Adaptive responses of heart rate regulation during functional tests with breath holding

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Synchronization of biorhythms in living organisms is of particular interest to researchers from the standpoint of adaptation theory.

AIM: To study the characteristics of the response of regulatory influences on heart rhythm during tests with voluntary breath holding during inhalation and exhalation.

MATERIAL AND METHODS: The study sample included 21 randomly selected students (9 males, 12 females) aged 20.64±1.14 years with body weight 67.19±12.98 kg, height 172.29±7.63 cm. All subjects were divided into three groups (I, II, III) according to the classification by N.I. Shlyk (2009), which is based on the predominance of central or autonomic circuits of heart rhythm regulation. A fivefold sequential ECG recording was conducted using the hardware-software complex “Varicard 3.0” with the subject seated after a five-minute rest: 1 — baseline state; 2 — voluntary breath holding during inhalation; 3 — resting state; 4 — voluntary breath holding during exhalation; 5 — resting state. Using the “Varicard 3.0” system, a mathematical analysis of heart rhythm was performed, taking into account statistical parameters of heart rhythm and indices of spectral frequency analysis.

RESULTS: During the period of breath holding, heart rate variability decreased, while at rest it increased in all groups. In group I, after a breath-hold test during the rest period, eutonia was observed according to spectral analysis (HF=LF). Statistical analysis in this group demonstrated an increase in the contribution of the parasympathetic component to heart rate variability (RMSSD, pNN50, SDNN, CV), signifying the prerequisites for increased heart rate variability. In group II, after breath-holding tests, a slight decrease in sympathetic activity was observed. A tense pattern of autonomic regulation was observed during the exhalation breath-hold test, which may indicate a reduced functional state of the regulatory systems. Group III was characterized by a sharp increase in sympathetic activation in the test with breath holding during inhalation, followed by a soft correction during breath holding during exhalation, which can be regarded as an adequate response of the body to the load. At rest, after the test, the regulation pattern returned to the original one with a moderate predominance of parasympathetic activity and, accordingly, a more favorable level of heart rate variability for the body.

CONCLUSION: Adaptive reactions of the heart rate variability are manifested by an increase in sympathetic activation, which, subsequently, during normal breathing, is replaced by a compensatory activation of the parasympathetic division of the autonomous nervous system. Although reactions are unidirectional, the severity can vary across the groups.

About the authors

Larisa E. Deryagina

Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation named after V.Y. Kikot

Email: lderyagina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5522-5950
SPIN-code: 6606-6628

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Sergey V. Bulatetsky

Ryazan State Medical University named after academician I.P. Pavlov

Author for correspondence.
Email: dr_bsv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6023-7523
SPIN-code: 2756-9179

Sergey V. Bulatetsky

Russian Federation, Ryazan

References

  1. Zenchenko TA, Jordanova M, Poskotinova LV, et al. Synchronization between human heart rate dynamics and Pc5 geomagnetic pulsations at different latitudes. Biofizika. 2014;59(6):1186–1194. EDN: TGWDJZ
  2. Pokrovskii VM, Polishchuk SV, Gorbunov RV, Gurskaya EV. Cardio-respiratory synchronism: new methodological and methodological possibilities for assessing the level of adaptationю In: Physiological problems of adaptation: Collection of scientific papers articles. Stavropol; 2008. P. 141–143. (In Russ.)
  3. Odegov AK, Bulatetsky SV, Prisakaru MN. Controlled breathing as a way to correct the functional state of the human body through the management of HRV. In: Physiology — actual problems of fundamental and applied research: materials of the All-Russian scientific and practical conference with international participation dedicated to the 125th anniversary of the birth of Academician Pyotr Kuzmich Anokhin. Volgograd; 2023. P. 268–271. EDN: QZFWBY (In Russ.)
  4. Shlyk NI. Heart rate and regulation type of children, teenagers and sportsmen. Izhevsk: Udmurtskii universitet; 2009. EDN: QLVYBB (In Russ.)
  5. Gridin LA. Modern understanding of the physiological and therapeutic and prophylactic effects of actions hypoxia and hypercapnia. Medicine. 2016;4(3):45–68. EDN: WMFKHN
  6. Tabarov MS. Features of the reactions of organ arteries and veins to humoral stimuli with the combined effect of hypoxia and hypothermia on the body [dissertation abstract]. Saint-Petersburg; 2003. 45 p. (In Russ.)
  7. Chizhov AYa, Potievskaya VI. The normalizing effect of normobaric hypoxic hypoxia. Fiziologiya Cheloveka. 1997;23(1):108–112. (In Russ.)
  8. Chub IS, Milkova AV, Eliseeva NS. The condition of cardiorespiratory system in students with different degree of resistance to hypoxia. Bulletin Physiology and Pathology of Respiration. 2014;(52):8–15. EDN: SFMHZR
  9. Agadzhanyan NA, Polunin IN, Stepanov VK, Polyakov VN. A person in conditions of hypocapnia and hypercapnia. Astrakhan: AGMA; 2001. (In Russ.)
  10. Nenasheva AV, Aminov AS, Pozina NV, et al. Hypoxia resistance and vestibular stability of pupils and pupils aged 6-14 years of the social rehabilitation center. Vestnik Yuzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Obrazovanie, zdravookhranenie, fizicheskaya kultura. 2007;(2):120–124. EDN: KWYCOH (In Russ.)
  11. Divert VE, Krivoshchekov SG, Vodyanitsky SN. Individual-typological assessment of cardiorespiratory responses to hypoxia and hypercapnia in young healthy men. Fiziologiya Cheloveka. 2015;41(2):64–73. EDN: TLOUMD doi: 10.7868/S0131164615020058
  12. Agadzhanyan NA, Dvoenosov VG. Physiological features of the combined effect of acute hypoxia and hypercapnia on the body. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2008;(1):4–8. EDN: MUOCKB (In Russ.)
  13. Divert VE, Komlyagina TG, Krasnikova NV, et al. Cardiorespiratory responses of swimmers to hypoxia and hypercapnia. Novosibirsk State Pedagogical University Bulletin. 2017;7(5):207–224. EDN: ZQXRWL doi: 10.15293/2226-3365.1705.14
  14. Mikhailova AV. Features of heart rate variability indicators in athletes with overstrain of the cardiovascular system. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(S2):34. EDN: KXMMYO (In Russ.)
  15. Shakhanova AV, Koblev YaK, Grechishkina SS. Features of adaptation of the cardiovascular system of athletes of different sports according to heart rate variability. The Bulletin of Adyghe State University. Seriya: Natural, Mathematical and Technical Sciences. 2010;(1):105–111. EDN: MUBOCP
  16. Shlyk NI. Management of athletic training taking into account individual heart rate variability characteristics. Fiziologiya Cheloveka. 2016;42(6):81–91. EDN: XGWDHD doi: 10.7868/S0131164616060187
  17. Davila MI, Lewis GF, Porges SW. PhysioCam: a new non-contact sensor for measuring heart rate variability in clinical and field settings. Public Health Front. 2017;5:300. doi: 10.3389/fpubh.2017.00300
  18. Hayano J, Yuda E. Pitfalls of assessing autonomic function using heart rate variability. J Physiol Anthropol. 2019;38(1):3. doi: 10.1186/s40101-019-0193-2
  19. Bykov EV, Balberova OV, Sabiryanova ES, Chipyshev AV. The features of myocardial hemodynamic and vegetative homeostasis in athletes of different qualifications from acyclic sports. Human. Sport. Medicine. 2019;19(3):36–45. EDN: OZGERY doi: 10.14529/hsm190305
  20. Schneider M, Schwerdtfeger A. Autonomic dysfunction in posttraumatic stress disorder indexed by heart rate variability: a meta-analysis. Psychol Med. 2020;50(12):1937–1948. doi: 10.1017/S003329172000207X
  21. McCraty R, Schaffer F. Heart rate variability: new insights into physiological mechanisms, assessment of self-regulatory capacity, and health risk. Global Advances in Health and Medicine. 2015;4(1):46–61. doi: 10.7453/gahmj.2014.073
  22. Zaccaro A, Piarulli A, Laurino M, et al. How breath-control can change your life: a systematic review on psycho-physiological correlates of slow breathing. Front Hum Neurosci. 2018;12:353. doi: 10.3389/fnhum.2018.00353
  23. Malhotra V, Bharshankar R, Ravi N, Bhagat OL. Acute effects on heart rate variability during slow deep breathing. Mymensingh Med J. 2021;30(1):208–213.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


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».