Cardiorespiratory Reactions During Submaximal Exercise in Humans after 14-Day Simulated Lunar Gravity

A. A. Puchkova; Пучкова А. А.; A. V. Shpakov; Шпаков А. В.; V. P. Katuntsev; Катунцев В. П.; D. M. Stavrovskaya; Ставровская Д. М.; G. K. Primachenko; Примаченко Г. К.

doi:10.31857/S0131164623600350

Кардиореспираторные реакции человека во время субмаксимальной физической нагрузки после 14-суточного пребывания в условиях моделированной лунной гравитации

Авторы: Пучкова А.А.¹, Шпаков А.В.¹^,2, Катунцев В.П.¹, Ставровская Д.М.¹, Примаченко Г.К.¹
Учреждения:
1. ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН
2. ФГБУ “Федеральный научный центр физической культуры и спорта”
Выпуск: Том 49, № 6 (2023)
Страницы: 41-50
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0131-1646/article/view/232784
DOI: https://doi.org/10.31857/S0131164623600350
EDN: https://elibrary.ru/DFRFXU
ID: 232784

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В данной работе представлены основные результаты проведенного исследования по изучению влияния моделирования физиологических эффектов лунной гравитации на кардиореспираторные реакции человека во время выполнения физической нагрузки. В эксперименте приняли участие 12 практически здоровых мужчин-добровольцев в возрасте от 19 до 31 года (M ± SD: 22.5 ± 4.0 лет), которые в течение 14 сут находились в условиях ортостатической гипокинезии (ОГ) с углом наклона тела +9.6° относительно горизонта как модели физиологических эффектов лунной гравитации. Кардиопульмональное нагрузочное тестирование (КПНТ) выполняли за 7 сут до начала ОГ и на следующие сутки после окончания экспериментального воздействия. В качестве протокола физической нагрузки использовали 3-ступенчатый велоэргометрический тест с 5-минутными площадками мощностью 125, 150 и 175 Вт. Пребывание в условиях моделирования физиологических эффектов лунной гравитации снижало толерантность организма человека к выполнению физической работы. На это указывали более выраженные реакции со стороны таких показателей кардиореспираторной системы, как частота сердечных сокращений, минутная вентиляция легких, дыхательные эквиваленты по кислороду и углекислому газу, а также менее выраженный прирост потребления кислорода и кислородного пульса во время выполнения КПНТ после 14 суток воздействия ОГ.

Ключевые слова

кардиореспираторная система, физическая работоспособность, кардиопульмональное нагрузочное тестирование, ортостатическая гипокинезия, лунная гравитация.

Список литературы

Johnston R.S., Hull W.E. Apollo missions / Biomedical results of Apollo // Eds. Johnston R.S., Dietlein L.F., Berry Ch.A. Washington, D.C. NASA, 1975. P. 9.
Rummel J.A., Sawin C.F., Michel E.L. Exercise response / Biomedical Results of Apollo // Eds. Johnston RS, Dietlein L.F., Berry C.A. Washington, D.C. NASA, 1975. P. 265.
Richter C., Braunstein B., Winnard A. et al. Human Biomechanical and Cardiopulmonary Responses to Partial Gravity – A Systematic Review // Front. Physiol. 2017. V. 8. P. 583.
Bonjour J., Bringard A., Antonutto G. et al. Effects of acceleration in the Gz axis on human cardiopulmonary responses to exercise // Eur. J. Appl. Physiol. 2011. V. 111. № 12. P. 2907.
Schlabs T., Rosales-Velderrain A., Ruckstuhl H. et al. Comparison of cardiovascular and biomechanical parameters of supine lower body negative pressure and upright lower body positive pressure to simulate activity in 1/6 G and 3/8 G // J. Appl. Physiol. 2013. V. 115. № 2. P. 275.
Diaz-Artiles A., Navarro Tichell P., Perez F. Cardiopulmonary responses to sub-maximal ergometer exercise in a hypo-gravity analog using head-down tilt and head-up tilt // Front. Physiol. 2019. V. 10. P. 720.
Yilmaz K., Burnley M., Böcker J. et al. Influence of simulated hypogravity on oxygen uptake during treadmill running // Physiol. Rep. 2021. V. 9. № 9. P. e14787.
Баранов М.В., Катунцев В.П., Шпаков А.В., Баранов В.М. Метод наземного моделирования физиологических эффектов пребывания человека в условиях гипогравитации // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015. Т. 160. № 9. С. 392. Baranov M.V., Katuntsev V.P., Shpakov A.V., Baranov V.M. A Method of Ground Simulation of Physiological Effects of Hypogravity on Humans // Bull. Exp. Biol. Med. 2016. V. 160. № 3. P. 401.
Kostas V.I., Stenger M.B., Knapp C.F. et al. Cardiovascular models of simulated Moon and Mars gravities: head-up tilt vs. lower body unweighting // Aviat. Space Environ. Med. 2014. V. 85. № 4. P. 414.
Antonutto G., di Prampero P.E. Cardiovascular deconditioning in microgravity: some possible countermeasures // Eur. J. Appl. Physiol. 2003. V. 90. № 3–4. P. 283.
Prisk G.K. Microgravity and the respiratory system // Eur. Respir. J. 2014. V. 43. № 5. P. 1459.
Донина Ж.А., Баранов В.М., Александрова Н.П., Ноздрачев А.Д. Дыхание и гемодинамика при моделировании физиологических эффектов невесомости. СПб.: Наука, 2013. 182 c. Donina Zh.A., Baranov V.M., Aleksandrova N.P., Nozdrachev A.D. Respiration and hemodynamics under simulated microgravity. St. Petersburg: Nauka, 2013. 182 p.
Juhl O.J., Buettmann E.G., Friedman M.A. et al. Update on the effects of microgravity on the musculoskeletal system // NPJ Microgravity. 2021. V. 7. № 1. P. 28.
Trappe T., Trappe S., Lee G. et al. Cardiorespiratory responses to physical work during and following 17 days of bed rest and spaceflight // J. Appl. Physiol. 2006. V. 100. № 3. P. 951.
Лысова Н.Ю., Бабич Д.Р., Резванова С.К. и др. Изменение физической работоспособности испытуемых в условиях 21-суточной “сухой” иммерсии // Авиакосм. и эколог. мед. 2020. Т. 54. № 4. С. 84. Lysova N.Yu., Babich D.R., Rezvanova S.K. et al. [Changes in physical performance of the subjects in the condition of 21-day dry immersion] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2020. V. 54. № 4. P. 84.
Convertino V. Exercise and adaptation to microgravity environments / Handbook of Physiology: Section 4. Environmental Physiology. V. 3. Eds. Fregly M.J., Blatteis C.M. New York, NY: Oxford University, 1996. P. 815.
Moore A.D., Downs M.E., Lee S.M. et al. Peak exercise oxygen uptake during and following long-duration spaceflight // J. Appl. Physiol. 2014. V. 117. № 3. P. 231.
Hoffmann U., Moore A.D., Jr., Koschate J., Drescher U. VO2 and HR kinetics before and after International Space Station missions // Eur. J. Appl. Physiol. 2016. V. 116. № 3. P. 503.
Capelli C., Antonutto G., Cautero M. et al. Metabolic and cardiovascular responses during sub-maximal exercise in humans after 14 days of head-down tilt bed rest and inactivity // Eur. J. Appl. Physiol. 2008. V. 104. № 5. P. 909.
Bringard A., Pogliaghi S., Adami A. et al. Cardiovascular determinants of maximal oxygen consumption in upright and supine posture at the end of prolonged bed rest in humans // Respir. Physiol. Neurobiol. 2010. V. 172. № 1–2. P. 53.
Ade C.J., Broxterman R.M., Moore A.D., Barstow T.J. Decreases in maximal oxygen uptake following long-duration spaceflight: Role of convective and diffuse O2 transport mechanisms // J. Appl. Physiol. 2017. V. 122. № 4. P. 968.
Saveko A., Bekreneva M., Ponomarev I. et al. Impact of different ground-based microgravity models on human sensorimotor system // Front. Physiol. 2023. V. 14. P. 1085545.
Lathers C.M., Diamandis P.H., Riddle J.M. et al. Acute and intermediate cardiovascular responses to zero gravity and to fractional gravity levels induced by head-down or head-up tilt // J. Clin. Pharmacol. 1990. V. 30. № 6. P. 494.
Lathers C.M., Riddle J.M., Mulvagh S.L. et al. Echocardiograms during six hours of bedrest at head-down and head-up tilt and during space flight // J. Clin. Pharmacol. 1993. V. 33. № 6. P. 535.
Руденко Е.А., Баранов М.В., Захаров С.Ю. Исследование параметров центральной и периферической гемодинамики при длительном пребывании в условиях ортостатической и антиортостатической гипокинезии // Авиакосм. и эколог. мед. 2019. Т. 53. № 7. С. 40. Rudenko Е.А., Baranov М.V., Zakharov S.Yu. [Studies of central and peripheral hemodynamics during extended orthostatic and antiorthostatic hypokinesia] // Aviakosm. Ekolog. Med. 2019. V. 53. № 7. P. 40.
Руденко Е.А., Черепов А.Б., Баранов М.В. и др. Исследование вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы при длительном пребывании в условиях ортостатической и антиортостатической гипокинезии // Авиакосм. и эколог. мед. 2020. Т. 54. № 1. С. 31. Rudenko Е.А., Cherepov A.B., Baranov М.V. et al. [Studies of cardiovascular system autonomic regulation during extended exposure to horizontal and tilted bed rest and head-down tilt bed rest] Aviakosm. Ekolog. Med. 2020. V. 54. № 1. P. 31.
Whittle R.S., Keller N., Hall E.A. et al. Gravitational dose-response curves for acute cardiovascular hemodynamics and autonomic responses in a tilt paradigm // J. Am. Heart. Assoc. 2022. V. 11. № 14. P. e024175.
Григорьев А.И., Потапов А.Н., Джонс Дж.А. и др. Медицинское обеспечение межпланетных полетов / Космическая биология и медицина. Российско-американское сотрудничество в области космической биологии и медицины // Под ред. Пестова И.Д., Соуин Ч.Ф., Чаус Н.Г., Хансон С.И. М.: Наука, 2009. С. 627. Grigor’ev A.I., Potapov A.N., Jones J. et al. Medical support of interplanetary flights / Space Biology and Medicine. Russian and U.S. Cooperation in Space Biology and Medicine // Eds. Pestov I.D., Souin Ch.F., Chaus N.G., Hanson S.I. Moscow: Nauka, 2009. P. 627.