«Ульяновский медико-биологический журнал»

Биологические науки 3

Download article

УДК 612.13:796

DOI 10.34014/2227-1848-2024-2-143-154

EFFECT OF STATIC PHYSICAL ACTIVITY ON CENTRAL HEMODYNAMICS AND ARTERIAL DISTENSIBILITY IN ADOLESCENT ATHLETES INVOLVED IN SWIMMING AND CROSS-COUNTRY SKIING

T.G. Komlyagina, V.V. Gultyaeva, M.I. Zinchenko, D.Yu. Uryumtsev, E.A. Bryzgalova, V.N. Melnikov

Research Institute of Neuroscience and Medicine, Novosibirsk, Russia

 

The purpose of the paper is to compare arterial distensibility in endurance sports atheletes (track and field athletes and swimmers), in whom adaptation to muscle activity is formed in interaction with various environmental factors.

Materials and methods. Qualified athletes (adolescents aged 13–17) performed a 5-minute isometric handgrip exercise, corresponding to 20 % of the maximum compression force. The authors assessed athletes’ hemodynamics, arterial elasticity and cardiac parameters using the SphygmoCor technology.

Results. At rest, swimmers demonstrated increased systolic blood pressure, lower values of heart rate, augmentation index and relative systole duration. Immediately after load, swimmers showed an increase in blood pressure, augmentation pressure, and left ventricular contractility as a consequence of sympathoadrenal system activation during exercise. In skiers the answers were reduced. After 20-minute recovery, diastolic pressure and augmentation index in swimmers dropped below the baseline. It was probably due to the vasodilatory effect of acidic metabolic products washed out after exercise from isometrically contracted ischemic forearm muscles.

Conclusion. The characteristic aspects of aquatic training influence background hemodynamic parameters, arterial distensibility and responsiveness to local isometric load.

Key words: isometric handgrip exercise, central hemodynamics, arterial distensibility, cardiac cycle, adolescents, athletes.

 

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

Author contributions

Text writing and editing, applanation tonometry, data processing: Komlyagina T.G.

Research design, isometric test: Gultyaeva V.V.

Medical support, study protocol: Zinchenko M.I.

Literary search and analysis, interactions with parents and coaches: Uryumtsev D.Yu.

Selection of subjects for study, database administration: Bryzgalova E.A.

Analysis and statistical data processing: Melnikov V.N.

 

References

  1. Safar M.E. Systolic blood pressure, pulse pressure and arterial stiffness as cardiovascular risk factors. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2001; 10: 257–261.

  2. Nemes A., Forster T., Csanády M. Reduction of coronary flow reserve in patients with increased aortic stiffness. Can J Physiol Pharm. 2007; 85: 818–822.

  3. Boutouyrie P., Chowienczyk P., Humphrey J.D., Mitchell G.F. Arterial stiffness and cardiovascular risk in hypertension. Circ Res. 2021; 128 (7): 864–886.

  4. Mavliev F.A., Nazarenko A.S., Asmanov R.F., Sirazetdinov A.F., Mastrov A.V. Osobennosti reaktsii arterial'nogo davleniya na fizicheskuyu nagruzku u predstaviteley razlichnykh vidov sporta [Features of arterial pressure response to exercise tests in athletes of various sports]. Nauka i sport: sovremennye tendentsii. 2020; 8 (1): 62–68 (in Russian).

  5. Kim D.H., Braam B. Assessment of arterial stiffness using applanation tonometry. Can J Physiol Pharm. 2013; 91 (12): 999–1008.

  6. Zhang Ya, Fan X., Qi L., Du Ch. Comparison of central hemodynamic parameters for young basketball athletes and control group. Acta Cardiol. 2017; Dec 28: 1–7.

  7. Haapala E.A., Laukkanen J.A., Takken T., Kujala U.M., Finni T. Peak oxygen uptake, ventilator threshold, and arterial stiffness in adolescents. Eur J Appl Physiol. 2018; 118: 2367–2376.

  8. Fernström M., Heiland E.G., Kjellenberg K., Ponten M., Tarassova O., Nyberg G., Helgadottir B., Ekblom M.M., Ekblom Ö. Effects of prolonged sitting and physical activity breaks on measures arterial stiffness and cortisol in adolescents. Acta Pediatr. 2023; 112 (5): 1011–1018.

  9. Zhang Ya., Lin Qi, Frans van de Vosse, Chenglin Du, Yudong Yao, Jianhang Du, Guifu Wu, Lisheng Xu. Recovery responses of central hemodynamics in basketball athletes and controls after the Bruce test. Front Physiol. 2020; 11: 593277.

  10. Varga-Pintér B., Horváth P., Kneffel Z., Major Z., Osváth P., Pavlik G. Resting blood pressure values of adult athletes. Kidney Blood Press Res. 2011; 34 (6): 387–395.

  11. Zhang Yi, Lacolley P., Protogerou A.D., Safar M. Arterial sriffness in hypertension and function of large arteries. Am J Hypertens. 2020; 33 (4): 291–296.

  12. Nualnim N., Barnes J.N., Tarumi T., Renzi C.P., Tanaka H. Comparison of central artery elasticity in swimmers, runners, and the sedentary. Am J Cardiol. 2011; 107 (5): 783–787.

  13. Yuan W.X., Liu H.B., Gao F.S., Wang Y.X., Qin K.R. Effect of 8-week swimming training on carotid arterial stiffness and hemodynamics in young overweight adults. Biomed Eng Online. 2016; 15 (suppl. 2): 151.

  14. Nualnim N., Parkhurst K., Dhindsa M., Tarumi T. Effecr of swimming training on blood pressure and vascular function in adults >50 years of age. Am J Cardiol. 2012; 109 (7): 1005–1010.

  15. Brook R.D., Appel I.J., Rubenfire M., Ogedegber G., Bisognano J.D. Beyond medication and diet: alternative approaches to lowering blood pressure: a scientific statement from the American Heart Association. Hypertension. 2013; 61 (6): 1360–1383.

  16. McGowan C.L., Proctor D.N., Swaine I. Isometric hand grip as an adjunct for blood pressure control: a primer for clinicians. Curr Hypertrns Rep. 2017; 19 (6): 51.

  17. Butlin M., Quasem A. Large artery stiffness assessment using SphygmoCor technology. Pulse. 2016; 4: 180–192.

  18. Gaynullina D.K., Shvetsova A.A., Tarasova O.S. Mekhanizmy vliyaniya atsidoza na tonus krovenosnykh sosudov [Mechanisms of the acidosis effect on the vascular tone]. Aviakosm ekologich med. 2022; 56 (5): 38–45 (in Russian).

  19. Safar M.E., Asmar R., Benetos A., Blacher J., Boutouyrie P., Lacolley P., Laurent S., London G., Pannier B., Protogerou A., Regnault V., French Study Group on Arterial Stiffness. Interaction and Arterial Stiffness. Hypertension. 2018; 72 (4): 796–805.

  20. Delaney E.P., Greaney J.L., Edwards D.G., Rose W.C., Fadel P.J., Farquhar W.B. Exaggerated sympathetic and pressor responses to handgrip exercise in older hypertensive humans: role of the muscle metaboreflex. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2010; 299: H1318–H1327.

  21. Kaur J., Senador D., Krishnan A.C., Hanna H.W., Alvarez A., Machado T.M., O’Leary D.S. Muscle metaboreflex-induced vasoconstriction in the ischemic active muscle is exaggerated in heart failure. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2018; 314: H11–H18.

  22. Goodwin G.M., McCloskey D.I., Mitchell J.H. Cardiovascular and respiratory responses to changes in central command during isometric exercise at constant muscle tension. J Physiol. 1972; 226: 173–190.

  23. Devereux G.R., Coleman D., Wiles J.D., Swaine I. Lactate accumulation following isometric exercise training and its relationship with reduced resting blood pressure. J Sports Sci. 2012; 30 (11): 1141–1148.

  24. Peretz D.I., McGregor M., Dossetor J.B. Lactic acidosis: A clinically significant aspect of shock. Canad Med Ass J. 1964; 90: 673–675.

  25. Cheung C.P., Coates A.M., Currie K.D., King T.J., Mountjoy M.L., Burr J.F. Examining the relationship between arterial stiffness and swim-training volume in elite aquatic athletes. Eur J Appl Physiol. 2021; 121: 2635–2645.

  26. Osadchiy L.I. Rabota serdtsa i tonus sosudov [Heart function and vascular tone]. Leningrad: Nauka; 1975. 188 (in Russian).

  27. Joyce W., Wang T. How cardiac output is regulated: August Krogh’s proto-Guytonian understanding of the importance of venous return. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2021; 253: 110861.

Received October 13, 2023; accepted March 04, 2024.

 

Information about the authors

Komlyagina Tamara Grigor'evna, Researcher, Research Institute of Neuroscience and Medicine. 630117, Russia, Novosibirsk, Timakov St., 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-5992-4721

Gul'tyaeva Valentina Vladimirovna, Candidate of Sciences (Biology), Leading Researcher, Research Institute of Neuroscience and Medicine. 630117, Russia, Novosibirsk, Timakov St., 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-9981-2452

Zinchenko Margarita Ivanovna, Candidate of Sciences (Medicine), Researcher, Research Institute of Neuroscience and Medicine. 630117, Russia, Novosibirsk, Timakova St., 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3107-0493

Uryumtsev Dmitriy Yur'evich, Candidate of Sciences (Medicine), Researcher, Research Institute of Neuroscience and Medicine. 630117, Russia, Novosibirsk, Timakov St., 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-6434-8220

Bryzgalova Ekaterina Alekseevna, General Practitioner, Research Institute of Neuroscience and Medicine. 630117, Russia, Novosibirsk, Timakov St., 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0004-2161-7357

Mel'nikov Vladimir Nikolaevich, Doctor of Sciences (Biology), Leading Researcher, Research Institute of Neuroscience and Medicine. 630117, Russia, Novosibirsk, Timakova St., 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5786-1870

 

For citation

Komlyagina T.G., Gultyaeva V.V., Zinchenko M.I., Uryumtsev D.Yu., Bryzgalova E.A., Melnikov V.N. Vliyanie staticheskoy fizicheskoy nagruzki na tsentral'nuyu gemodinamiku i rastyazhimost' arteriy u podrostkov-sportsmenov, zanimayushchikhsya plavaniem i lyzhnymi gonkami [Effect of static physical activity on central hemodynamics and arterial distensibility in adolescent athletes involved in swimming and cross-country skiing]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 2: 143–154. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-2-143-154 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 612.13:796

DOI 10.34014/2227-1848-2024-2-143-154

ВЛИЯНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ ГЕМОДИНАМИКУ И РАСТЯЖИМОСТЬ АРТЕРИЙ У ПОДРОСТКОВ-СПОРТСМЕНОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ ПЛАВАНИЕМ И ЛЫЖНЫМИ ГОНКАМИ

Т.Г. Комлягина, В.В. Гультяева, М.И. Зинченко, Д.Ю. Урюмцев, Е.А. Брызгалова, В.Н. Мельников

г. Новосибирск, Россия

 

Цель работы – сравнить растяжимость артерий у легкоатлетов и пловцов – представителей циклических видов спорта, у которых адаптация к мышечной деятельности формируется во взаимодействии с различающимися факторами среды.

Материалы и методы. Квалифицированные спортсмены – юноши и девушки в возрасте 13–17 лет – выполняли 5-минутную кистевую изометрическую нагрузку, составлявшую 20 % от максимальной силы сжатия, с оценкой гемодинамики, эластичности артерий и сердечных показателей на аппарате «Сфигмокор» методом анализа пульсовой волны давления в лучевой артерии и восходящей аорте.

Результаты. В покое у пловцов зафиксировано повышенное систолическое АД, меньшие значения ЧСС, аугментационного индекса и относительной длительности систолы. Сразу после нагрузки у них отмечался рост АД, аугментационного давления, сократимости левого желудочка как следствие активации симпатоадреналовой системы при нагрузке. У лыжников ответы были редуцированными. Через 20 мин восстановления у пловцов диастолическое давление и аугментационный индекс опускались ниже исходного уровня, что, вероятно, было связано с вазодилятаторным действием вымываемых после нагрузки кислых продуктов обмена из изометрически сокращенных ишемизированных мышц предплечья.

Выводы. Специфика тренировки в водной среде оказывает влияние на фоновые гемодинамические показатели, растяжимость артерий и реактивность на локальную изометрическую нагрузку.

Ключевые слова: кистевая изометрическая нагрузка, центральная гемодинамика, растяжимость артерий, сердечный цикл, подростки, спортсмены.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.

Вклад авторов

Написание и редактирование текста, выполнение аппланационной тонометрии,

обработка материала: Комлягина Т.Г.

Разработка дизайна, выполнение изометрического теста: Гультяева В.В.

Медицинское обеспечение, составление протокола исследования: Зинченко М.И.

Литературный поиск и анализ, взаимодействие с родителями и тренерами: Урюмцев Д.Ю.

Подбор испытуемых, администрирование базы данных: Брызгалова Е.А.

Анализ и статистическая обработка данных: Мельников В.Н.

 

Литература

  1. Safar M.E. Systolic blood pressure, pulse pressure and arterial stiffness as cardiovascular risk factors. Curr Opin Nephrol Hypertens. 2001; 10: 257–261.

  2. Nemes A., Forster T., Csanády M. Reduction of coronary flow reserve in patients with increased aortic stiffness. Can J Physiol Pharm. 2007; 85: 818–822.

  3. Boutouyrie P., Chowienczyk P., Humphrey J.D., Mitchell G.F. Arterial stiffness and cardiovascular risk in hypertension. Circ Res. 2021; 128 (7): 864–886.

  4. Мавлиев Ф.А., Назаренко А.С., Асманов Р.Ф., Сиразетдинов А.Ф., Мастров А.В. Особенности реакции артериального давления на физическую нагрузку у представителей различных видов спорта. Наука и спорт: современные тенденции. 2020; 8 (1): 62–68.

  5. Kim D.H., Braam B. Assessment of arterial stiffness using applanation tonometry. Can J Physiol Pharm. 2013; 91 (12): 999–1008.

  6. Zhang Ya, Fan X., Qi L., Du Ch. Comparison of central hemodynamic parameters for young basketball athletes and control group. Acta Cardiol. 2017; Dec 28: 1–7.

  7. Haapala E.A., Laukkanen J.A., Takken T., Kujala U.M., Finni T. Peak oxygen uptake, ventilator threshold, and arterial stiffness in adolescents. Eur J Appl Physiol. 2018; 118: 2367–2376.

  8. Fernström M., Heiland E.G., Kjellenberg K., Ponten M., Tarassova O., Nyberg G., Helgadottir B., Ekblom M.M., Ekblom Ö. Effects of prolonged sitting and physical activity breaks on measures arterial stiffness and cortisol in adolescents. Acta Pediatr. 2023; 112 (5): 1011–1018.

  9. Zhang Ya., Lin Qi, Frans van de Vosse, Chenglin Du, Yudong Yao, Jianhang Du, Guifu Wu, Lisheng Xu. Recovery responses of central hemodynamics in basketball athletes and controls after the Bruce test. Front Physiol. 2020; 11: 593277.

  10. Varga-Pintér B., Horváth P., Kneffel Z., Major Z., Osváth P., Pavlik G. Resting blood pressure values of adult athletes. Kidney Blood Press Res. 2011; 34 (6): 387–395.

  11. Zhang Yi, Lacolley P., Protogerou A.D., Safar M. Arterial sriffness in hypertension and function of large arteries. Am J Hypertens. 2020; 33 (4): 291–296.

  12. Nualnim N., Barnes J.N., Tarumi T., Renzi C.P., Tanaka H. Comparison of central artery elasticity in swimmers, runners, and the sedentary. Am J Cardiol. 2011; 107 (5): 783–787.

  13. Yuan W.X., Liu H.B., Gao F.S., Wang Y.X., Qin K.R. Effect of 8-week swimming training on carotid arterial stiffness and hemodynamics in young overweight adults. Biomed Eng Online. 2016; 15 (suppl. 2): 151.

  14. Nualnim N., Parkhurst K., Dhindsa M., Tarumi T. Effecr of swimming training on blood pressure and vascular function in adults >50 years of age. Am J Cardiol. 2012; 109 (7): 1005–1010.

  15. Brook R.D., Appel I.J., Rubenfire M., Ogedegber G., Bisognano J.D. Beyond medication and diet: alternative approaches to lowering blood pressure: a scientific statement from the American Heart Association. Hypertension. 2013; 61 (6): 1360–1383.

  16. McGowan C.L., Proctor D.N., Swaine I. Isometric hand grip as an adjunct for blood pressure control: a primer for clinicians. Curr Hypertrns Rep. 2017; 19 (6): 51.

  17. Butlin M., Quasem A. Large artery stiffness assessment using SphygmoCor technology. Pulse. 2016; 4: 180–192.

  18. Гайнуллина Д.К., Швецова А.А., Тарасова О.С. Механизмы влияния ацидоза на тонус кровеносных сосудов. Авиакосм. Экологич. мед. 2022; 56 (5): 38–45.

  19. Safar M.E., Asmar R., Benetos A., Blacher J., Boutouyrie P., Lacolley P., Laurent S., London G., Pannier B., Protogerou A., Regnault V., French Study Group on Arterial Stiffness. Interaction and Arterial Stiffness. Hypertension. 2018; 72 (4): 796–805.

  20. Delaney E.P., Greaney J.L., Edwards D.G., Rose W.C., Fadel P.J., Farquhar W.B. Exaggerated sympathetic and pressor responses to handgrip exercise in older hypertensive humans: role of the muscle metaboreflex. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2010; 299: H1318–H1327.

  21. Kaur J., Senador D., Krishnan A.C., Hanna H.W., Alvarez A., Machado T.M., O’Leary D.S. Muscle metaboreflex-induced vasoconstriction in the ischemic active muscle is exaggerated in heart failure. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2018; 314: H11–H18.

  22. Goodwin G.M., McCloskey D.I., Mitchell J.H. Cardiovascular and respiratory responses to changes in central command during isometric exercise at constant muscle tension. J Physiol. 1972; 226: 173–190.

  23. Devereux G.R., Coleman D., Wiles J.D., Swaine I. Lactate accumulation following isometric exercise training and its relationship with reduced resting blood pressure. J Sports Sci. 2012; 30 (11): 1141–1148.

  24. Peretz D.I., McGregor M., Dossetor J.B. Lactic acidosis: A clinically significant aspect of shock. Canad Med Ass J. 1964; 90: 673–675.

  25. Cheung C.P., Coates A.M., Currie K.D., King T.J., Mountjoy M.L., Burr J.F. Examining the relationship between arterial stiffness and swim-training volume in elite aquatic athletes. Eur J Appl Physiol. 2021; 121: 2635–2645.

  26. Осадчий Л.И. Работа сердца и тонус сосудов. Ленинград: Наука; 1975: 188.

  27. Joyce W., Wang T. How cardiac output is regulated: August Krogh’s proto-Guytonian understanding of the importance of venous return. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2021; 253: 110861.

Поступила в редакцию 13.10.2023; принята 04.03.2024.

 

Авторский коллектив

Комлягина Тамара Григорьевна – научный сотрудник, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины». 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4; e-mail: tkomlya­Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-5992-4721

Гультяева Валентина Владимировна – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины». 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-9981-2452

Зинченко Маргарита Ивановна – кандидат медицинских наук, научный сотрудник, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины». 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3107-0493

Урюмцев Дмитрий Юрьевич – кандидат медицинских наук, научный сотрудник, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины». 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-6434-8220

Брызгалова Екатерина Алексеевна – врач-терапевт, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины». 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0004-2161-7357

Мельников Владимир Николаевич – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, ФГБНУ «Научно-исследовательский институт нейронаук и медицины». 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Тимакова, 4; e-mail: mevlаЭтот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5786-1870

 

Образец цитирования

Комлягина Т.Г., Гультяева В.В., Зинченко М.И., Урюмцев Д.Ю., Брызгалова Е.А., Мельников В.Н. Влияние статической физической нагрузки на центральную гемодинамику и растяжимость артерий у подростков-спортсменов, занимающихся плаванием и лыжными гонками. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 2: 143–154. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-2-143-154.