FULL TEXT - Medycyna Sportowa

Transkrypt

115 Danilowicz1:Layout 1 2013-04-26 11:51 Strona 1
Medycyna Sportowa / Polish J Sport Med
© MEDSPORTPRESS, 2013; 1(4); Vol. 29, 45-53
DOI: 10.5604/1232406X.1046807
KRÓTKIE DONIESIENIE / SHORT REPORT
Zaangażowanie Autorów
A – Przygotowanie projektu
badawczego
B – Zbieranie danych
C – Analiza statystyczna
D – Interpretacja danych
E – Przygotowanie manuskryptu
F – Opracowanie piśmiennictwa
G – Pozyskanie funduszy
Ludmiła Daniłowicz-Szymanowicz1(B,C,D,E,F,G),
Wojciech Ratkowski2(A,D,E), Karolina Dorniak3(E,F),
Monika Uszyńska1(B), Grzegorz Raczak1(A,B,D,E,F,G)
Author’s Contribution
A – Study Design
B – Data Collection
C – Statistical Analysis
D – Data Interpretation
E – Manuscript Preparation
F – Literature Search
G – Funds Collection
WPŁYW KONTROLOWANEGO ODDECHU
NA PARAMETRY KRÓTKOOKRESOWEJ
AKTYWNOŚCI AUTONOMICZNEGO UKŁADU
NERWOWEGO NA PODSTAWIE BADANIA
SPORTOWCÓW UPRAWIAJĄCYCH SPORT
W ZAKRESIE AMATORSKIM UCZESTNICZĄCYCH
W BIEGU NA 100 KM
1
Klinika Kardiologii i Elektroterapii, Gdański Uniwersytet Medyczny
Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu, Gdańsk
Zakład Diagnostyki Chorób Serca, Gdański Uniwersytet Medyczny, Gdańsk
1
Department of Cardiology and Electrotherapy, Medical University of Gdańsk, Poland
2
Academy of Physical Education and Sport in Gdańsk, Poland
3
Department of Noninvasive Cardiac Diagnostics, Medical University of Gdańsk, Poland
2
3
THE EFFECT OF CONTROLLED BREATHING ON SHORT-TERM
CARDIAC AUTONOMIC ACTIVITY IN AMATEUR ATHLETES
TAKING PART IN A 100 KM RUN
Słowa kluczowe: autonomiczny układ nerwowy, wysiłek fizyczny, sportowcy
Key words: autonomic nervous system, physical exertion, athletes
Streszczenie
Wstęp. Monitorowanie aktywności autonomicznego układu nerwowego (ANS- autonomic nervous system) u osób poddawanych intensywnym obciążeniom fizycznym ma duże znaczenie praktyczne. Podczas takiego monitorowania należy pamiętać, że poszczególne parametry aktywności ANS
mogą być istotnie zależne od stanu badanej osoby, metodyki oraz warunków laboratoryjnych badania. Dlatego standaryzacja metodologii badań nad czynnością ANS byłaby pożądana także z praktycznego punktu widzenia. Celem pracy była ocena wpływu kontrolowanego oddechu o częstotliwości 0,23 Hz na poszczególne parametry ANS u sportowców uprawiających sport w zakresie amatorskim uczestniczących w biegu na 100 km.
Materiał i metody. Do badania włączono 7 sportowców w wieku 42 ± 15 lat. U każdej osoby oceniano wrażliwość baroreceptorów tętniczych (baroreflex sensitivity- BRS) oraz poszczególne parametry
zmienności rytmu serca (heart rate variability- HRV) na podstawie 10-minutowych nieinwazyjnych rejestracji podczas spontanicznego oddychania (REC) oraz oddechu kontrolowanego (RC) o częstości 0,23
Hz. Parametry BRS oraz HRV, jak również średnią długość cyklu serca mierzono dwukrotnie u każdego
zawodnika: w dniu poprzedzającym bieg na 100 km (Rejestracja 1) oraz następnego dnia po zawodach
(Rejestracja 2).
Wyniki. W czasie RC obserwowano wzrost względnej mocy widma w zakresie wysokich częstotliwości (normalized high frequency power- HFnu) oraz obniżenie względnej mocy widma w zakresie niskich częstotliwości (normalized low frequency power- LFnu) oraz obniżenie ilorazu LF do HF (LF/HF),
bez istotnych zmian w zakresie średnich wartości BRS.
Wnioski. W badanej grupie sportowców oddech kontrolowany o częstości 0,23 Hz w sposób
istotny zmieniał niektóre parametry krótkookresowej analizy HRV, nie wpływając na BRS. Może to
mieć znaczenie praktyczne dotyczące wyboru metodyki oceny ANS.
Summary
Word count:
Tables:
Figures:
References:
6267
3
0
24
Background. Autonomic nervous system (ANS) activity monitoring in individuals undertaking
strenuous exercise is important from the clinical point of view. It should be taken into consideration
that some ANS parameters can be particularly depenedent on additional factors such as clinical
status of the examinee, testing methodology and laboratory environment. Hence, the issue of standardisation of the ANS testing methodology is very important for clinical reasons. The aim of the study
was to assess the impact of the controlled breathing at 0,23 Hz on ANS parameters in amateur
athletes taking part in a 100 km run.
Material and Methods. In 7 athletes (aged 42 ± 15 years) the assessment of mean heart period,
as well as baroreflex sensivity (BRS) and heart rate variability (HRV) analyses, were performed twice:
on the day before the 100 km run (Recording 1) and one day after the run (Recording 2). BRS and
HRV analyses were based on 10-minute arterial blood pressure and HP recordings with spontaneous
breathing (REC) and with breathing controlled at 0,23 Hz (RC).
Results. Under controlled breathing, normalized high frequency power (Hfnu) increased,
whereas normalized low frequency power (Lfnu) and ratio LF to HF (LF/HF) decreased, without any
changes in BRS. No differences were found with regard to measured parameters in Recording 2
when compared to Recording 1, independent of methodology (REC vs RC).
Conclusions. The controlled breathing at 0,23 Hz significantly alters the short-term HRV parameters, showing no effect on BRS values. These results can be of practical importance while selecting appropriate methods for short- term ANS assessment.
Adres do korespondencji / Address for correspondence
dr med. Ludmiła Daniłowicz-Szymanowicz
Klinika Kardiologii i Elektroterapii Serca, Gdański Uniwersytet Medyczny
80-951 Gdańsk, ul. Dębinki 7, tel.: (58) 349-39-10, fax: (58) 349-39-20, e-mail: [email protected]
Otrzymano / Received
Zaakceptowano / Accepted
13.05.2012 r.
02.02.2013 r.
45
Daniłowicz-Szymanowicz L. i wsp., Kontrolowany oddech a zmiany układu autonomicznego
Wstęp
Background
Monitorowanie aktywności autonomicznego układu nerwowego (ANS – autonomic nervous system)
u osób poddawanych intensywnym obciążeniom fizycznym posiada niezwykle ważne znaczenie praktyczne. O ile wysiłki o umiarkowanej intensywności
prowadzą do korzystnego, z klinicznego punktu widzenia, wzmożenia napięcia układu przywspółczulnego [1-4], to istotne zwiększenie intensywności wykonywanych obciążeń powodować może przesunięcie
równowagi autonomicznej w stronę dominacji współczulnej utrzymującej się przez wiele godzin po zaprzestaniu wysiłku [5-11]. Stan taki, w przeciwieństwie do
dominacji przywspółczulnej, może wywierać niekorzystne proarytmiczne działanie na serce [2]. A więc
monitorowanie aktywności układu wegetatywnego
u osób poddawanych nadmiernym obciążeniom fizycznym mogłoby pomóc w wykrywaniu tych zmian.
Do znanych parametrów aktywności ANS należą
wrażliwość odruchu z baroreceptorów tętniczych
(BRS – baroreflex sensitivity) oraz zmienność rytmu
zatokowego serca (HRV- heart rate variability). W badaniach dużych grup, tak jak to może mieć miejsce
w odniesieniu do osób poddawanych obciążeniom fizycznym, godnym polecenia jest pomiar BRS i HRV
oparty o krótkookresowe rejestracje skurczowego ciśnienia krwi oraz długości cyklu serca. Należy zwrócić uwagę, że parametry te są istotnie zależne od warunków laboratoryjnych badania, jak również czynników środowiskowych i emocjonalnych badanej osoby
[12-14]. Ponadto, znany jest wpływ częstotliwości oddechu pacjenta na wybrane parametry krótkookresowej rejestracji ANS
Celem pracy była ocena wpływu kontrolowanego
oddechu o częstotliwości 0,23 Hz na BRS oraz parametry krótkookresowej HRV u sportowców uprawiających sport w zakresie amatorskim, uczestniczących
w biegu na 100 km.
Non-invasive monitoring of the autonomic nervous
system (ANS) activity in persons undergoing strenuous physical exercise is of great practical importance. While moderate exercise leads to beneficial
increase of parasympathetic activity [1-4], further increase of exercise intensity promotes a shift of the
balance toward the sympathetic predominance, which
can persist for many hours after exercise cessation
[5-11]. Such situation, contrary to parasympathetic
predominance, can have unfavorable proarrhythmic
effect on the heart [2]. Hence, ANS monitoring in
individuals undertaking strenuous exercise could
potentially help to detect these alterations.
Baroreflex sensitivity (BRS) and heart rate variability (HRV) analyses based on short – term recording of systolic blood pressure (SBP) and heart period
(HP), are recommended for larger study populations,
for example, groups of individuals undertaking physical training. It should be underlined, however, that
these parameters are sensitive to clinical and emotional status of the examinee, as well as to laboratory
conditions, including the breathing frequency of
a studied person [12-14].
The aim of the study was to assess the influence
of controled breathing (at 0,23 Hz) on the BRS and
HRV parameters in amateur athletes undertaking a
100 km run.
Materiał i metody
Material and methods
Badane osoby oraz protokół
Badaniem objęto 7 zdrowych mężczyzn, w średnim wieku 42±15 lat, amatorsko trenujących biegi
długodystansowe. Staż treningowy badanych osób
wynosił od 2 lat u najmłodszych i sięgał 23 lat u dwóch
najstarszych osób. Zawodnicy regularnie startowali
w zawodach w biegach ulicznych, w półmaratonie
i maratonie. Bieg na 100 km (przynajmniej jeden raz)
ukończyło 4 zawodników.
Wszyscy zawodnicy trenowali według następującego planu treningowego:
– 6 miesięcy przed startem w zawodach: bieganie 5
– 6 razy w tygodniu (dystans 50 – 90 km / tydzień)
– 6 tygodni przed startem: dystans biegania 100
– 120 km / tydzień przy tej samej częstotliwości
treningów
– ostatnie 7-10 dni przed startem: bieganie 4 razy
w tygodniu, dystans 50- 70 km / tydzień. Tempo
biegu na wszystkich treningach wynosiło od 4 min.
55 s do 5 min 40 s na 1 km.
U każdego z zawodników wykluczono jakąkolwiek
chorobę w wywiadzie, jak również obciążający wywiad rodzinny. Bezpośrednio przed zaplanowanymi
w pracy badaniami u żadnej z badanych osób nie
stwierdzono subiektywnych ani obiektywnych cech
Study group and the protocol
Seven healthy men aged 42 ± 15 years, amateur
long-distance runners, were included in the study.
The training experience spanned from 2 years in the
youngest to 23 years in the two eldest participants.
The runners had been participating in street running
competitions, half-marathons and marathons on a regular basis. Four of the runners had previously completed a 100 km run at least once. The training regimen of all the runners was as follows:
– from 6 months prior to the competition: running
5-6 times/week, 50-90 km/week
– from 6 weeks prior to the competition: running
distance 100-120 km/week with the same training
frequency
– the last 7-10 days prior to the competition:
running 4 times a week, 50-70 km/week.
The pace of running during training sessions ranged from 4 min 55 s to 5 min 40 s per 1 km. History
of any disease or significant family history were excluded in all the participants. Immediately before the
recordings, no subjective or objective features of any
disease (cardiovascular disease in particular) and no
symptoms or signs of infection, were noted. None of
the participants took any drugs or used any substan-
46
Daniłowicz-Szymanowicz L. et al., Autonomic dynamics following regular breathing
jakiejkolwiek choroby, szczególnie w zakresie chorób
układu krążenia, jak również cech infekcji. Żadna
z badanych osób nie przyjmowała jakichkolwiek leków oraz używek (tytoń, alkohol). Dodatkowo w EKG
stwierdzano prawidłowy rytm zatokowy. Każdy zawodnik wyraził pisemną zgodę na wzięcie udziału
w badaniu.
Bieg na 100 km rozgrywany był na płaskiej asfaltowej trasie bez atestu. Każdy zawodnik musiał pokonać 28 pełnych okrążeń (pętla 3,5 km) plus 2 km.
Przed zawodami u żadnego z zawodników nie stwierdzono klinicznych cech przetrenowania (brak obiektywnych cech zmęczenia uniemożliwiających wzięcie
udziału w zawodach, spadek formy sportowej, większe niż normalnie zmęczenie podczas treningów poprzedzających start w zawodach, zaburzenia snu,
apatia).
Badania czynności ANS zaplanowane w protokole pracy u każdego zawodnika wykonywano: w dniu
poprzedzającym zawody w godzinach od 8 a. m.
do 12. a. m. (Rejestracja 1) oraz następnego dnia po
zawodach w godzinach od 8 a. m. do 12. a. m. (Rejestracja 2). Przerwa od ostatniego treningu do Rejestracji 1 była większa niż 24 godziny, jak również po
dokonaniu Rejestracji 1 (w dniu przed startami) żaden z zawodników już nie miał treningu.
ces (such as nicotine or alcohol). Prior to the competition, none of the runners demonstrated clinical signs
of overtraining (lack of subjective signs of fatigue that
would prohibit participation in the competition, a decrease in physical performance, excessive fatigue
during training sessions preceding the competition,
sleeping disorders, apathy). Additionally, normal sinus rhythm was confirmed on standard ECG.
The 100 km run was held on a flat, non-attested
asphalt route. Each runner had to complete 28 full
laps (3.5 km each) plus an additional 2 km. Functional assessment of ANS, as scheduled in the study
protocol, was performed twice: between 8 a.m. and
12 a.m. the day before the competition (Recording 1),
and between 8 a.m. and 12 a.m. one day after the
run (Recording 2). The interval between the last training session and Recording 1 exceeded 24 hours. Also, there were no training sessions between Recording 1 and the competition.
Ocena parametrów ANS
Badane osoby powstrzymywały się przynajmniej
przez 4 godziny od posiłku oraz 24 godziny od picia
kawy. Rejestracje skurczowego ciśnienia krwi (SAPsystolic arterial pressure) i długości cyklu serca (HPheart period) wykonywane były według szczegółowo
zaplanowanego protokołu w wyciszonym pomieszczeniu, u zrelaksowanego pacjenta leżącego na wznak
z lekko uniesioną głową (o 30°). Po 15-minutowym
ustabilizowaniu się SAP i HP w pozycji leżącej badanej osoby, dwukrotnie przeprowadzano właściwe
10-minutowe rejestracje powyższych sygnałów: w czasie spontanicznego oddechu badanego sportowca
(REC), a następnie w czasie oddechu kontrolowanego (RC) o częstości 0,23 Hz, sterowanego głosem z taśmy magnetofonowej nagranej za pomocą programu
komputerowego. Na podstawie dokonanych rejestracji
dokonywano analizy poszczególnych parametrów
ANS (BRS i HRV). Do oceny parametrów ANS użyto
powszechnie zalecanego i używanego w renomowanych ośrodkach sprzętu [2,15,16]. Ciągły (beat- to-beat) pomiar SAP drogą nieinwazyjną dokonywano za
pomocą aparatu FINAPRES (firmy Ohmeda) z użyciem
mankietu nakładanego na środkowy paliczek trzeciego palca prawej ręki. Pomiar HP wykonywano przy
użyciu aparatu MINGOGRAF 720C. Funkcję self-adjustment aparatu FINAPRES wyłączano bezpośrednio przed dokonywaniem właściwego zapisu, następnie włączano ją ponownie w celu rekalibracji aparatu
po zakończeniu każdej rejestracji. Otrzymane w czasie rejestracji analogowe sygnały SAP i HP przetwarzano oraz synchronizowano za pomocą konwertera
analogowo-cyfrowego z częstością próbkowania 250
Hz, a następnie przekazywano do komputera z oprogramowaniem POLYAN, umożliwiającym obliczenie
poszczególnych wskaźników BRS i HRV [15]. Rozdzielczość dla sygnału częstości akcji serca równą 1
ms osiągnięto stosując algorytm liniowej interpolacji.
Przy ocenie BRS, z dokonanej rejestracji w pierwszej
kolejności usuwano pobudzenia przedwczesne oraz
ANS parameters
The participants were asked to abstain from eating for at least 4 hours and from drinking coffee for at
least 24 hours before the examination. The recordings of systolic arterial pressure (SAP) and heart period (HP) were taken in a quiet room, with the patient
relaxed in the supine position and with the head
slightly elevated (30°).
Following 15-minute stabilization period of SAP
and HP, the proper 10-minute recordings of these
signals were performed twice: during spontaneous
breathing and with breathing controlled at 0,23 Hz by
tape-recorded and digitally processed voice commands. The predefined ANS indices were subsequently analyzed based on these recordings, with use of
equipment recommended by several renowned centers [2,15,16]. Continuous (beat-to-beat) non-invasive
measurements of SAP were taken with FINAPRES
device (Ohmeda) with the pressure cuff wrapped
around the middle phalanx of the third finger of the
right hand. HP was measured with MINGOGRAF 720C
device. The self-adjustment function of the FINAPRES device was switched off immediately before
the actual measurements and switched on after completing each measurement in order to recalibrate the
device. The analogue SAP and HP signals were then
converted and synchronized with analogue-digital
converter at 250 Hz sampling frequency and transmitted to a computer with POLYAN software to calculate the BRS and HRV indices [15]. A 1 ms resolution of heart rate signaling was obtained using
a linear interpolation algorithm. All premature beats
and trends were removed from the recording prior to
BRS analysis. Then, a stable part of SAP and HP
recording, lasting at least 240 seconds, was selected. BRS index was calculated automatically in order
to reduce the subjectivity of the analysis. Its value
was determined based on the spectral analysis of
spontaneous variability of the SAP and HP using
Blackman-Tukey algorithm with a 0.03 Hz bandwidth
47
trendy. Następnie wybierano do analizy fragment stacjonarnego zapisu SAP i HP o czasie trwania nie
krótszym niż 240 sekund. BRS oceniano w sposób
automatyczny, co ograniczało subiektywizm badania.
Wartość wskaźnika BRS mierzono na podstawie
spektralnej analizy spontanicznej zmienności SAP
i HP za pomocą algorytmu Blackmana-Tukeya, wykorzystując okna Parzena o szerokości 0,03 Hz, jako
średnią wartość modułu funkcji przejścia (TF – transfer
function) w zakresie częstotliwości 0,04-0,15 Hz używając do obliczenia wszystkich punktów krzywych
SAP i HP, bez względu na wielkość oraz zmienność
koherencji [16]. Wynik badania BRS przedstawiano
w milisekundach na mmHg (ms/mmHg).
W badaniu krótkookresowej HRV uwzględniano
następujące parametry [17]:
• SDNN – odchylenie standardowe od średniej wartości wszystkich odstępów RR rytmu zatokowego
(ms)
• rMSSD – pierwiastek kwadratowy ze średniej sumy kwadratów różnic między kolejnymi odstępami RR (ms)
• pNN50 – odsetek różnic między kolejnymi odstępami RR przekraczających 50 ms (%)
• LFnu (normalized LF power) – względna moc widma w zakresie niskich częstotliwości 0,04-0,15 Hz,
wyrażona w jednostkach znormalizowanych (NU)
• HFnu (normalized LF power) – względna moc
widma w zakresie wysokich częstotliwości 0,150,4 Hz, wyrażona w jednostkach znormalizowanych (NU)
• LF/ HF – iloraz LF do HF.
Badania powyższe wykonywano w ramach szerszego programu badań oceniających wpływ wysiłku
fizycznego na aktywność ANS. Na prowadzenie takiego programu uzyskano zgodę Niezależnej Komisji
Bioetycznej do Spraw Badań Naukowych przy Gdańskim Uniwersytecie Medycznym.
Parzen window, as the average modulus of the transfer function in the 0.04-0.15 Hz range; the calculation
was based on all points of SAP and HP curves,
irrespective of the coherence magnitude and variability [16]. The results of BRS were expressed as milliseconds per mmHg (ms/mmHg).
The following parameters were analyzed during
short-term HRV examination [17]:
• SDNN – standard deviation of the average R-R
intervals of the sinus rhythm (ms);
• rMSSD – square root of the mean squared difference of successive R-R intervals (ms);
• pNN50 – proportion of successive R-R intervals
that differ by more than 50 ms (%);
• LFnu (normalized LF power) – relative spectral
power in low-frequency range (0.04-0.15 Hz) expressed by normalized units (NU);
• HFnu (normalized LF power) – relative spectral
power in high-frequency range (0.15-0.4 Hz) expressed by normalized units (NU);
• LF/HF – LF to HF ratio.
The study was carried out as a part of a wider research program assessing physical exercise effects
on ANS activity. The research protocol was approved
by the Independent Review Board of Medical University of Gdańsk. Written informed consent was obtained from all the participants.
Analiza statystyczna
Do analizy statystycznej użyto programu komputerowego STATISTICA 6,0. Porównanie poszczególnych parametrów przed (Rejestracja 1) i po teście
wysiłkowym (Rejestracja 2) dokonywano za pomocą
testu nieparametrycznego dla zmiennych zależnych
(test kolejności par Wilcoxona), porównanie parametrów ocenianych w trakcie oddechu spontanicznego
oraz kontrolowanego wykonano za pomocą testu
nieparametrycznego dla zmiennych niezależnych
(test Manna – Whitney’a). Wszystkie dane prezentowano jako wartość średnia ± odchylenie standardowe (mean ± SD). Wartość p±0,05 uznawano za istotną statystycznie.
Statistical analysis
Statistical analysis was performed with STATISTICA 6.0 software. Pre- (Recording 1) and postexercise (Recording 2) values of all parameters were
compared with a non-parametric test for paired data
(Wilcoxon signed-rank test). The parameters obtained during controlled vs spontaneous breathing were
assessed with a non-parametric test for unpaired
data (Mann-Whitney test). All variables were presented as arithmetic means ± standard deviations (mean
± SD). A value of p ≤ 0.05 was considered statistically
significant.
Wyniki
Results
Start do biegu nastąpił o godzinie 7.00. Temperatura w momencie startu wynosiła +13ºC, w trakcie biegu wzrosła do +17ºC, zachmurzenie było duże, wiatr
słaby, nieutrudniający biegu. Wszyscy badani sportowcy ukończyli bieg. Dystans 100 km był pokonany przez
wszystkich zawodników w czasie 614 ± 45 minut (zakres od 567 do 692 minut). Dane dotyczące częstości akcji serca oraz skurczowego ciśnienia krwi badanych zawodników przedstawiono w Tabeli 1.
The run started at 7.00 am. The air temperature
was +13ºC at start and increased to +17ºC during the
run; the sky was overcast and a weak wind was
present, although it did not impede the run. All the
athletes completed the 100 km distance in an average time of 614 ± 45 minutes (range of 567 to 692
minutes). Statistical characteristics of the participants’
heart rate and systolic blood pressure are summarized in Table 1.
48
Tab. 1. Parametry częstości akcji serca oraz skurczowego ciśnienia badanych sportowców. Dane przedstawione są
jako mean ± SD oraz wartości minimalne (Min) oraz maksymalne (Max)
Tab. 1. Heart rate and systolic blood pressure in the study group. Data presented as mean ± SD (standard deviation),
minimum (Min) and maximum values (Max)
Ocena parametrów ANS
U wszystkich sportowców uzyskano diagnostyczne wyniki mierzonych w pracy parametrów ANS w rejestracjach 1 i 2. Rejestracja 2 odbyła się w okresie
od 13 do 15 godzin od zakończenia startu (w zależności od czasu zakończenia biegu przez poszczególnych zawodników).
Oceniając wpływ oddechu kontrolowanego w porównaniu do oddechu spontanicznego na oceniane
parametry, stwierdzono (Tabela 2 i 3):
– trend w kierunku większej wartości wskaźnika HFnu
(p = 0,05 w Rejestracji 1 oraz p = 0,09 w Rejestracji 2)
– trend w kierunku mniejszej wartości wskaźnika
LFnu (p = 0,05 w Rejestracji 1 i p = 0,09 w Rejestracji 2).
– trend w kierunku mniejszej wartości ilorazu LF/
HF (p = 0,05 w Rejestracji 1 oraz p = 0,09 w Rejestracji 2)
Należy zwrócić uwagę, że podane kierunki zmian
w zakresie parametrów HRV obserwowano u wszyst-
ANS assessment
Diagnostic results of the ANS indices were
obtained in all the athletes in both Recordings (1 and
2). Recording 2 was done within 13-15 hours from
the start (depending on the time of completing the run
by each of the participants).
The controlled vs spontaneous breathing effects
on the study parameters were as follows (Tables 2
and 3):
• a trend toward higher HFnu values (p = 0,05 in
Recording 1 and p = 0,09 in Recording 2)
• a trend toward lower LFnu values (P = 0,05 in
Recording 1 and P = 0,09 in Recording 2)
• a trend toward lower LF/ HF ratio (P = 0,05 in
Recording 1 and P = 0,09 w Recording 2)
It should be noted, that these directions of the
HRV changes were observed in all the study individuals, however, the range varied: from 1 to as high
as 70 NU for HFnu, from 1 to 68 NU for LFnu and
from 0,05 to 4 for LF/ HF ratio.
Tab. 2. Średnie wartości HP oraz parametry BRS i HRV przed zawodami (Rejestracja 1) oraz następnego dnia po
zawodach (Rejestracja 2) mierzone w czasie spontanicznego oddychania. Dane przedstawione są jako mean ± SD,
n – liczba badanych zawodników. Mean HP – średnia długość cyklu serca, BRS – wrażliwość odruchu z baroreceptorów tętniczych, HRV – zmienność rytmu zatokowego serca, SDNN – odchylenie standardowe od średniej wartości
wszystkich odstępów RR rytmu zatokowego; RMSSD – pierwiastek kwadratowy ze średniej sumy kwadratów różnic
między kolejnymi odstępami RR; pNN50 – odsetek różnic między kolejnymi odstępami RR przekraczających 50 ms;
LFnu – względna moc widma w zakresie niskich częstotliwości 0,04-0,15 Hz wyrażona w jednostkach znormalizowanych; HFnu – względna moc widma w zakresie wysokich częstotliwości 0,15-0,4 Hz, wyrażona w jednostkach
znormalizowanych; LF/ HF – iloraz LF do HF
Tab. 2. Mean HP, BRS and HRV parameters prior to the competition (Recording 1) and the day after (Recording 2)
measured during spontaneous breathing. Data expressed as mean ± SD (standard deviation), n- number of studied
subjects. Mean HP – mean heart period, ms; BRS – baroreflex sensitivity, ms/mmHg, HRV parameters: SDNN
(standard deviation of the average R-R intervals of the sinus rhythm, ms); rMSSD (square root of the mean squared
difference of successive R-R intervals, ms); pNN50 (proportion of successive R-R intervals that differ by more than
50 ms, %); LFnu (relative spectral power in low-frequency range (0.04-0.15 Hz) expressed by normalized units, NU);
HFnu (relative spectral power in high-frequency range (0.15-0.4 Hz) expressed by normalized units, NU); LF/HF (LF
to HF ratio)
49
Tab. 3. Średnie wartości HP oraz parametry BRS i HRV przed zawodami (Rejestracja 1) oraz następnego dnia po
zawodach (Rejestracja 2) mierzone w czasie oddecho kontrolowanego o częstości 0,23 Hz. Dane przedstawione są
jako mean ± SD, n – liczba badanych zawodników. Mean HP – średnia długość cyklu serca, BRS – wrażliwość
odruchu z baroreceptorów tętniczych, HRV – zmienność rytmu zatokowego serca, SDNN – odchylenie standardowe
od średniej wartości wszystkich odstępów RR rytmu zatokowego; RMSSD – pierwiastek kwadratowy ze średniej sumy
kwadratów różnic między kolejnymi odstępami RR; pNN50 – odsetek różnic między kolejnymi odstępami RR przekraczających 50 ms; LFnu – względna moc widma w zakresie niskich częstotliwości 0,04-0,15 Hz wyrażona
w jednostkach znormalizowanych; HFnu – względna moc widma w zakresie wysokich częstotliwości 0,15-0,4 Hz,
wyrażona w jednostkach znormalizowanych; LF/ HF – iloraz LF do HF
Tab. 3. Mean HP, BRS and HRV parameters prior to the competition (Recording 1) and the day after (Recording 2)
measured during controlled breathing at 0.23 Hz. Data expressed as mean ± SD (standard deviation), n – number of
studied subjects. Mean HP – mean heart period, ms; BRS – baroreflex sensitivity, ms/mmHg, HRV parameters: SDNN
(standard deviation of the average R-R intervals of the sinus rhythm, ms); rMSSD (square root of the mean squared
difference of successive R-R intervals, ms); pNN50 (proportion of successive R-R intervals that differ by more than
50 ms, %); LFnu (relative spectral power in low-frequency range (0.04-0.15 Hz) expressed by normalized units, NU);
HFnu (relative spectral power in high-frequency range (0.15-0.4 Hz) expressed by normalized units, NU); LF/HF (LF
to HF ratio)
kich badanych osób, aczkolwiek w różnym zakresie:
od 1 do nawet 70 NU w odniesieniu do wskaźnika
HFnu, od 1 do 68 NU wskaźnika LFnu oraz od 0,05
do 4 w przypadku ilorazu LF/ HF.
Wrażliwość baroreceptorów tętniczych natomiast
nie zmieniła się istotnie pod wpływem oddechu kontrolowanego w porównaniu do oddechu spontanicznego (Tabela 2 i 3). Na zwrócenie uwagi zasługuje
jednak fakt, że mimo braku istotnych różnic w zakresie tego parametru, u niektórych osób notowano
wzrost wartości BRS o 2-4 ms/mmHg, podczas gdy
u kilku badanych obserwowano redukcję tego parametru (o 5-10 ms/ mmHg). Zmiany te jednak nie
wpłynęły w sposób istotny na ostateczny wynik analizy statystycznej.
Dodatkowo, nie stwierdzono istotnych statystycznie zmian w zakresie mierzonych przed i po zawodach wielkości mean HP. Również średnie wartości
BRS ani poszczególnych parametrów HRV nie zmieniły się istotnie statystycznie zarówno podczas badania w czasie oddechu spontanicznego, jak i kontrolowanego (Tabela 2 i 3).
On the other hand, baroreflex sensitivity did not
change significantly in the setting of controlled breathing as compared to spontaneous breathing (Tables 2
and 3). It should be pointed out, however, that despite the lack of significant difference of mean BRS
values, an increase was observed in some participants (by 2 to 4 ms/mmHg), whereas in several
others, BRS values decreased (within a range of 5 to
10 ms/mmHg). These changes did not have any
impact on overall statistical analysis.
In addition, no statistically significant mean HP
changes were observed between the two recordings
(before and after the competition). Similarly, mean
BRS and HRV values showed no statistically significant changes in Recording 2 in comparison to Recording 1 during controlled and spontaneous breathing (Table 2 and 3).
Dyskusja
Discussion
Najważniejszym spostrzeżeniem niniejszej pracy
jest fakt istotnego wpływu oddechu badanej osoby
na poszczególne parametry krótkookresowej HRV, przy
jednoczesnym braku takiego wpływu na średnią wartość BRS. Stwierdzenie to posiada ważne znaczenie
praktyczne, ponieważ sugeruje konieczność oceny
tych parametrów zarówno w czasie oddechu spontanicznego, jak i podczas oddechu kontrolowanego.
The most important finding of our study is the effect of breathing frequency on selected short – term
HRV parameters, whereas BRS does not show significant breathing-related alterations. This observation
is of great practical value, as it suggests that shortterm ANS parameters should be evaluated during
spontaneous as well as controlled breathing. If the
assessment od short-term ANS activity were to be
50
Jeżeli opieramy się o wyniki uzyskane tylko w czasie
oddechu spontanicznego, lepszym parametrem jest
wskaźnik BRS.
Podobne wyniki podaje Driscoll i wsp. w badaniu
grupy zdrowych osób nieuprawiających regularnie
sportu. Po zastosowaniu oddechu kontrolowanego
o częstości 12/minutę, autorzy zanotowali istotny statystycznie wzrost wskaźnika HF (z 0,25± 0,07 do
0,35±0,09 ms2, p< 0,04), a obniżenie ilorazu LF/ HF
(z 1,08± 0,55 do 0,57± 0,35, p< 0,05) [18]. Podobne
kierunki zmian parametrów HRV stwierdzono również w niniejszej pracy.
Brak wpływu oddechu kontrolowanego na oceniany w niniejszej pracy BRS należy tłumaczyć tym, że
wskaźnik ten oceniany był w zakresie częstotliwości 0,04- 0,15 Hz, a więc poza zakresem częstotliwości stosowanej podczas oddechu kontrolowanego.
Fakt ten podkreślają w swojej pracy również Pinna
i wsp., stosując oddech kontrolowany o zbliżonej jak
w niniejszej pracy częstości (0,25 Hz) [19]. Istotnym
potwierdzeniem takiego sposobu myślenia są również dane Frederiksa i wsp., którzy oceniali BRS przy
różnych częstotliwościach oddechu kontrolowanego.
Autorzy ci stwierdzili wyraźny wzrost tego parametru
przy zastosowaniu oddechu o częstotliwości 0,10 Hz,
czyli w paśmie, w którym oceniana jest BRS, w porównaniu do oddechu spontanicznego: odpowiednio
15,5± 7,2 vs 13,1± 3,7 ms/ mmHg (p=0,04). Natomiast w momencie zastosowania oddechu o większych częstotliwościach, czyli poza pasmem pomiaru BRS, efekt ten ulegał wyraźnemu zmniejszeniu
[20]. Podobne dane podają też inni autorzy [21,22].
Dodatkową niezależną obserwacją w niniejszej
pracy jest stwierdzenie, że bieg na 100 km, wykonany przez zawodników uprawiających sport w zakresie amatorskim, nie prowadził do trwałych, odległych
zmian w zakresie BRS i HRV mogących sugerować
przesunięcie równowagi autonomicznej w stronę dominacji współczulnej. Już następnego dnia po zawodach wartości mierzonych parametrów były zbliżone
do wartości sprzed startu. Wyniki te posiadają ważne
znaczenie praktyczne, ponieważ pozwalają na stwierdzenie, iż zastosowany w niniejszej pracy bieg na
100 km jest bardziej bezpieczny i godny polecenia
wśród zawodników- amatorów, niż na przykład bieg
maratoński, uprawiany przez nich wręcz masowo [23].
Na podstawie licznych danych z piśmiennictwa wiadomo, że bieg maratoński prowadzi do niekorzystnego, długotrwałego przesunięcia równowagi autonomicznej w stronę dominacji współczulnej [5,7,24]. Jednym z możliwych powodów różnic biegu na 100 km
a biegu maratońskiego jest sam rodzaj zastosowanego obciążenia. Bieg maratoński, chociaż jest znacznie krótszy, stanowi wysiłek o zdecydowanie większej intensywności, przy którym obciążenie organizmu jest dużo większe ze względu na większe prędkości biegu, co może tłumaczyć utrzymywanie się
cech napięcia adrenergicznego ANS po zakończeniu
takiego wysiłku.
Rosnąca propaganda regularnych ćwiczeń fizycznych, jak również wzrastająca świadomość społeczeństwa o korzystnym wpływie takiego postępowania na stan zdrowia może przyczynić się do dalszego
zwiększania liczby osób ćwiczących w zakresie rekreacyjnym. Niejednokrotnie osoby takie stawiają sobie na celu pokonanie dużych obciążeń, między innymi w postaci startów w długodystansowych zawo-
based solely on a spontaneous breathing recording,
BRS would represent a more reliable parameter.
Similar results were published by Driscoll et al., in
a group of healthy individuals not involved in regular
sports activity. Under controlled breathing at 12/minute, these authors found a significant increase of HF
(from 0,25± 0,07 to 0,35± 0,09 ms2, P< 0,04), and
a decrease of LF/ HF (from 1,08± 0,55 to 0,57± 0,35,
P< 0,05) [18]. Similar direction of HRV changes was
observed in our study.
In our study, the lack of effect of the controlled
breathing on the BRS values can be explained by the
fact that this parameter was assessed within a range
of 0,04 to 0,15 Hz, which is out of the frequency
range used for controlled breathing. This was previously pointed to by Pinna et al., who applied controlled breathing at 0,25 Hz [19]. A convincing evidence of this approach comes from a study by Fredericks et al. who assessed BRS at different, prespecified breathing frequencies. These authors observed
a significant increase of this parameter at 0,10 Hz
breathing, (that is within a range in which BRS itself
is usually measured), as compared to spontaneous
breathing: 15,5±7,2 vs 13,1±3,7 ms/mmHg, respectively (p=0,04). On the other hand, by using higher
breathing frequencies, i.e. out of the bandwidth of
BRS measurement, this effect was clearly diminished
[20]. Similar results were published by other authors
[21,22].
An additional finding in our study is that the 100
km run performed by amateur athletes, did not provoke sustained BRS and HRV changes that might
have suggested sustained autonomic balance shift
toward sympathetic predominance. As early as on
the day after the competition, the measurements
were similar to baseline values. These results are of
important practical value, as they suggest that the
100 km run is safer and hence more advisable to the
amateur athletes than for example a marathon, which
has become a mass-event [23]. Data from literature
suggest that participation in a marathon leads to
a long-lasting, unfavourable shift of autonomic balance toward the sympathetic predominance [5,7,24].
One of the possible reasons for these differences
between a 100 km run and the marathon can be
related to the type of workload. A marathon, with its
much shorter distance, requires a much greater exercise intensity, related to much higher running speed,
which can be responsible for the sustained sympathetic predominance after its completion.
As regular physical activity is being increasingly
advocated, and the consciousness of its effect on the
general health status is growing, the number of individuals undertaking regular recreational sports
activity would probably increase. A number of them
would venture high workload activities, such as longdistance running competitions. Our results suggest
that prolonged exercise with reduced intensity, such
as in 100 km running, should be advocated in those
individuals, since it exploits the body to a lesser extent. It should also be underlined, that the safety of
the 100 km run with regard to ANS parameters was
confirmed in the present study during controlled as
well as spontaneous breathing.
The use of the term „amateur” with regard to our
study subjects can be amatter of controversy. It
should be noted, however, that the training program
51
dach biegowych. Uzyskane w niniejszej pracy wyniki
sugerują, że w takiej sytuacji należy wybrać obciążenie o dłuższym czasie trwania, lecz wykonywane
z mniejszą intensywnością, które w konsekwencji
jest mniej eksploatujące dla organizmu. Należy podkreślić, że bezpieczeństwo biegu na 100 km wykazane było w niniejszej pracy zarówno w zakresie parametrów ANS ocenianych w czasie spontanicznego,
jak i kontrolowanego oddychania badanej osoby.
Pewne wątpliwości może budzić zastosowanie określenia sportu w zakresie amatorskim w odniesieniu
do badanych zawodników. Należy jednak zaznaczyć,
iż treningi przygotowujące zawodników do startu
w biegu na 100 km, choć były intensywne pod względem pokonywanych długości, jednak tempo tych biegów było zdecydowanie mniejsze niż to, które stosują sportowcy profesjonalni. Ponadto, u badanych
w niniejszej pracy zawodników treningi nie były zorganizowane w sposób profesjonalny ani nie nadzorowane przez żadnego trenera, co zdecydowanie odróżnia je od treningów profesjonalnych u zawodowych
sportowców.
adopted by these athletes prior to the 100 km run,
however strenuous in terms of the running distances,
was much less intense in term of running speed than
in professional athletes. Moreover, the training sessions were not professionally organised or supervised by a coach, as opposed to training sessions of
professional runners.
Ograniczenia pracy
Pewnym ograniczeniem przeprowadzonej pracy
jest mała liczba badanych osób, co niestety jest
wspólną i trudną do uniknięcia cechą takich badań ze
względu na rodzaj badanej grupy oraz zawodów,
w których brali udział amatorzy. Kompensacją tego
ograniczenia może być wyrównany poziom wytrenowania badanych sportowców, jak również bardzo
zbliżona intensywność treningów stosowanych przez
poszczególnych zawodników w okresie co najmniej 6
miesięcy przed zawodami.
Study limitations
The small number of the studied individuals can
be considered a limitation of our study. However,
small sample size seems inherent to this type of
research and it is rather difficult to overcome due to
the type of the group and the specific type of competition. The uniform performance level of the subjects, as well as similar training regimen within the 6
month period preceding the competition can partially
compensate for this limitation.
Wnioski
Conclusions
1. W badanej grupie oddech kontrolowany o częstości 0,23 Hz w sposób istotny zmieniał parametry
krótkookresowej analizy HRV, nie wpływając na
BRS.
2. Uzyskane wyniki mogą posiadać ważne znaczenie praktyczne przy wyborze metodyki oceny czynności układu wegetatywnego.
1. The controlled breathing at 0,23 Hz significantly
alters the short-term HRV parameters, showing
no effect on BRS values.
2. These results can be of practical importance while
selecting appropriate methods for short-term ANS
assessment.
Piśmiennictwo / References
1. Hedelin R, Wiklund U, Bjerle P, Henriksson- Larsen K. Pre- and post- season heart rate variability on adolescent
cross- country skiers. Scand. J Med Sci Sports 2000; 10: 298- 303
2. La Rovere MT, Bigger JT, Marcus FI, et al, for the ATRAMI (Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial
Infarction) Investigators. Baroreflex sensitivity and heart – rate variability in prediction of total cardiac mortality after
myocardial infarction. Lancet 1998, 351: 478 – 484
3. Raczak G, Pinna GD, La Rovere M.T. et al. Cardiovascular Response to Acute Mild Exercise in Young Healthy
Subjects. Circ J 2005; 69: 976- 980
4. Raczak G, Daniłowicz- Szymanowicz L, Kobudzewska- Chwirot M, et al. Long- term exercise training improves
autonomic nervous system profile in professional runners. Kardiol Pol 2006; 64: 135- 140
5. Bernardi L, Passino C, Robergs R, Appenzeller O. Acute and persistent effects of a 46- kilometre wilderness trail
run at altitude: cardiovascular autonomic modulation and baroreflexes. Cardiovasc Res 1997; 34: 273- 280
6. Bonaduce D, Petretta M, Cavallaro V, et al. Intensive training and cardiac autonomic control in high level athletes.
Med Sci Sports Exerc 1998, 30: 691- 696
7. Daniłowicz- Szymanowicz L, Raczak G, Pinna G.D, et al. The effects of an extreme endurance exercise event on
autonomic nervous system activity. Pol Merkur Lekarski 2005; 19: 28- 31
8. Daniłowicz-Szymanowicz L, Raczak G, Szwoch M, et al.. The effect of anaerobic and aerobic tests on autonomic
nervous system activity in healthy young athletes. Biol Sport 2010; 27: 65-69
9. Iwasaki K, Zhang R, Zuckerman JH, Levine BD. Dose- response relationship of the cardiovascular adaptation to
endurance training in healthy adults: how much training for what benefit? J Appl Physiol 2003; 95: 1575- 158
10. Manzi V, Castagna C, Padua E, et al. Dose- response relationship of autonomic nervous system responses to
individualized training impulse in marathon runners. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2009; 296: H1733- H1740
52
11. Uusitalo AL, Uusitalo AJ, Rusko HK. Exhaustive endurance training for 6- 9 weeks did not induce chan ges in
intrinsic heart rate and cardiac autonomic modulation in female athletes. Int J Sports Med 1998, 19: 532- 540
12. Daniłowicz-Szymanowicz L, Raczak G, Ratkowski W, et al. Wpływ pionizacji na profil czynności autonomicznego
układu nerwowego u młodych sportowców. Med Sport 2005; 21: 11- 16
13. Raczak G, Daniłowicz- Szymanowicz L, Derejko P, et al. Wrażliwość baroreceptorów tętniczych u osób zdrowych.
Folia Cardiol 2000; 7: 341- 346
14. Grant CC, Viljoen M, van Rensburg DC, Wood PS. Heart rate variability assessment of the effect of physical
training on autonomic cardiac control. Ann Noninvasive Electrocardiol 2012; 17: 219- 229
15. Maestri R, Pinna GD. POLYAN: a computer program for polyparametric analysis of cardio- respiratory variability
signals. Comput Methods Programs Biomed 1998; 56: 37- 48
16. Pinna GD, Maestri R, Raczak G, La Rovere MT. Measuring baroreflex sensitivity from gain function between
arterial pressure and heart period. Clin Sci 2002; 103: 81- 88
17. Camm AJ, Bigger JT, Breithardt G, et al. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Eur Heart J 1996; 17: 354- 381
18. Driscoll D, Dicicco G. The effects of metronome breathing on the variability of autonomic activity measurements.
J Manipulative Physiol Ther 2000, 23: 610- 614
19. Pinna GD, Maestri R, La Rovere MT, et al. Effect of paced breathing on ventilatory and cardiovascular variability
parameters during short- term investigation of autonomic function. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2006, 290: H
424- 433
20. Frederiks J, Swenne CA, TenVoorde BJ, et al. The importance of high- frequency paced breathing in spectral
baroreflex sensitivity assessment. J Hypertens 2000, 18: 1635- 1644
21. Eames PJ, Potter JF, Panerai B. Influence of controlled breathing patterns on cerebrovascular autoregulation and
cardiac baroreceptor sensitivity. Clin Sci 2004; 106: 155- 162
22. Wang YP, Kuo TB, Lai CT, Lee GS, Yang CC. Effects of breathening frequency on baroreflex effectiveness index
and spontaneous baroreflex sensitivity derived by sequence analysis. J Hypertens 2012; 30: 2151- 2158
23. Kim JH, Malhotra R, Chiampas G, et al. Cardiac arrest during longdistance running races. N Engl J Med 2012;
366: 130-140
24. Murrell C, Wilson L, Cotter JD, et al. Alterations in autonomic function and cerebral hemodynamics to orthostatic
challenge following a mountain marathon. J Appl Physiol 2007; 103: 88- 96
53

FULL TEXT - Medycyna Sportowa

Transkrypt

Podobne dokumenty

Beton jastrych - quick-mix

EUROCUTTER® www.eurocutter.pl

r0l-)xl Ftf$trEK ueAlKqlYC te, {sfE6$s raffiE$0fiF0s

Beton jastrych - quick-mix

Papier fotograficzny do druku wielkoformatowego WJET

Projekt domu: MR MURATOR D65 ELEGANCKI CE

tabela rozmiarowa

„Treść i forma portalu SRK AŁ – wymiana poglądów”