Ulyanovsk Medico-biological Journal

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2023-3-131-142

CARDIOGRAPHIC CHANGES IN ACUTE HYPOXIA AFTER INTERMITTENT HYPOXIC TRAINING IN HUMANS

M.I. Bocharov, A.S. Shilov

Komi Scientific Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Syktyvkar, Russia

 

One of the important areas of research in physiology and medicine is the impact of intermittent hypoxic training on human resistance to exogenous and endogenous environmental factors. Special attention is also paid to cardiac activity.

The aim of the paper is to examine the nature and conjugation of human heart bioelectrical processesin acute hypoxia after intermittent hypoxic training.

Materials and methods. A 20-minute test with acute hypoxia (AH – 12.3 % O2) was conducted on 29 males, aged 20.2±0.31, at different periods after 16-day-hypoxic training. Blood saturation (SpO2%), amplitude and time ECG parameters were determined.

Results. At rest, at certain periods after hypoxic training, we observed an increase in R-R (Day 1, p=0.020), Q-T (Day 1, p=0.005; Day 16, p=0.043) and a decrease in P-Q (Day 7, p= 0.016) compared to the control. In case of acute hypoxia there was a decrease in P1II (Day 1, p=0.019; Day 7, p<0.001; Day 16, p=0.003), P-Q (Day 1, p=0.025; Day 7, p =0.002), PQc and QTc (p<0.001), but an increase in T1II (Day 1, p<0.001; Day 7, p=0.005; Day 16, p=0.010), R-R (Day 1, p<0.001; Day 7, p=0.029; Day 16, p=0.002) and Q-T (Day 1, p<0.001; Day 7, p<0.001; Day 16, p<0.001) compared to the control. According to the period after hypoxic training, we observed the dominance of the factor load R-R, Q-T and P1II, T1II, as well as an increase in the canonical correlation of P1II, RII and T1II with R-R and Q-T.

Conclusion. Intermittent hypoxic training leads to an increase in R-R duration, electrical ventricular systole and a decrease in atrioventricular conduction at rest. In case of acute hypoxia in the period after hypoxic training, all ECG parameters (besides maximum ventricular depolarization) change significantly compared to the control. The paper discusses the factorial significance and the degree of conjugation of bathmotropic and dromotropic cardiac processes.

Key words: human, acute hypoxia, hypoxic training, electrocardiography, oxygenation.

 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design: Bocharov M.I.

Literature search, participation in the research study, data processing: Bocharov M.I., Shilov A.S.

Statistical data processing: Bocharov M.I., Shilov A.S.

Data analysis and interpretation: Bocharov M.I., Shilov A.S.

Text writing and editing: Bocharov M.I.

 

References

  1. Ivanov K.P. Kriticheskiy obzor mekhanizmov prekonditsionirovaniya [Critical review of preconditioning mechanisms]. Vestnik RAMN. 2013; 4: 58–62 (in Russian).

  2. Navarrete-Opazo А., Mitchell G.S. Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2014; 307: 1181–1197. DOI: 10.1152/ajpregu.00208.2014.

  3. Luk'yanova L.D. Signal'nye mekhanizmy gipoksii: monografiya [Signaling mechanisms of hypoxia: Monograph]. Moscow: Rossiyskaya akademiya nauk; 2019. 215 (in Russian).

  4. Iordanskaya F.A. Gipoksiya v trenirovke sportsmenov i faktory, povyshayushchie ee effektivnost' [Hypoxia in the training of athletes and factors for its efficacy improvement]. 2-e izd. Moscow: Sport; 2019. 160 (in Russian).

  5. Volkov N.I. Preryvistaya gipoksiya – novyy metod trenirovki, reabilitatsii i terapii [Intermittent hypoxia as a new method for training, rehabilitation and therapy]. Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury. 2000; 7: 20–23 (in Russian).

  6. Kolchinskaya A.Z., Tsyganova T.N., Ostapenko L.A. Normobaricheskaya interval'naya gipoksicheskaya trenirovka v meditsine i sporte [Normobaric intermittent hypoxic training in medicine and sport]. Moscow: Meditsina; 2003. 408 (in Russian).

  7. Balykin M.V., Pupyreva E.D., Balykin Yu.M. Vliyanie gipoksicheskoy trenirovki na fizicheskuyu rabotosposobnost' i funktsional'nye rezervy organizma sportsmenov [Influence of hypoxic training on physical performance and functional reserves of athletes]. Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. 2011; 21 (2): 7–16 (in Russian).

  8. Klyuchnikova E.A., Abbazova L.V., Lokhannikova M.A., Anan'ev S.S., Pavlov D.A., Balykin M.V. Vliyanie preryvistoy normobaricheskoy gipoksii na sistemnuyu gemodinamiku, biokhimicheskiy sostav krovi i fizicheskuyu rabotosposobnost' lits pozhilogo vozrasta [Effect of intermittent normobaric hypoxia on systemic hemodynamics, biochemical blood composition and physical performance in elderly people]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2017; 4: 155–163. DOI: 10.23648/UMBJ.2017.28.8755(in Russian).

  9. Balykin M.V., Sagidova S.A., Zharkov A.S., Ayzyatulova E.D., Pavlov D.A., Antipov I.V. Vliyanie preryvistoy gipobaricheskoy gipoksii na ekspressiyu HIF-1a i morfofunktsional'nye izmeneniya v miokarde [Effect of intermittent hypobaric hypoxia on HIF-1a expression and morphofunctional changes in the myocardium]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2017; 2: 126–135. DOI: 10.23648/UMBJ.2017.26.6227 (in Russian).

  10. Sagidova S.A., Balykin M.V., Morozova E.S. Gazovyy sostav krovi i morfo-funktsional'nye izmeneniya v serdtse pri vozdeystvii gipobaricheskoy gipoksii [Blood gas composition and morphological and functional cardiac changes under hypobaric hypoxia]. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2009; 16 (2): 215–117 (in Russian).

  11. Sagidova S.A., Balykin M.V. Vliyanie gipoksicheskoy nagruzki na izmeneniya mikrotsirkulyatornogo rusla v razlichnykh otdelakh serdtsa krys [Influence of hypoxic load on changes in the microcirculatory bed in various parts of the rat heart]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2012; 1: 82–88(in Russian).

  12. Kolesnik Yu.M., Isachenko M.I., Mel'nikova O.V. Osobennosti sistemy oksida azota v miokarde levogo zheludochka krys s eksperimental'noy preryvistoy gipoksiey razlichnoy prodolzhitel'nosti [Features of the nitric oxide system in the left ventricle myocardium in rats with experimental intermittent hypoxia of various duration]. Pathologia. 2019; 16 (3): 308–314. DOI: 10.14739/2310-1237.2019.3.188783 (in Russian).

  13. Manukhina E.B., Belkina L.M., Terekhina O.L., Abramochkin D.V., Smirnova E.A., Budanova O.P., Mallet R.T., Downey H.F. Normobaric, intermittent hypoxia conditioning is cardio- and vasoprotective in rats. Exp. Biol. Med. (Maywood). 2013; 238 (12): 1413–1420. DOI: 10.1177/1535370213508718. PMID: 24189016.

  14. Menzorov M.V., Shutov A.M., Pupyreva E.D., Larionova N.V., Balykin M.V. Dlitel'nost' intervala, dispersiya intervala QT u sportsmenov vysokoy kvalifikatsii pri vozdeystvii preryvistoy normobaricheskoy gipoksii [Interval duration and QT interval dispersion in highly qualified athletes exposed to intermittent normobaric hypoxia]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2013; 4: 105–111 (in Russian).

  15. Zamenina E.V., Panteleeva N.I., Roshchevskaya I.M. Elektricheskoe pole serdtsa cheloveka v period repolyarizatsii zheludochkov pri ostroy normobaricheskoy gipoksii do i posle kursa interval'noy gipoksicheskoy trenirovki [The electrical activity of the human heart during ventricular repolarization under acute normobaric hypoxia before and after interval hypoxic training]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. 2019; 48: 115–134. DOI: 10.17223/19988591/48/6 (in Russian).

  16. Bocharov M.I., Shilov A.S. Organizatsiya bioelektricheskikh protsessov serdtsa pri raznoy stepeni ostroy normobaricheskoy gipoksii u zdorovykh lyudey [Bioelectric heart processes in healthy men at different levels of acute normobaric hypoxia]. Ekologiya cheloveka. 2020; 12: 28–36. DOI: 10.33396/1728-0869-2020-12-28-36 (in Russian).

  17. Koychubekov B.K., Sorokina M.A., Mkhitaryan K.E. Opredelenie razmera vyborki pri planirovanii nauchnogo issledovaniya [Determining the sample size when planning a research]. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy. 2014; 4: 71–74 (in Russian).

  18. Giles D., Kelly J., Draper N. Alterations in autonomic cardiac modulation in response to normobaric hypoxia. European Journal of Sport Science. 2016; 16 (8): 1023–1031. DOI: 10.1080/17461391.2016.1207708.

  19. Nakada Y., Sadek H.A. Experimental Hypoxia as a Model for Cardiac Regeneration in Mice. Methods Mol Biol. 2021; 2158: 337–344. DOI: 10.1007/978-1-0716-0668-1_25.

  20. Uryumtsev D.Y., Gultyaeva V.V., Zinchenko M.I., Baranov V.I., Melnikov V.N., Balioz N.V., Krivoschekov S.G. Effect of acute hypoxia on cardiorespiratory coherence in male runners. Front Physiol. 2020; 11: 630. DOI: 10.3389/fphys.2020.00630.

 

Received March 29, 2023; accepted July 04, 2023.

 

Information about the authors

Bocharov Mikhail Ivanovich, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Senior Researcher, Department of Comparative Cardiology, Komi Scientific Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. 167982, Russia, Syktyvkar, Kommunisticheskaya St., 24; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-6918-5523

Shilov Aleksandr Sergeevich, Candidate of Sciences (Biology), Researcher, Department of Comparative Cardiology, Komi Scientific Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. 167982, Russia, Syktyvkar, Kommunisticheskaya St., 24; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0520-581X

 

For citation

Bocharov M.I., Shilov A.S. Kardiograficheskie izmeneniya pri ostroy gipoksii posle interval'nykh gipoksicheskikh trenirovok cheloveka [Cardiographic changes in acute hypoxia after intermittent hypoxic training in humans]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2023; 3: 131–142. DOI: 10.34014/2227-1848-2023-3-131-142 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 612.273.2: 796.015.576

DOI 10.34014/2227-1848-2023-3-131-142

КАРДИОГРАФИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОСТРОЙ ГИПОКСИИ ПОСЛЕ ИНТЕРВАЛЬНЫХ ГИПОКСИЧЕСКИХ ТРЕНИРОВОК ЧЕЛОВЕКА

М.И. Бочаров, А.С. Шилов

ФГБУН ФИЦ «Коми научный центр Уральского отделения Российской академии наук», г. Сыктывкар, Россия

 

Одним из важных направлений исследований физиологии и медицины является изучение влияния интервальных гипоксических тренировок на повышение резистентности организма человека к экзогенным и эндогенным факторам среды. При этом особая роль отводится исследованиям деятельности сердца.

Цель. Изучить характер и сопряженность биоэлектрических процессов сердца человека при острой гипоксии в разные периоды после интервальных гипоксических тренировок.

Материалы и методы. У мужчин в возрасте 20,2±0,31 года (n=29) до (контроль) и в разные периоды после 16-дневного курса гипоксических тренировок (ПГТ) проводили тест с острой гипоксией (ОГ – 12,3 % О2) в течение 20 мин с определением оксигенации крови (SрO2%), амплитудных и временных параметров ЭКГ.

Результаты. В покое в отдельные периоды ПГТ увеличиваются R-R (1-й день, р=0,020), Q-T (1-й день, р=0,005; 16-й день, р=0,043) и уменьшается P-Q (7-й день, р=0,016) относительно контроля. При ОГ уменьшаются P1II (1-й день, р=0,019; 7-й день, р<0,001; 16-й день, р=0,003), P-Q (1-й день, р=0,025; 7-й день, р=0,002), PQс и QTс (р<0,001), но увеличиваются T1II (1-й день, р<0,001; 7-й день, р=0,005; 16-й день, р=0,010), R-R (1-й день, р<0,001; 7-й день, р=0,029; 16-й день, р=0,002) и Q-T (1-й день, р<0,001; 7-й день, р<0,001; 16-й день, р<0,001) относительно контроля. В зависимости от периода ПГТ установлено доминирование факторной нагрузки R-R, Q-T и P1II, T1II, а также нарастание канонической корреляции P1II, RII и T1II с R-R и Q-T.

Выводы. Интервальная гипоксическая тренировка приводит к увеличению длительности R-R, электрической систолы желудочков и уменьшению предсердно-желудочковой проводимости в покое. При ОГ в период после ГТ, кроме максимальной деполяризации желудочков, наблюдаются существенные изменения всех параметров ЭКГ относительно контроля. В работе обсуждается факторная значимость и степень сопряженности батмотропных с дромотропными процессами сердца.

Ключевые слова: человек, острая гипоксия, гипоксическая тренировка, электрокардиография, оксигенация.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Бочаров М.И

Литературный поиск, участие в исследовании, обработка материала: Бочаров М.И., Шилов А.С.

Статистическая обработка данных: Бочаров М.И., Шилов А.С.

Анализ и интерпретация данных: Бочаров М.И., Шилов А.С.

Написание и редактирование текста: Бочаров М.И.

 

Литература

  1. Иванов К.П. Критический обзор механизмов прекондиционирования. Вестник РАМН. 2013; 4: 58–62.

  2. Navarrete-Opazo А., Mitchell G.S. Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2014; 307: 1181–1197. DOI: 10.1152/ajpregu.00208.2014.

  3. Лукьянова Л.Д. Сигнальные механизмы гипоксии: монография. Москва: Российская академия наук; 2019. 215.

  4. Иорданская Ф.А. Гипоксия в тренировке спортсменов и факторы, повышающие её эффективность. 2-е изд. Москва: Спорт; 2019. 160.

  5. Волков Н.И. Прерывистая гипоксия – новый метод тренировки, реабилитации и терапии. Теория и практика физической культуры. 2000; 7: 20–23.

  6. Колчинская А.З., Цыганова Т.Н., Остапенко Л.А. Нормобарическая интервальная гипоксическая тренировка в медицине и спорте. Москва: Медицина; 2003. 408.

  7. Балыкин М.В., Пупырева Е.Д., Балыкин Ю.М. Влияние гипоксической тренировки на физическую работоспособность и функциональные резервы организма спортсменов. Вестник Тверского государственного университета. 2011; 21 (2): 7–16.

  8. Ключникова Е.А., Аббазова Л.В., Лоханникова М.А., Ананьев С.С., Павлов Д.А., Балыкин М.В. Влияние прерывистой нормобарической гипоксии на системную гемодинамику, биохимический состав крови и физическую работоспособность лиц пожилого возраста. Ульяновский медико-биологический журнал. 2017; 4: 155–163. DOI: 10.23648/UMBJ.2017.28.8755.

  9. Балыкин М.В., Сагидова С.А., Жарков А.С., Айзятулова Е.Д., Павлов Д.А., Антипов И.В. Влияние прерывистой гипобарической гипоксии на экспрессию HIF-1а и морфофункциональные изменения в миокарде. Ульяновский медико-биологический журнал. 2017; 2: 126–135. DOI: 10.23648/UMBJ.2017.26.6227.

  10. Сагидова С.А., Балыкин М.В., Морозова Е.С. Газовый состав крови и морфо-функциональные изменения в сердце при воздействии гипобарической гипоксии. Вестник новых медицинских технологий. 2009; 16 (2): 215–117.

  11. Сагидова С.А., Балыкин М.В. Влияние гипоксической нагрузки на изменения микроциркуляторного русла в различных отделах сердца крыс. Ульяновский медико-биологический журнал. 2012; 1: 82–88.

  12. Колесник Ю.М., Исаченко М.И., Мельникова О.В. Особенности системы оксида азота в миокарде левого желудочка крыс с экспериментальной прерывистой гипоксией различной продолжительности. Pathologia. 2019; 16 (3): 308–314. DOI: 10.14739/2310-1237.2019.3.188783.

  13. Manukhina E.B., Belkina L.M., Terekhina O.L., Abramochkin D.V., Smirnova E.A., Budanova O.P., Mallet R.T., Downey H.F. Normobaric, intermittent hypoxia conditioning is cardio- and vasoprotective in rats. Exp. Biol. Med. (Maywood). 2013; 238 (12): 1413–1420. DOI: 10.1177/1535370213508718. PMID: 24189016.

  14. Мензоров М.В., Шутов А.М., Пупырева Е.Д., Ларионова Н.В., Балыкин М.В. Длительность интервала, дисперсия интервала QT у спортсменов высокой квалификации при воздействии прерывистой нормобарической гипоксии. Ульяновский медико-биологический журнал. 2013; 4: 105–111.

  15. Заменина Е.В., Пантелеева Н.И., Рощевская И.М. Электрическое поле сердца человека в период реполяризации желудочков при острой нормобарической гипоксии до и после курса интервальной гипоксической тренировки. Вестник Томского государственного университета. Биология. 2019; 48: 115–134. DOI: 10.17223/19988591/48/6.

  16. Бочаров М.И., Шилов А.С. Организация биоэлектрических процессов сердца при разной степени острой нормобарической гипоксии у здоровых людей. Экология человека. 2020; 12: 28–36. DOI: 10.33396/1728-0869-2020-12-28-36.

  17. Койчубеков Б.К., Сорокина М.А., Мхитарян К.Э. Определение размера выборки при планировании научного исследования. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014; 4: 71–74.

  18. Giles D., Kelly J., Draper N. Alterations in autonomic cardiac modulation in response to normobaric hypoxia. European Journal of Sport Science. 2016; 16 (8): 1023–1031. DOI: 10.1080/17461391. 2016.1207708.

  19. Nakada Y., Sadek H.A. Experimental Hypoxia as a Model for Cardiac Regeneration in Mice. Methods Mol Biol. 2021; 2158: 337–344. DOI: 10.1007/978-1-0716-0668-1_25.

  20. Uryumtsev D.Y., Gultyaeva V.V., Zinchenko M.I., Baranov V.I., Melnikov V.N., Balioz N.V., Krivoschekov S.G. Effect of acute hypoxia on cardiorespiratory coherence in male runners. Front Physiol. 2020; 11: 630. DOI: 10.3389/fphys.2020.00630.

 

Поступила в редакцию 29.03.2023; принята 04.07.2023.

 

Авторский коллектив

Бочаров Михаил Иванович – доктор биологических наук, профессор, старший научный сотрудник отдела сравнительной кардиологии, ФГБУН ФИЦ «Коми научный центр Уральского отделения РАН». 167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-6918-5523

Шилов Александр Сергеевич – кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела сравнительной кардиологии, ФГБУН ФИЦ «Коми научный центр Уральского отделения РАН». 167982, Россия, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0520-581X

 

Образец цитирования

Бочаров М.И., Шилов А.С. Кардиографические изменения при острой гипоксии после интервальных гипоксических тренировок человека. Ульяновский медико-биологический журнал. 2023; 3: 131–142. DOI: 10.34014/2227-1848-2023-3-131-142.