General and integral analysis of cardiac effects under acute hypoxia before and after intermittent hypoxic training in humans in Northern Russia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: One of the specific and underexplored issues in human ecological physiology and medicine in the North is cardiac function during hypoxemia in the cold season. This formed the basis of the current study.

AIM: To examine the changes in the bioelectrical activity of the heart and the integral typology of responses to acute hypoxia before and after interval normobaric hypoxic training in healthy individuals during the winter season in Northern Russia.

MATERIALS AND METHODS: The study included 29 men (mean age 20.2±0.31 years) exposed to acute hypoxia (12.3% O2) for 20 minutes. Blood oxygenation (SpO2%) and three amplitude and temporal ECG parameters were recorded at baseline and on Days 1, 7, and 16 following intermittent normobaric hypoxic training. Integral values of the heart’s chronotropic and inotropic responses were determined.

RESULTS: At baseline, during acute hypoxia, P1II (р=0,005) and P-Q (р=0,006) increased, while RII, T1II, R-R, and Q-T (р <0,001) decreased. Following intermittent normobaric hypoxic training, the deviation in T1II during acute hypoxia reduced from Day 1 (p=0.030) to Day 16 (p <0.001), and P1II decreased by Day 16 (p=0.020). Deviations in T1II and Q-T correlated consistently with those in SpO2%. During episodes of acute hypoxia, mesoreactive responses were observed in 42.5–47.1% of cases, hyperreactive responses in 24.1–29.9%, and hyporeactive responses in 27.6–28.7%. Integral values of polar chronotropic and inotropic reactions to acute hypoxia increased significantly from Day 7 following intermittent normobaric hypoxic training compared to baseline.

CONCLUSION: Intermittent hypoxic training reduces alterations in the bioelectrical activity of the right atrium during acute hypoxia, and mitigates the suppression of ventricular myocardial activity during the rapid terminal repolarization phase. Ventricular systole becomes increasingly dependent on developing hypoxemia. While the quantitative proportions of polar chronotropic and inotropic responses remain unchanged, their integral mean values increase significantly.

About the authors

Mikhail I. Bocharov

Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: bocha48@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6918-5523
SPIN-code: 7435-1550

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Syktyvkar

Alexander S. Shilov

Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: shelove@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-0520-581X
SPIN-code: 9039-4883

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Syktyvkar

References

  1. Newsholme P, De Bittencourt PI, O’Hagan C, et al. Exercise and possible molecular mechanisms of protection from vascular disease and diabetes: the central role of ROS and nitric oxide. Clin Sci (Lond). 2009;118(5):341–349. doi: 10.1042/CS20090433
  2. Semenza GL. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell Physiol Biochem. 2012;148(3):399-408. doi: 10.1016/j.cell.2012.01.021
  3. Lukyanova LD. Signaling mechanisms of hypoxia. Moscow: RAN; 2019. (In Russ.) EDN: ZXWRHB
  4. Aghajanyan NA, Mirrakhimov MM. Mountains and body resistance. Moscow: Nauka; 1970. (In Russ.)
  5. Gazenko OG, editor. Human physiology in the conditions of the highlands. Moscow: Nauka; 1987. (In Russ.)
  6. Kaznacheev VP. Modern aspects of adaptation. Novosibirsk: Nauka; 1980. (In Russ.) EDN: RZYABH
  7. Kulikov VYu, Kim LB. Oxygen regime during human adaptation in the Far North. Novosibirsk: Nauka; 1987. (In Russ.) EDN: SEWFPZ
  8. Pastukhov YuF, Maksimov AL, Khaskin VV. Adaptation to cold and Subarctic conditions: problems of thermophysiology. Magadan: SVNTs DVO RAN; 2003. Vol. 1. (In Russ.) EDN: QKMKER
  9. Neverova NP, Barbashova ZI, Kononov AS. Respiratory system. In: Ecological human Physiology. Human adaptation to various climatic and geographical conditions (manual of physiology). Leningrad: Nauka; 1980. Р. 109–121. (In Russ.)
  10. Avtsyn AP, Marachev AG. Manifestation of adaptation and maladaptation in the inhabitants of the Far North. Human Physiology. 1975;1(4):587–601. (In Russ.)
  11. Yakimenko MA, Neshumova TV, Tkachenko EYa. Oxygen consumption and some indices of external respiration during adaptation to cold. Human Physiology. 1977;3(4):574–576. EDN: ZYQVLH
  12. Little MA, Hanna JM. Reactions of high-altitude populations to the effects of cold and other stressors. In: Biology of the inhabitants of the highlands. Moscow: Mir; 1981. Р. 276–328. (In Russ.)
  13. Sutton JR, Houston CS, Coates G, editors. Hypoxia and cold. N.-Y.: Westport, Connecticut London: Praeger; 1987.
  14. Le Blanc J. Metabolic responses to cold and hypoxia. In: Hypoxia and cold. N.-Y., Westport, Connecticut London: Praeger; 1987. P. 33–43.
  15. Volkov NI. Intermittent hypoxia — a new method of training, rehabilitation and therapy. Theory and Practice of Physical Culture. 2000;(7):20–23. (In Russ.)
  16. Navarrete-Opazo A, Mitchell GS. Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2014;307(10):R1181–R1197. doi: 10.1152/ajpregu.00208.2014
  17. Bocharov MI, Shilov AS. Variations of human heart bioelectrical signals at hypoxic exposure. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2022;29(3):33–43. EDN: WXBMRK doi: 10.17816/humeco71603
  18. Koichubekov BK, Sorokina MA, Mkhitaryan KE. Sample size determination in planning of scientific research. International Journal of Applied and Fundamental Research. 2014;(4):71–74. EDN: RZFUBV
  19. Malkin VB, Gippenreiter EB. Acute and chronic hypoxia. Moscow: Nauka; 1977. (In Russ.)
  20. Anikina TA, Sitdikov FG. Purinoreceptors of the heart in ontogenesis. Kazan: Tipografiya TGGPU; 2011. (In Russ.) EDN: QKTRMP
  21. Burnstock G. Purinergic signalling. Br J Pharmacol. 2006;147(Suppl 1):S172–S181. doi: 10.1038/sj.bjp.0706429
  22. Novikov VS, Soroko SI, Shustov EB. Maladaptation states of a person under extreme influences and their correction. St. Petersburg: Polytechnic-print; 2018. (In Russ.) EDN: XYPHID

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Deviations of the electrocardiogram parameters relative to the initial ones in acute hypoxia in the control (K) and at different periods (1st, 7th and 16th days) after interval hypoxic training (M±tmd).

Download (143KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Integral values of chronoinotropic reaction types (hyperreactive — hyper, mesoreactive — meso, hyporeactive — hypo) of the heart (A), their quantitative values (B) and deviations of blood oxygenation (C) in acute hypoxia in the control (K) and at different periods (1st, 7th and 16th days) after interval hypoxic training (M±tmd).

Download (210KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 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».