bpm];
• RMSSD – the square root from the mean sum of
squares corresponding to the differences between
the consecutive intervals expressed in milliseconds; an indicator of tone in the ANS parasympathetic component;
• pNN50% – the number of RR intervals, each differing from the previous one in more than 50 milliseconds, the percentage value being the indicator of the tone in the parasympathetic component of the;
• VLF [ms2] – spectral power within the range of
very low frequencies from 0.003 to 0.04 Hz,
reflecting the effect of the renin-angiotensinaldosterone system;
• LF [ms2] – spectral power within the range of low
frequencies from 0.04-0 to15 Hz, reflecting the
effect of the sympathetic component;
• HF [ms2] – spectral power within the range of high
frequencies from 0.15 to 0.4 Hz, reflecting the
effect of the parasympathetic component;
• LF/HF – the ratio reflecting the sympathetic-parasympathetic balance [5,6].
The significance of the differences in the mean
values of the studied parameters (between the rest,
walking and running conditions) were analyzed using
student’s t-test for independent samples with significance level set at p<0.05. Calculations were made
using Statistica 9.0 package.
Wyniki
Results
W Tab. 1 przedstawiono średnie wartości parametrów HRV, z określeniem poziomu istotności statystycznej porównywanych parametrów uzyskanych
w czasie spoczynku i marszu. W Tab. 2 przedstawio-
Table 1 presents the mean values of HRV parameters with the determined level of statistical significance of the compared parameters, obtained
during rest and walking. Table 2 presents the mean
123
Fortuna M. i wsp. Analiza HRV w wysiłku tlenowym u kobiet
no średnie wartości parametrów HRV, z określeniem
poziomu istotności statystycznej porównywanych parametrów uzyskanych w czasie marszu i biegu.
Wszystkie wyniki badań (w porównaniu spoczynku i marszu) wykazały różnice na wysokim poziomie
istotności statystycznej. Wartości średnie tętna były
wyższe w marszu niż w spoczynku. Parametry analizy czasowej (RMSSD i pNN50%) były wyższe w spoczynku niż podczas wykonywanej pracy. Oceniane
parametry analizy spektralnej (HF% i LF%) wykazały
większe wartości w spoczynku niż podczas marszu.
Wskaźnik LF/HF wykazał wyższe wartości średnie
podczas podejmowanego wysiłku fizycznego niż
w spoczynku. Ostatni z ocenianych parametrów analizy spektralnej VLF% był wyższy podczas marszu
niż w spoczynku. Uzyskane wyniki jednoznacznie
wskazują na podwyższony poziom napięcia części
przywspółczulnej w czasie spoczynku. Podczas marszu nastąpiło przesunięcie się rozkładu napięcia układu autonomicznego w kierunku zwiększonego wpływu
części współczulnej oraz zwiększonego wpływu układu renina-angiotensyna-aldosteron (Tab. 1).
Wyniki badań, uzyskane na podstawie porównania dwóch wysiłków fizycznych o różnych obciążeniach: marszu i biegu, wykazały różnice istotne statystycznie przy porównaniu parametrów: HRśrednie,
RMSSD, pNN50%, LF%. Wartości HRśrednie były wyższe przy wyższym obciążeniu pracą. Parametry
RMSSD i pNN50% były na wyższym poziomie podczas marszu niż w czasie biegu. Wartość analizowanego LF% wykazała wyższy poziom w czasie marszu. Powyższe wyniki wskazują, na podstawie analizy czasowej, na wyższy wpływ części przywspółczulnej przy mniejszym obciążeniu pracą oraz na nieznaczne podniesienie napięcia części współczulnej.
values of HRV parameters with the determined level
of statistical significance of the compared parameters
obtained during walking and running.
All the results obtained from the study (corresponding to the comparison between rest and walking
conditions) showed differences at a high level of
statistical significance. The mean HR values were
higher during walking than during rest. The parameters obtained from the analysis in time domain
(RMSSD and pNN50%) were higher at rest than
during exercise performance. The assessed parameters obtained from spectral analysis (HF% and LF%)
had higher values than during walking. The mean
values of LF/HF ratio were higher during physical
exercise performance than at rest. The last of the
assessed parameters of spectral analysis VLF% was
higher during walking than at rest. The obtained
results definitely indicate elevated levels of tone in
the parasympathetic component during rest. During
walking a shift was noted in tone distribution within
the ANS towards an enhanced effect of reninangiotensin-aldosterone system (Tab. 1).
The study results based on the comparison of the
values obtained from two types of physical exercise
with different load, namely walking and running, showed statistically significant differences in the compared
parameters, such as: HRmean, RMSSD, pNN50% and
LF%. The values of HRmean were higher with higher
loads. RMSSD and pNN50% parameters were higher
during walking as compared with the parameters
obtained during running. The value of the studied
LF% was higher during walking. The values presented above indicate, based on the analysis in time
domain, a greater impact of the parasympathetic
component with a lower load and a slightly increased
Tab. 1. Wyniki statystyczne analizy czasowej i spektralnej zmienności rytmu zatokowego (p<0,001***; p<0,01**; p<0,05*)
Tab. 1. Results of statistical time domain and frequency domain analysis – parameters of heart rate signal (p<0,001***;
p<0,01**; p<0,05*)
Tab. 2. Wyniki statystyczne analizy czasowej i spektralnej zmienności rytmu zatokowego (p<0,001***; p<0,01**; p<0,05*)
Tab. 2. Results of statistical time domain and frequency domain analysis – parameters of heart rate signal (p<0,001***;
p<0,01**; p<0,05*)
124
Fortuna M. et al. HRV analysis in in females performing aerobic exercise
Brak jest natomiast istotnych różnic w rozkładzie napięcia układu autonomicznego oraz wpływie renina-angiotensyna-aldosteron, w porównywanych dwóch
wysiłkach (marsz i bieg), gdzie średnia różnica tętna między tymi próbami wynosiła 53 bpm [2].
tone in the sympathetic component. However, no
significant differences were found in tone distribution
within the ANS and the effect of renin-angiotensinaldosterone system under two compared conditions
(walking and running) where the mean difference in
HR values was 53 bpm [2].
Dyskusja
Discussion
HRV jest nieinwazyjną metodą do oceny adaptacji układu krążenia do wysiłku fizycznego [3,7]. Na
podstawie wielu badań podaje się, że rejestracja następujących po sobie odstępów RR w spoczynku i wysiłku fizycznym, dokonana przy użyciu Sport-Testera
Polar RS 800, może być prostą w zastosowaniu i niedrogą opcją alternatywną w odniesieniu do rejestracji
klasycznego elektrokardiogramu. Porównywano parametry analizy czasowej i spektralnej, rejestrowane
z powyższych dwóch niezależnych źródeł, co wykazało brak istotnych różnic między nimi [8,9,10].
Podaje się, że za małe obciążenie wysiłkiem fizycznym nie wpływa istotnie na zmianę równowagi układu autonomicznego, a zbyt duże obciążenie może
doprowadzić do nadmiernego długotrwałego pobudzenia części współczulnej w treningu fizycznym [2].
Na podstawie uzyskanych i zaprezentowanych powyżej wyników badań można przypuszczać, że nieduże obciążenie wysiłkiem fizycznym (poniżej 40%
HRmax) powoduje istotne zmiany napięcia układu autonomicznego. Przy takiej intensywności pracy następuje przesunięcie się rozkładu napięcia układu
autonomicznego w kierunku zwiększonego wpływu
części współczulnej oraz zwiększonego wpływu układu renina-angiotensyna-aldosteron. Natomiast przedstawiona analiza wyników w wysiłku fizycznym na
poziomie 70-80% HRmax wskazuje na wyższy wpływ
części przywspółczulnej przy mniejszym obciążeniu
pracą oraz prawdopodobnie na nieznaczne podniesienie napięcia części współczulnej przy wyższym obciążeniu. Brak jest natomiast istotnych różnic w rozkładzie napięcia układu autonomicznego oraz wpływie renina-angiotensyna-aldosteron, w porównaniu dwóch
rozpatrywanych wysiłków tlenowych. Podczas analizy
spektralnej w przeprowadzonych badaniach zaobserwowano wzrost parametru LF% wraz ze wzrostem wysiłku fizycznego, co potwierdzają wyniki badań prowadzone przez innych autorów [5]. Pod wpływem wysiłku fizycznego aktywuje się większy wpływ
części współczulnej układu autonomicznego. W dotychczas przeprowadzanych badaniach nie ma natomiast
odniesienia do tego, w jakim stopniu ów wpływ zwiększa się wraz ze wzrostem obciążenia. Nie można tego
odnieść do wartości HR, ponieważ parametr ten nie
jest skorelowany ze zmianami parametrów HRV [6].
Prawdopodobnie różnica regulacji układu krążenia
ze strony układu autonomicznego nie jest tak znacząca między obciążeniami submaksymalnymi: 3040% HRmax i 70-80% HRmax. Większe, bardziej istotne
zmiany we wpływie tego układu nerwowego na układ
krążenia obserwuje się między przejściem ze stanu
spoczynku a wysiłkiem fizycznym, nawet jeśli jest on
na niewielkim poziomie obciążenia. Na tej podstawie
można przypuszczać, że trening tlenowy o niewielkim obciążeniu również wypływa na korzystne zmiany w rozkładzie napięcia układu autonomicznego i procesie adaptacji układu krążenia do wysiłku fizycznego.
Nie wiadomo jak długotrwałe są te zmiany. Na pod-
HRV measurement is a noninvasive method used
to assess the level of adaptation of the circulatory
system to physical exercise [3,7]. Based on the
results obtained from numerous studies it has been
concluded that the record of consecutive RR intervals at rest and during physical exercise using SportTester Polar RS 800 device can be a simple and
nonexpensive alternative to conventional ECG record. The parameters obtained from the analysis
conducted in time domain and spectral domain and
recorded from the above mentioned independent
sources showed no significant differences [8,9,10].
The reference sources report that insufficient physical exercise load does not significantly affect the
changes in ANS balance and excessive load can
lead to excessive, long lasting stimulation of the
sympathetic component in physical training [2].
Based on the results obtained from this study and
presented above we can assume that low exercise
load (below 40% HRmax) causes significant changes
in ANS tone. With such an intensity of workout a shift
occurs towards an enhanced effect of the sympathetic component and renin-angiotensin-aldosterone
system. The presented analysis of the results obtained during physical exercise at the level of 70-80%
HRmax indicates, in turn, an enhanced effect of the
parasympathetic component with a lower load and
probably a slight increase in the tone of the sympathetic component with a higher load. However,
there are no significant differences in the ANS tone
distribution and the effect of renin-angiotensin-aldosterone system as compared with the two studied
forms aerobic exercise. During the analysis in the
spectral domain an increase in LF% parameter was
observed with the increase in physical exercise level,
which is confirmed by the results obtained by other
researchers [5]. Physical exercise results in an enhanced activation of the sympathetic component of
ANS. The studies conducted so far have not examined to what extent this effect is enhanced with load
increase. This cannot be referred to HR values since
this parameter is not correlated with changes in HRV
parameters [6]. Probably the difference in circulatory
system regulation by the ANS is not so significant
between submaximal loads: 30-40% HRmax and 7080% HRmax. More substantial and more significant
changes in the effect of ANS on the circulatory system are observed between the rest and physical
exercise conditions, even when the load level is low.
Based on this finding we can assume that low impact
aerobic exercise also favorably affects the changes
in ANS tone distribution and the process of circulatory system adaptation to physical exercise. The
duration of these changes is unknown. Based on
some of the few studies on this issue it is reported
that 20-minute long physical exercise at the level of
30-40% HRmax enhances the effect of the ANS parasympathetic component, which is maintained for an
125
Fortuna M. i wsp. Analiza HRV w wysiłku tlenowym u kobiet
stawie jednych z nielicznych badań na ten temat podaje się, że wysiłek fizyczny prowadzony przez 20
minut na poziomie 30-40% HRmax powoduje podwyższenie wpływu części współczulnej układu autonomicznego, co utrzymuje się przez godzinę po zakończonym wysiłku [11. Wiele przeprowadzonych badań
wskazuje, że znaczenie składowej HF można lepiej
zrozumieć niż LF. Wielu autorów podkreśla, że na
wielkość mocy LF mają wpływ obie części układu autonomicznego oraz aktywność baroreceptorów, będąca relacją między mocą widma LF i zmiennością
ciśnienia tętniczego krwi. Natomiast moc HF widma
zależy bezspornie od aktywności nerwu błędnego.
Zwiększane napięcie nerwu błędnego prowadzi do
zwolnienia pracy serca, a zmiany adaptacyjne utrwalone na skutek treningu tlenowego prowadzą do
ukształtowania się bradykardii spoczynkowej [5,6].
Na podstawie przeprowadzonych powyżej badań
oraz analizy parametrów HRV uwidacznia się istotna różnica rozkładu napięcia układu autonomicznego
między spoczynkiem a niedużym obciążeniem poniżej 40% HRmax. Porównując obciążenie 30-40% HRmax
oraz 70-80% HRmax różnic istotnych nie odnotowano,
oprócz parametrów dotyczących zwiększonego napięcia części przywspółczulnej (RMSSD i pNN50%)
przy niższym obciążeniu. Wyniki wielu badań potwierdzają, że przy mniejszym obciążeniu fizycznym
jest wyższy poziom wpływu części przywspółczulnej.
Również zaobserwowano istotne podwyższenie mocy LF przy większym obciążeniu, co wskazywałoby na
zwiększony wpływ części współczulnej. Jednak ze
względu na brak istotnych różnic w parametrze LF/HF
oraz ze względu na to, że moc LF jest wskazywana
przez wielu autorów jako składowa wpływu obu części układu autonomicznego, a także z uwagi na fakt
jej zmieniania się pod wpływem baraoreceptorów, nie
można jednoznacznie stwierdzić istotnych różnic
zwiększonego wpływu części współczulnej przy analizowanym w badaniach wyższym obciążeniu.
Na skutek zwiększanego obciążenia prawdopodobnie następuje zwiększanie wpływu części współczulnej przy równoczesnym znoszeniu napięcia części
przywspółczulnej w obszarze wysiłków o charakterze
tlenowym. Natomiast w analizowanych badaniach
dwóch konkretnych obciążeń (marsz i bieg) różnice
te nie są istotne statystycznie. Można przypuszczać,
że oba rodzaje obciążeń mogą korzystnie wpływać
na zmianę rozkładu napięcia układu autonomicznego, a zarazem na zmiany adaptacyjne w układzie
krążenia w wysiłku o charakterze wysiłku tlenowego,
w przedziale obciążeń 30-80% HRmax.
hour after exercise completion [11]. The results of
numerous studies indicate that the significance of HF
component can be better understood than that of LF
component. Many authors stress that the level of LF
power is affected by both ANS components and by
baroreceptor activity which involving the relation
between LF spectral power and variability of arterial
blood pressure. HF spectra power in turn, depends
beyond doubts on vagal activity. An increase in vagal
tone lead to HR slowing and the adaptive changes
strengthened due to aerobic training lead to the development of resting bradycardia [5,6]. Based on the
reported study and the analysis of HRV parameters,
a significant difference can be observed in the ANS
tone distribution between rest and low exercise load
below 40% HRmax. The comparison of load levels of
30-40% HRmax and 70-80% HRmax did not show any
significant differences except these noted in the parameters reflecting an increased tone of the
parasympathetic component (RMSSD and pNN50%)
and with lower load. The results of many studies
confirm the finding that the lower the load, the higher
is the impact of the parasympathetic component. Besides, a significant increase was noted in LF power
with higher load levels, which is indicative of an enhanced effect of the sympathetic component. Since
there are no significant differences in LF/HF parameter and LF power is indicated by many authors as
the component of the influence of both ANS parts,
and also due to the fact that this component changes
under influence of baroreceptors, we cannot definitely state that there are significant differences in
the effect of the sympathetic component with a higher
load levels analyzed in this study. The increased load
probably results in an enhanced effect of the sympathetic component and tone decrease in the parasympathetic component during aerobic exercise performance. In the reported study involving the analysis
of two specific kinds of load (walking and running),
the differences are statistically insignificant. We can
assume that both kinds of load may favorably affect
changes in ANS tone distribution and, at the same
time, adaptive changes in the circulatory system
during aerobic exercise with load ranging from 30 to
80% HRmax.
Wnioski
Conclusions
Wysiłek tlenowy o niewielkim obciążeniu (30-40%
HRmax), podobnie jak wysiłek na poziomie 70-80%
HRmax, wpływają na korzystne zmiany w rozkładzie
napięcia układu autonomicznego i proces adaptacji
układu krążenia do wysiłku fizycznego.
Aerobic exercise with low load (30-40% HRmax),
similarly to exercise at the level of 70-80% HRmax, favorably affects the changes in ANS tone distribution
and the process of circulatory system adaptation to
physical exercise.
Piśmiennictwo/References
1. Huikuri HV, Mäkikallio T, Airaksinen KE, et al. Measurement of Heart Rate Variability: A Clinical Tool or a Research
Toy? JACC 1999; 34 (7): 1878-83.
2. Raczak G, Ratkowski W, Szwoch M, et al. Wpływ niewielkiego wysiłku fizycznego na czynność autonomicznego
układu nerwowego zdrowych osób w młodym wieku. Folia Cardiol 2003; 10 (2): 195-201.
126
Fortuna M. et al. HRV analysis in in females performing aerobic exercise
3. Fortuna M, Szczurowski J, Kołcz-Trzęsicka A. Ocena adaptacji układu krążenia na podstawie analizy zmienności
rytmu zatokowego u kobiet w wieku 40-58 lat. Fizjoterpia Polska 2011; 11 (4): 375-80.
4. Zatoń M, Jastrzębska A (red.) Testy fizjologiczne w ocenie wydolności fizycznej. Warszawa: PWN; 2010.
5. Pawlak-Buś K, Kołodziejczyk-Feliksik M, Czerwiński-Mazur P, et al. Zmienność rytmu zatokowego – interpretacja
patofizjologiczna i metodologia pomiarów. Folia Cardiol 2003; 10 (6): 719-26.
6. Acharya UR, Joseph KP, Kannathal N, Min Lim C, Suri JS. Heart rate variability: a review. Med Biol Eng Comput
2006; 44: 1031-51.
7. Fortuna M, Demczyszak I, Szczurowski J, Konieczna-Gorysz A. Zastosowanie HRV do oceny wydolności układu
krążenia w grupie kobiet i mężczyzn w przedziale wieku 70-85 lat [in Polish]. The use of HRV to assess cardiovascular capacity in group of women and men in the age range 70-85 years old. [In:] Uchmanowicz I, Rosińczuk
J, Jankowska-Polańska B (eds.) Badania naukowe w pielęgniarstwie i położnictwie. Tom I. Wrocław: Continuo;
2014. p. 63-9.
8. Nunan D, Jakovljevic DG, Donovan G, Hodges LD, Sandercock GRH, Brodie DA. Levels of agreement for RR
intervals and short-term heart rate variability obtained from the Polar S810 and an alternative system. Eur J Appl
Physiol 2008; 103: 529-37.
9. Weippert M, Kumar M, Kreuzfeld S, Arndt D, Rieger A, Stoll R. Comparison of three mobil devices for measuring
R-R intervals and heart rate variability: Polar S810i, Suunto t 6 and an ambulatory ECG system. Eur J Appl Physiol
2010; 10(4): 779-86.
10. Vanderlei LC, Silva RA, Pastre CM, Azevedo FM, Godoy MF. Comparison of the Polar S810i monitor and the ECG
for the analysis of heart rate variability in the time and frequency domains. Braz J Med Biol Res 2008; 41 (10):
854-9.
11. James DV, Reynolds LJ, Maldonado-Martin S. Influence of the duration of a treadmill walking bout on heart rate
variability at rest in physically active women. J Phys Act Health 2010; 7 (1): 95-101.
127