Changes in System Hemodynamics During Static Contractions of Upper and Lower Limb Muscles: Influence of Fatigue

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The changes in blood pressure (BP) and heart rate (HR) during exercise grow with the development of muscle fatigue due to activation of the ergoreflex (ER), which is commonly assessed by post-exercise blood flow occlusion. However, this approach does not reproduce ER functioning in natural conditions and is of little use for testing ER from receptors of lower limb muscles, which differ from upper limb muscles in metabolic characteristics, and are also subject to more pronounced changes as a result of physical inactivity in various diseases. The aim of this study was to compare changes in systemic hemodynamics during “natural” ER activation with the development of severe fatigue in a test with rhythmic static contractions of thigh or forearm muscles until failure to work. Nine young men performed rhythmic isometric contractions of the knee extensors or the wrist flexors while maintaining a given load level (40% of the maximum voluntary effort) in a 20 s contraction/20 relaxation mode until fatigue (work duration in both tests was about 30 min). During the tests, systemic BP (Finapres), stroke volume (SV, ModelFlow algorithm) and ECG were continuously recorded. Rhythmic contractions of both muscle groups were accompanied by an increase in BP and HR, while SV decreased. As fatigue developed, the changes in BP and SV during muscle contraction became more pronounced. Importantly, during contractions of the thigh muscles, fatigue potentiated an increase in BP because of an increase in total peripheral resistance, and during contractions of the forearm muscles, because of an increase in cardiac output. Thus, fatigue of various muscle groups is accompanied by activation of different components of the ER – vascular component during lower limb exercise and cardiac component during upper limb exercise. The results obtained must be considered when developing methods for assessing hemodynamic control in cardiovascular diseases, which are often associated with changes in both skeletal muscles and the functioning of the ergoreflex.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Borovik

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: ost.msu@gmail.com
俄罗斯联邦, Moscow

M. Pecheritsa

Moscow State University

Email: ost.msu@gmail.com
俄罗斯联邦, Moscow

O. Vinogradova

Institute of Biomedical Problems, RAS

Email: ost.msu@gmail.com
俄罗斯联邦, Moscow

O. Tarasova

Institute of Biomedical Problems, RAS; Moscow State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: ost.msu@gmail.com
俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

参考

  1. Shoemaker J.K., Gros R. A century of exercise physiology: key concepts in neural control of the circulation // Eur. J. Appl. Physiol. 2024. V. 124. № 5. P. 1323.
  2. Grotle A.K., Macefield V.G., Farquhar W.B. et al. Recent advances in exercise pressor reflex function in health and disease // Auton. Neurosci. 2020. V. 228. P. 102698.
  3. Vinogradova O.L., Popov D.V., Tarasova O.S. et al. Ergoreflex: the essence and mechanisms // Human Physiology. 2012. V. 38. № 7. P. 665.
  4. Teixeira A.L., Vianna L.C. The exercise pressor reflex: An update // Clin. Auton. Res. 2022. V. 32. № 4. P. 271.
  5. Fadel P.J., Raven P.B. Human investigations into the arterial and cardiopulmonary baroreflexes during exercise // Exp. Physiol. 2012. V. 97. № 1. P. 39.
  6. Bravyi Y.R., Bersenev E.Y., Makarov V.A. et al. Effect of strength training on pressor reflex responses from receptors in exercising muscles // Human Physiology. 2013. V. 39. № 7. P. 729.
  7. Ray C.A., Rea R.F., Clary M.P., Mark A.L. Muscle sympathetic nerve responses to static leg exercise // J. Appl. Physiol. 1992. V. 73. № 4. P. 1523.
  8. Saito M. Differences in muscle sympathetic nerve response to isometric exercise in different muscle groups // Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. 1995. V. 70. № 1. P. 26.
  9. Swift H.T., O’Driscoll J.M., Coleman D.D. et al. Acute cardiac autonomic and haemodynamic responses to leg and arm isometric exercise // Eur. J. Appl. Physiol. 2022. V. 122. № 4. P. 975.
  10. Sinoway L.I., Li J. A perspective on the muscle reflex: Implications for congestive heart failure // J. Appl. Physiol. 2005. V. 99. № 1. P. 5.
  11. Fisher J.P., Young C.N., Fadel P.J. Autonomic adjustments to exercise in humans // Compr. Physiol. 2015. V. 5. № 2. P. 475.
  12. Amann M., Runnels S., Morgan D.E. et al. On the contribution of group III and IV muscle afferents to the circulatory response to rhythmic exercise in humans // J. Physiol. 2011. V. 589. № 15. P. 3855.
  13. Aimo A., Saccaro L.F., Borrelli C. et al. The ergoreflex : how the skeletal muscle modulates ventilation and cardiovascular function in health and disease // Eur. J. Heart Fail. 2021. V. 23. № 9. P. 1458.
  14. Bunsawat K., Clifton H.L., Ratchford S.M. et al. Cardiovascular responses to static handgrip exercise and postexercise ischemia in heart failure with preserved ejection fraction // J. Appl. Physiol. 2023. V. 134. № 6. P. 1508.
  15. Crisafulli A. The impact of cardiovascular diseases on cardiovascular regulation during exercise in humans: Studies on metaboreflex activation elicited by the post-exercise muscle ischemia method // Curr. Cardiol. Rev. 2017. V. 13. № 4. P. 293.
  16. Kaur J., Senador D., Krishnan A.C. et al. Muscle metaboreflex-induced vasoconstriction in the ischemic active muscle is exaggerated in heart failure // Am. J. Physiol. Hear. Circ. Physiol. 2018. V. 314. № 1. P. H11.
  17. Helge J.W. Arm and leg substrate utilization and muscle adaptation after prolonged low-intensity training // Acta Physiol. (Oxf). 2010. V. 199. № 4. P. 519.
  18. Sugawara J., Tanabe T., Miyachi M. et al. Non-invasive assessment of cardiac output during exercise in healthy young humans: Comparison between Modelflow method and Doppler echocardiography method // Acta Physiol. Scand. 2003. V. 179. № 4. P. 361.
  19. Sjøgaard G., Savard G., Juel C. Muscle blood flow during isometric activity and its relation to muscle fatigue // Eur. J. Appl. Physiol. Occup. Physiol. 1988. V. 57. № 3. P. 327.
  20. Lopez-Jaramillo P., Lopez-Lopez J.P., Tole M.C., Cohen D.D. Muscular strength in risk factors for cardiovascular disease and mortality: a narrative review // Anatol. J. Cardiol. 2022. V. 26. № 8. P. 598.
  21. Takahashi Y., Kaji T., Yasui T. et al. Ultrasonographic changes in quadriceps femoris thickness in women with normal pregnancy and women on bed rest for threatened preterm labor // Sci. Rep. 2022. V. 12. № 1. P. 17506.
  22. Smeuninx B., Elhassan Y.S., Sapey E. et al. A single bout of prior resistance exercise attenuates muscle atrophy and declines in myofibrillar protein synthesis during bed-rest in older men // J. Physiol. 2023. doi: 10.1113/JP285130 (Online ahead of print).
  23. Makhnovskii P.A., Bokov R.O., Kolpakov F.A., Popov D.V. Transcriptomic signatures and upstream regulation in human skeletal muscle adapted to disuse and aerobic exercise // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 3. P. 1208.
  24. Boulton D., Taylor C.E., Green S., Macefield V.G. The metaboreflex does not contribute to the increase in muscle sympathetic nerve activity to contracting muscle during static exercise in humans // J. Physiol. 2018. V. 596. № 6. P. 1091.
  25. Hellsten Y., Nyberg M. Cardiovascular adaptations to exercise training // Compr. Physiol. 2015. V. 6. № 1. P. 1.
  26. Elstad M., Nådland I.H., Toska K., Walløe L. Stroke volume decreases during mild dynamic and static exercise in supine humans // Acta Physiol. 2009. V. 195. № 2. P. 289.
  27. Fisher J.P., Ogoh S., Dawson E.A. et al. Cardiac and vasomotor components of the carotid baroreflex control of arterial blood pressure during isometric exercise in humans // J. Physiol. 2006. V. 572. Pt. 3. P. 869.
  28. Nóbrega A.C.L., Williamson J.W., Garcia J.A., Mitchell J.H. Mechanisms for increasing stroke volume during static exercise with fixed heart rate in humans // J. Appl. Physiol. 1997. V. 83. № 3. P. 712.
  29. Koba S., Xing J., Sinoway L.I., Li J. Differential sympathetic outflow elicited by active muscle in rats // Am. J. Physiol. 2007. V. 293. № 4. P. H2335.
  30. Fisher J.P. Autonomic control of the heart during exercise in humans: Role of skeletal muscle afferents // Exp. Physiol. 2014. V. 99. № 2. P. 300.
  31. Beaty O. Carotid sinus and blood pressure control during hindlimb and forelimb contractions // Am. J. Physiol. 1985. V. 248. № 5. P. H688.
  32. Laginestra F.G., Favaretto T., Giuriato G. et al. Concurrent metaboreflex activation increases chronotropic and ventilatory responses to passive leg movement without sex-related differences // Eur. J. Appl. Physiol. 2023. V. 123. № 8. P. 1751.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Changes in mean arterial pressure (MAP, A), heart rate (HR, B), stroke volume (SV, V) and torque (MT, G) in the test "isometric tension of the leg extensor muscles in the knee joint". Subject L.

下载 (763KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Changes in mean arterial pressure (MAP, A), heart rate (HR, B), stroke volume (SV, B), cardiac output (CO, G) and total peripheral resistance (TPR, D) during static contractions of the leg extensor muscles at the knee joint in the first third and third third of the test (zero level is the value during muscle relaxation). Data are presented as mean and standard deviation; n = 9. * – p < 0.05 – one-sample Student’s t-test; # – p < 0.05 – paired Student’s t-test.

下载 (396KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Changes in mean arterial pressure (MAP, A), heart rate (HR, B), stroke volume (SV, B), cardiac output (CO, G) and total peripheral resistance (TPR, D) during static contractions of the flexor muscles of the arm at the wrist joint in the first third and third third of the test (zero level is the value during muscle relaxation). Data are presented as mean and standard deviation; n = 9. * – p < 0.05 – one-sample Student’s t-test; # – p < 0.05 – paired Student’s t-test.

下载 (387KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».