被动的影响模拟慢跑短期心率变异性在异构群人类被试

文摘

背景。心率变异性(HRV)反映自主神经系统神经交感和副交感神经之间的平衡(ANS)。HRV降低发生在一些慢性疾病和缺乏身体活动。外部循环恢复HRV的脉冲。添加新方法可以实现脉冲循环与被动模拟慢跑设备(JD)。我们假设应用JD可能增加HRV坐在和仰卧的姿势在异构批志愿者主题。方法。二十步人(年龄31 - 88)招募了。体力活动干预(JD)移动脚重复和交替的方式;向上运动的踏板,后跟一个前脚攻向下的运动与半刚性的保险杠模拟出脚与地面在慢跑。每个主题经历了四个,在坐30分钟的会议,仰卧的姿势与活跃的JD和相同的骗局。HRV评价(提单),和恢复(REC)心电图分析。时域变量计算,即标准差的正常RR间隔(SDNN)和平方根的平方和均值的差异相邻RR间隔(RMSSD)。频域措施决定使用一个标准的快速傅里叶频谱分析,以及参数庞加莱的情节。结果。三十分钟的JD显著提高HRV时域措施和庞加莱参数坐在和仰卧的姿势。频域参数没有变化。JD的影响HRV措施不受年龄、性别或姿势。结论。被动模拟慢跑设备增加HRV坐在和仰卧的姿势。这种干预提供轻松身体活动是一种新型的利用增加的有利影响HRV的方法。

1。介绍

心率变异性(HRV)是一个测量平衡在自主神经系统交感(SNS) (ANS)和副交感神经系统(PSN)。减少HRV ANS功能障碍的一个标志,发生在糖尿病、冠心病、心力衰竭、高血压、老化和脆弱。这是患者预后,它标识增加心肌梗死后心脏死亡率(1- - - - - -4]。久坐和久坐不动的生活方式也减少了HRV [5,6]而更多的闲暇时间活动和行走产生增加HRV [5,7]。长期坐着被称为“坐在病”和发展风险高心脏病、高血压和糖尿病2型(8]。大量缺乏身体活动存在于从18 - 32%的成年人9]。其经济负担在美国每年据估计为1310亿美元(10]。

正常HRV在衰老和虚弱是有益的,那些认知能力下降,糖尿病,冠心病,心脏衰竭(4,7,11,12]。各种干预措施修改HRV,体育活动是研究最多的干预(4]。尽管无数的积极作用的公共知识运动对心血管和中枢神经系统,坚持和遵守任何运动策略是有限的。

我们之前显示的脉冲通过全身血液循环周期加速度增加心率变异性在猪postcardiac逮捕13]。在这里,我们报告便携式被动模拟慢跑装置(JD),增加了脉冲通过被动循环利用的前脚电动踏板上升和他们达成半刚性的保险杠用运动来模拟英尺。我们假设JD可能增加HRV在人类受试者的异质群体缺乏身体活动所产生的不间断仰卧位或坐姿。

2。材料和方法

2.1。IRB批准

这项研究及其知情同意表格被西方机构审查委员会批准(WIRB),研究数量:11172318和WIRB: 11172318 (WIRB Puyallup,佤邦98374 - 2115)和形式的一部分研究JD在各种姿势的影响。这项研究是在注册ClinicalTrials.govNCT03426774。受试者招募了来自个人联系的口碑。研究方案是口头沟通提供的主题和经批准的书面知情同意。所有人都有机会提问。感兴趣的对象执行书面知情同意。

2.2。研究参与者

二十步人参与了这次调查的口碑,给他们的知情同意参加。他们要求不喝咖啡的日子,他们的参与,又问了一遍喝咖啡在随后几天的学习。所有受试者接受金融报酬为他们的参与。体重指数计算描述参与者如下:BMI正常体重18.5 - 24.9,超重25 - 29.9和肥胖30或更多。表1列出研究参与者的特点。没有试图招募一个同质组受试者因为预期的人口使用JD不同年龄和并发症。

研究是在上午和下午早些时候进行的。会话仅限于两个每天每个主题。每个会话的时间由15到20分钟仪器每个研究60分钟之后紧随其后。进行了四个交易日为每个主题:(1)和仰卧的姿势坐在被动模拟慢跑设备(JD)和(2)和仰卧的姿势坐在“骗局”。后者包括将被动模拟慢跑设备(JD)在地板上相邻的床上或椅子上,因此只有操作设备的噪声可以听到。学习一天,受试者按顺序分配给从仰坐着虚假的或虚假的和遵循补充数据图的流程图1。

2.3。被动模拟慢跑设备(JD)

这个便携式模拟慢跑装置(JD)整合了计算机控制,直流电动运动脚踏板放置在一个底盘对表面半刚性的重复利用模拟慢跑等运动活动主题时坐在或躺在床上。它重约4.5公斤与底盘的尺寸34 35 x 10厘米。是放置在地板上坐着应用程序和安全踏板的床上仰卧的应用程序。脚踏板快速、重复交替左、右踏板运动解除向上约2.54厘米其次是活跃向下踩攻半刚性的保险杠放置在底盘。通过这种方式,它模拟脚影响对地面的影响(14]。每次脚踏板罢工保险杠,一个小型脉冲被添加到循环。研究的节奏(~ 190步/分钟)。图1

2.4。HRV分析

三个主要的心电图是用来记录心率使用每秒1000点的采样率(科罗拉多斯普林斯,LabChart 7 PRO, ADInstruments有限公司80906)。

方法用于HRV分析坚持标准工作组开发的欧洲心脏病协会和北美社会的节奏和电生理学15]。RR间隔得到的数字化心电图信号的采样率1000点/秒。连续RR间隔,之间的时间间隔的连续检测区域的对QRS复合利用R波检测。(LabChart7 Pro, ADInstruments科罗拉多斯普林斯,CO)。

HRV的评估时间和频域的方法从三个连续5分钟RR间隔在基线(提单),和恢复(REC)(15分钟完成后30分钟的JD)。异位打造成过早心室收缩都从心电图波形和缺失的数据被插入胜来自最近的有效数据,分析正常的rr间隔,神经网络。用于时域分析的变量包括:标准差的正常RR间隔(SDNN),和的平方根的平方和的均值之间的差异相邻NN间隔(RMSSD)。频域措施决定使用一个标准的快速傅里叶谱分析和下面的计算神经网络时间间隔;非常低频功率(甚低频,0.01 - -0.04赫兹),低频功率(低频,0.04 - -0.15赫兹)和高频电源(高频,0.15 - 0.4赫兹)。,LF, and HF powers are reported in normalized units ( LFnu, and HFnu), which represent the relative value of each power component in proportion to the total power [1]。

2.4.1。庞加莱的措施

庞加莱图是基于的前提以及交感神经和副交感神经的变化调制的心率影响随后的RR间隔。与频域测量庞加莱图分析是对变化的趋势[rr间隔16]。作为一种非线性方法,庞加莱图提供了一个分散的RR间隔绘制与前面的RR区间。分析需要拟合椭圆的情节,其中心与中心的标记。分散的点是垂直于直线的身份措施庞加莱散点图的宽度和反映了短期HRV。身份措施的分散的点线的长度分布图,指出长期HRV,这反映了RR间隔的标准差(SDNN)。(SD1)宽度和长度(庞加莱SD2)确定拟合椭圆的宽度和长度来描述图的形状数学(16,17]。

2.5。统计分析

分析心电图数据被输入进STATISTICA (StatSoft Inc .,塔尔萨)进行分析。每个参数的平均值和标准差的意思是每个时代。连续变量进行评估为重复测量方差分析。变量的显著差异,事后分析要用到图基HSD平等或不平等的样本大小。比较离散变量的确切概率法进行评估。统计分析使用STATISTICA (StatSoft Inc .,塔尔萨)。p < 0.01被认为是具有统计学意义的价值。数据意味着±SEM。

3所示。结果

研究异构人口是由20个项目,12个女性,8男性。年龄和体重指数、药物和基线心率表上列出了每一个主题1。

3.1。JD坐在和仰卧的姿势的影响

坐在和仰卧的姿势30分钟的JD从基线增加HRV的下列措施;SDNN、RMSSD SD1 SD2。JD SDDN增加(坐:提单,40±5 ms与JD, 59±6 ms,p< 0.001和仰卧位:提单,49±5 ms,与JD 73±12毫秒,p< 0.001)和RMSSD(坐:提单,36±7与JD女士,54±9女士,p< 0.001和仰卧位:提单,41±6 ms,与JD 66±142 ms, p < 0.001)。同样的庞加莱参数JD后增加;SD1(坐:提单,25±5 ms与JD, 38±6 ms,p< 0.001和仰卧位:提单,39±4 ms,与JD 47±10毫秒,p< 0.01)和SD2(坐:提单,50±6 ms与JD, 73±7女士,p< 0.001和仰卧位:提单,61±6 ms,与JD 90±15毫秒,p< 0.01)。没有明显的频域的HRV指标的变化。比较坐,仰卧的姿势RMSDD SD1 SD2低在仰卧位,SDNN在仰卧位高30在JD的矩形阶段。正如所料,虚假的比较没有显示显著差异在任何线性或庞加莱HRV参数研究(见表2,数据2和3)。

3.2。性别对HRV和JD诱导的影响HRV的增加

表3总结了性别之间的HRV值两个姿势。女性受试者的坐姿高心率比男性在提单(女:73±3 bpm和男性62±4 bpm,p< 0.001)和矩形(女,73±3女士,与男性63±5 bpm,p< 0.001)。在仰卧的姿势心率性别之间的差异可以忽略不计。在坐姿RMSDD也降低女性受试者在矩形(女:49±14与男性61±9女士,女士p< 0.001)和类似的发现在仰卧的姿势(女:50±9与男性93±32女士,女士p< 0.001)。大SDNN SD2, LFnu HFnu观察仰卧的男性相比,女性在虚假的集团(表3)。

4所示。讨论

目前的研究表明一个30分钟会议JD坐或仰卧的姿势HRV时域短期措施增加和庞加莱参数。JD的影响HRV的措施不是年龄,性别或姿态依赖文件表(见补充数据1)。

在另一个调查,8分钟的被动的影响下肢运动的HRV研究坐姿使用被动循环设备每分钟5 - 15周期在一群年轻的健康的志愿者18]。与基线值相比,一个小的减少线性域参数如SDNN RMSSD发生没有显著变化。另外减少庞加莱等参数SD2和SD1 / SD2被观察到。减少频域参数(总功率和低频率)和高频增加参数也有相关报道。这种差异主要在年轻健康男性受试者观察。这些调查人员得出的结论是,被动下肢运动可能导致ANS反应与交感神经活动很大程度上抑制和迷走神经支配地位提高18]。相比之下,我们发现HRV线性参数,如SDNN RMSSD和庞加莱参数,SD1和SD2更快速增加(~ 190 cpm)被动的腿部运动。Fujita et al。19]研究健康男性仰卧位受试者使用被动骑车10分钟60 cpm和控制呼吸,发现降低RMSSD没有心率或频域参数的变化。学业和我们之间有显著差异。施等。([18)应用被动运动的频率最多15 cpm而我们的频率~ 190 cpm。曝光时间被动运动是8分钟30分钟相比我们的。我们的研究表明,男性和女性都同样回应JD增加HRV的线性和庞加莱参数。在Fujita el al相比。6),我们的研究显示,30分钟的JD在仰卧的姿势增加RMSSD和SDNN频域参数没有变化。我们没有控制呼吸速率在我们的研究中,因为我们的目标是确定JD在现实生活状况的影响HRV的参数。进一步,史等。18和Fujita et al。19]研究健康的年轻岁的受试者相比我们的多样化人口。

副交感神经张力RMSSD主要是反射而SDNN既反映了交感神经和副交感神经调制。低HRV值表示一个相对交感神经支配,可能是由于交感神经活动和高或低副交感神经活动。更高的HRV值表示的平衡转向增加副交感神经活动(1,16,20.]。因此,HRV降低值,据史后,藤田等人被动锻炼,同情的语气表明增加或减少在迷走神经的语气18,19]。

Licurci et al。21]研究全身振动的影响(20 hz) 10分钟的老年人(平均年龄64岁)站的姿势。他们发现显著增加SDNN RMSSD和频域参数。我们的研究对JD不同频率(~ 2.4 Hz)暴露在刺激的长度(10分钟,比30分钟)以及姿势(站与坐,仰卧位),但我们的研究结果一致认为,被动运动增加身体的HRV在人类主题。

最近的荟萃分析运动的影响(监督、非监督和变量强度)的患者HRV措施增加各种心血管疾病和糖尿病意味着运动后状态与增加迷走神经调制和减少有关同情的语气。这些发现也显示了皮尔森et al。11)和其他心脏衰竭的科目(22,23和那些有糖尿病和代谢综合征12,24,25]。改善与降低受试者的HRV的有利影响HRV如心衰、糖尿病和虚弱的老人已经被其他人所示(12,24- - - - - -26]。心脏衰竭学科入侵神经调节策略等自主神经系统调制使用迷走神经刺激,肾脏去神经和颈动脉压力感受器刺激目前正在调查作为一种提高HRV [27,28]。因为许多病人不能运动由于运动能力有限,被动运动策略如JD可能是一个非侵入性策略与积极锻炼。

JD诱发机制,提高HRV并不在我们的研究中解决。基于我们以前的工作与整个身体周期加速度(pGz,还增加了脉冲循环),我们推断的提高HRV与JD在一定程度上是由于增加一氧化氮的释放。一氧化氮,一氧化氮合成酶、神经元一氧化氮(nNOS)和内皮一氧化氮(以挪士)是重要的调节交感神经活动。因此,pGz增加以挪士和nNOS表达式在孤立的细胞,心肌细胞、骨骼肌(29日- - - - - -31日]。nNOS sympathoinhibitory效应在生理条件下,作用于不同地点的神经系统,包括室旁核、孤束核、延髓吻侧腹,颈动脉体,肾脏和神经32- - - - - -34]。nNOS通过选择性抑制nNOS抑制剂1 - 2 trifluoromethyl咪唑(修剪)或使用nNOS基因敲除小鼠显著降低HRV [13,35]。在人类没有收到捐赠药物或精氨酸,有增强心脏迷走神经的控制(36]。

限制必须承认在我们的研究包括以下。志愿者在我们的研究中包括一个多元化的集团;即8有高血压和接受药物治疗4人2型糖尿病患者。此外,他们不是同质的健康受试者,而是代表真实世界的人口可能服用JD。我们的研究使用JD 30分钟;长期JD对HRV的影响需要进一步的研究。同样运动继续使用JD(超过单个会话)应该承担为了获得更持久的影响。JD引入额外的脉动对身体的引人注目的脚前保险杠与每一步。因此,类似于整个身体周期加速度的影响不仅是局部的,而且系统在自然界中,由于加速度的力量可以测量体内各点在仰卧位和就座。这些局部和全身颤动产生的影响内皮刺激生产主机的介质包括一氧化氮; in various disease states (diabetes, metabolic syndrome, limb ischemia, ischemia reperfusion injury, and others) endothelial dysfunction is not a homogenous phenomenon such that the use of JD would still be a beneficial intervention. The effects of JD on HRV in specific disease entities remain a subject for future investigation.

5。结论

目前的研究表明一个30分钟会议JD坐或仰卧的姿势HRV时域短期措施增加和庞加莱参数在一个10分钟的恢复期。短时间使用JD HRV措施的效果没有年龄,性别或姿势的依赖。我们的发现在这种异质群体的人体试验表明,增加身体活动促进了JD可以作为一个干预提高HRV在久坐不动的人。

数据可用性

电子表格数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。此外,数据用于支持本研究的结果也包含在这篇文章中,作为一个补充文件(补充数据文件表2 s)。

的利益冲突

以下的利益冲突存在。何塞·a·亚当斯Sackner健康产品和执行研究是co-patent保持者被动模拟慢跑设备用于本研究。11日帕特尔在迈阿密大学的一名学生,兼职夏天Sackner员工健康。何塞·r·洛佩兹是新生儿学的研究科学家在Div.西奈山医疗中心。总统是马文a Sackner Sackner健康产品有限责任公司,是一个合作的专利持有者被动模拟慢跑设备用于本研究。这并不改变我们坚持期刊”政策共享数据和材料。

作者的贡献

所有作者的贡献同样的工作。

确认

作者欣然承认的贡献克里斯蒂娜Staalstrom招募的参与者在这个研究。这项研究是由Sackner健康产品有限公司。

补充材料

表1 s。年龄对JD诱导的影响HRV的变化。传说:年龄对HRV的影响参数和仰卧的姿势坐在老(主题> 59岁)和年轻(主题< 59岁)。标准差的正常RR间隔(SDNN)的平方根的均值之间的差异的平方和相邻NN间隔(RMSSD)。庞加莱参数SD1 SD2和频域参数决定使用一个标准的快速傅里叶光谱分析计算神经网络时间间隔;低频功率(低频),高频电力(高频)低频和高频权力发表在归一化单位(LFnu和HFnu)基线(提单)和恢复(REC)坐在和虚假和JD仰卧的姿势。__p< 0.05老和年轻。组合p< 0.05提单与矩形,虚假与JD。与仰卧位。表2 s。HRV参数的原始数据进行了分析。传说:原始数据表包括主体数量、年龄(o =老(> 59年)y =年轻(59岁),类型的干预(GJ =慢跑设备,虚假的),条件(提单=基线,REC =复苏),和HRV参数。图1 s。配偶流程图。传说:20个参与者注册并完成整个研究。因为该研究旨在模拟真实世界的情况,没有试图排除任何科目。(补充材料)

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