Κατανομή της αιματικής ροής στους αναπνευστικούς και περιφερικούς μυς στην άσκηση

Abstract

Ventilatory requirements during sustained-high intensity exercise in healthy subjects lead to respiratory muscle fatigue. Εxercise-induced respiratory muscle fatigue is due to high levels of respiratory muscle workload that must be sustained throughout the exercise exacerbating the competition for blood flow between the locomotor and the respiratory muscles. The aim of thepresent study was to assess the blood flow of the intercostal and vastus lateralis muscles during resting isocapnic hyperpnoea, sub-maximal and maximal exercise. Healthy subjects, aged 18-30, performed five 5 min bouts of isocapnic hyperpnoea at the same tidal volume, breathing frequency and thus minute ventilation recorded at rest and during exercise at 60, 80, 90 and 100% WRmax. In addition, subjects undertook a graded exercise test consisting of six bouts of constant-load exercise corresponding to the following targeted intensities: i) 30% WRmax for 5 min; ii) 60% WRmax for 5 min; iii) 70% WRmax for 5 min; iv) 80% WRmax for 5 min; v) 90% WRmax for 3-4 min and vi) 100 WRmax for 2-3 min. Subjects, also, underwent two 6 min constant-load exercise tests, each separated by 120 min, at work rates corresponding to maximal work rate, initially without (control) and subsequently with expiratory flow limitation (EFL) by the application of a Starling resistor. Blood flow over the 7th intercostal space and over the vastus lateralis was measured by NearInfrared Spectroscopy (NIRS) with indocyanine green (ICG), whereas cardiac output was measured by the dye-dilution method and by an impedance cardiography device.During resting isocapnic hyperpnoea, cardiac output was significantly correlated with minute ventilation (r = 0.933) and intercostal muscle blood flow (r = 0.975). In addition, intercostals muscle blood flow was significantly correlated with the work of breathing (r = 0.969). During exercise, intercostal muscle blood flow increased linearly up to 80% WRmax (53.4 ± 10.3 ml/min/100 g), whereas at maximal exercise it decreased significantly (24.7 ± 5.3 ml/min/100g). At maximal levels of minute ventilation, intercostal muscle vascular conductance was lower duringexercise (0.22 ± 0.05 ml/min/100 g/mm Hg) compared to that during resting isocapnic hyperpnoea (0.77 ± 0.13 ml/min/100 g/mm Hg). During exercise, cardiac output and vastus lateralis muscle blood flow (95.4 ± 11.8 ml/min/100 g) reached a plateau for intensities greater than 80% WRmax. The intercostal muscle blood flow index during exercise with EFL (3.5 nM/s) was significantly higher (p = 0.021) compared to that recorded during control exercise (0.4 nM/s), whereas the vastus lateralis muscle blood flow index during exercise with EFL (5.4 nM/s) was significantly lower (p = 0.043) compared to that recorded during control exercise (7.6 nM/s). During maximal exercise inhealthy humans, blood flow does not increase in favour of the intercostal muscles, possibly owing to a globally increased sympathetic outflow that is triggered as respiratory muscle fatigue develops. It is likely that during maximal exercise, restriction of blood flow to the intercostal muscles reflects the inability of the circulatory system to meet the increasing energy demands of both locomotor and intercostal muscles. In addition, imposing expiratory flow limitation during exercise in healthy humans causes an increase in blood flow to the intercostals muscles and a concomitant decrease in vastus lateralis muscle blood flow. This exacerbates both sensations of breathing and leg discomfort, thereby limiting the capacity to exercise. Thus, application of NIRS with ICG for measurements of respiratory and locomotor muscle blood flow during exercise in patients with chronic cardiorespiratory diseases will promote our understanding of the factors that limit exercise tolerance in such patients.

Άσκηση υψηλής έντασης προκαλεί κόπωση των αναπνευστικών μυών σε υγιείς ασκούμενους περιορίζοντας σημαντικά τη σωματική απόδοση. Οι βασικοί παράγοντες που ευθύνονται για την κόπωση των αναπνευστικών μυών είναι το αυξημένο έργο της αναπνοής σε συνδυασμό με τηνεπάρκεια τους για αιμάτωση. Σκοπός της μελέτης ήταν να μετρηθεί η αιματική ροή των μεσοπλεύριων και του έξω πλατύ μυός σε συνθήκες εθελούσιου υπεραερισμού στην ηρεμία και στην άσκηση μέγιστης και υπομέγιστης έντασης. Υγιείς, νέοι άνδρες, ηλικίας 18 – 30 ετών πραγματοποίησαν δοκιμασίες ισοκαπνικής υπέρπνοιας, διάρκειας 5 λεπτών, σε διαφορετικά επίπεδαπνευμονικού αερισμού που αντιστοιχούσαν στο επίπεδο ηρεμίας και στο 60, 80, 90 και 100% τουμέγιστου πνευμονικού αερισμού, έξι δοκιμασίες άσκησης έντασης ίσης με το 30, 60, 70, 80, 90 και 100% του μέγιστου παραγόμενου έργου (WRmax). Οι δοκιμασίες άσκησης έντασης από 30 έως 80% του WRmax ήταν διάρκειας 5 λεπτών, ενώ οι δοκιμασίες άσκησης 90 και 100% του WRmax ήταν διάρκειας 3 – 4 και 2 – 3 λεπτών, αντίστοιχα. Ανάμεσα στις δοκιμασίες άσκησης έντασης από 30 έως 80% του WRmax οι δοκιμαζόμενοι πραγματοποιούσαν ενεργή ανάκαμψη ποδηλατώντας για 10 λεπτά και με ένταση ίση με 100 Watt, ενώ μετά τις δοκιμασίες άσκησης έντασης 80 και 90% του WRmax οι δοκιμαζόμενοι ξεκουραζόντουσαν για 1 ώρα και δύο δοκιμασίες άσκησης, διάρκειας 6λεπτών και έντασης η οποία αντιστοιχούσε στο 80% του μέγιστου έργου με και χωρίς περιορισμό της εκπνευστικής ροής. Η αιματική ροή των μεσοπλεύριων και τετρακέφαλων μυών μετρήθηκε με την μέθοδο της εγγύς υπέρυθρης φασματοσκοπίας (NIRS) σε συνδυασμό με την πράσινη χρωστική ουσία ινδοκυανίνη (ICG) στο έβδομο μεσοπλεύριο διάστημα και στον έξω πλατύ μηριαίο μυ. Ηκαρδιακή παροχή προσδιορίστηκε με την μέθοδο της αραίωσης χρησιμοποιώντας γνωστές ποσότητες ICG εκχυόμενη στην δεξιά βραχιόνια φλέβα, καθώς και με συσκευή καρδιογραφικής αγωγιμότητας. Κατά την διάρκεια του εθελούσιου υπεραερισμού στην ηρεμία, παρατηρήθηκαν ισχυρές συσχετίσεις ανάμεσα στην καρδιακή παροχή και τον πνευμονικό αερισμό (r = 0.933)καθώς και την αιματική ροή των μεσοπλεύριων μυών (r = 0.975), όπως και ανάμεσα στην αιματική ροή και στο έργο της αναπνοής (r = 0.969). Κατά την διάρκεια της άσκησης η αιματική ροή των μεσοπλεύριων μυών αυξήθηκε γραμμικά μέχρι το 80% του μέγιστου έργου (53.4 ± 10.3 ml/min/100 g) ενώ μειώθηκε σημαντικά στο 100% του μέγιστου έργου (24.7 ± 5.3 ml/min/100 g). Σε μέγιστες τιμές πνευμονικού αερισμού, η αγγειακή αγωγιμότητα των μεσοπλεύριων μυών ήταν σημαντικάμικρότερη κατά την διάρκεια της άσκησης (0.22 ± 0.05 ml/min/100 g/mm Hg) συγκριτικά με τονεθελούσιο υπεραερισμό (0.77 ± 0.13 ml/min/100 g/mm Hg). Κατά την διάρκεια της άσκησης τόσο ηκαρδιακή παροχή όσο και η αιματική ροή του έξω πλατύ μυός (95.4 ± 11.8 ml/min/100 g) δεν αυξήθηκαν σε ένταση άσκησης πέραν του 80% του μέγιστου παραγόμενου έργου. Κατά την διάρκεια άσκησης με περιορισμό της εκπνευστικής ροής, ο δείκτης αιματικής ροής των μεσοπλεύριων μυών (3.5 nM/s) ήταν σημαντικά υψηλότερος (p = 0.021) συγκριτικά με αυτόν κατά την διάρκεια της άσκησης χωρίς περιορισμό της εκπνευστικής ροής (0.4 nM/s) , ενώ ο δείκτης τηςαιματικής ροής του έξω πλατύ μυός (5.4 nM/s) ήταν σημαντικά χαμηλότερος (p = 0.043) κατά τηνδιάρκεια της άσκησης με περιορισμό της εκπνευστικής ροής συγκριτικά με αυτόν κατά την διάρκεια της άσκησης χωρίς περιορισμό της εκπνευστικής ροής (7.6 nM/s). Συμπερασματικά, κατά την διάρκεια άσκησης υψηλής έντασης (> 80% WRmax) η αιματική ροή δεν αυξάνει προς όφελος τωναναπνευστικών μυών λόγω αυξημένης συμπαθητικής εκροής η οποία πιθανόν ενεργοποιείται από την εκδήλωση της αναπνευστικής μυϊκής κόπωσης. Η αιματική ροή αυξάνει προς όφελος των αναπνευστικών μυών μόνο σε συνθήκες όπου το έργο της αναπνοής αυξάνεται με επίκτητους τρόπους μέσω του περιορισμού της εκπνευστικής ροής. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, η αυξημένη αιματική ροή στους αναπνευστικούς μυς συνοδεύεται από μείωση της αιματικής ροής στα κάτω άκρα.