Warum wird die Erholung der Herzfrequenz nach dem Training ziemlich gut durch einen monoexponentiellen Abfall beschrieben?

Ich habe meine Erholung der Herzfrequenz nach dem Training gemessen und sehe, dass sie mit einer einzigen Exponentialfunktion ziemlich gut angepasst werden kann:

H e A R T R A T e ( T ) = H R M A X × e − T / τ + H R R e S T ich N G

Diese Beobachtung wird durch dieses Papier weiter gestützt: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24494748/

Aus Wikipedia: "Eine Größe unterliegt einem exponentiellen Zerfall, wenn sie proportional zu ihrem aktuellen Wert abnimmt"

Der exponentielle Abfall deutet also darauf hin, dass die Fähigkeit, das Herz zu verlangsamen, von der Herzfrequenz selbst abhängt. Ein schneller schlagendes Herz erzeugt irgendwie mehr von dem Signal, um das Herz zu verlangsamen.

Ist dies der Fall? Was ist der Mechanismus, der eine solche Rückkopplungsschleife der Herzfrequenz ermöglicht? Wird das Signal durch die Nerven gesendet, wenn sich die Herzmuskeln zusammenziehen, oder ist es der Blutfluss, der die Übertragung eines Signals ermöglicht?

Gibt es eine andere Möglichkeit, den monoexponentiellen Zerfall zu erklären?

Hier ein Beispiel vom gestrigen Lauf. Ich sprintete und ging dann ein paar Mal sehr langsam. Meine Lebenszeit der Herzwiederherstellung ( τ ) einschließlich nur der ersten drei Zerfälle beträgt 53 +/- 4 Sekunden. Der letzte Zerfall ist, nachdem ich die Treppe hochgelaufen bin und mich dann hingesetzt habe, und seine Lebensdauer beträgt nur 22 Sekunden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der exponentielle Abfall ist charakteristisch für eine Reaktion erster Ordnung , und wo der exponentielle Faktor entsteht, weil das Integral von 1/x (dx) ln(x) ist. Radioaktiver Zerfall ist ein gutes Beispiel. Für jede Reaktion erster Ordnung können wir die Halbwertszeit berechnen, sobald die Geschwindigkeitskonstante erster Ordnung bekannt ist. Das ist konzentrationsunabhängig ...
... Die Halbwertszeit wird normalerweise als ln (2) / k ausgedrückt, aber in Ihrem Fall ist es ln (2) * τ, was ich auf etwa 36,7 s berechne. Somit ist HRmax nach 36,7 Sekunden auf die Hälfte seines ursprünglichen Werts gesunken (unabhängig von diesem Anfangswert), und nach weiteren 36,7 Sekunden ist es wieder auf die Hälfte dieses Werts gesunken, und so weiter

Antworten (2)

Ich denke, die meisten Menschen würden unter solchen Umständen den exponentiellen Zerfall als Nullhypothese ansehen. Das heißt, wenn Sie etwas nicht exponentiellen Zerfall hätten , wäre das neugierig und interessant und es wert, besser verstanden zu werden.

Exponentieller Zerfall ist ein ziemlich grundlegendes Konzept im Universum im Allgemeinen und in der Biologie im Besonderen.

Der exponentielle Abfall deutet also darauf hin, dass die Fähigkeit, das Herz zu verlangsamen, von der Herzfrequenz selbst abhängt. Ein schneller schlagendes Herz erzeugt irgendwie mehr von dem Signal, um das Herz zu verlangsamen.

Ich würde nicht ganz so darüber nachdenken, und vielleicht denkst du deshalb, dass hier etwas Tiefgründiges an der „Fähigkeit zur Verlangsamung“ dran ist. Ich würde eher in homöostatischen Begriffen denken und den "Sollwert" betrachten. Wenn Ihr "Sollwert" für die Herzfrequenz während des Trainings hoch und während der Ruhezeit niedrig ist, würden Sie einen exponentiellen Abfall erwarten, wenn das physiologische Signal, auf das eingewirkt wird, eine Differenz zwischen der aktuellen Frequenz und dem Sollwert ist. Wenn die Rate viel höher als der Sollwert ist, würden Sie ein größeres Fehlersignal erzeugen und dies würde zu einem schnelleren Abfall führen.

Konkreter könnte man an Regulatoren der Herzfrequenz wie CO 2 und Katecholamine denken, da beide wahrscheinlich einem exponentiellen Muster folgen, da CO 2 aus dem Gewebe ins Blut und aus dem Blut in die Lunge gelangt beide werden schneller sein, wenn die CO 2 -Konzentration höher ist. Katecholamine werden durch exponentiellen Abbau durch enzymatischen Abbau abnehmen : Wenn mehr Moleküle in der Nähe sind, die reagieren können, wird die Abbaurate schneller sein.

Danke schön! Die genaue Natur der "Fehlersignale" in der Homöostase wird mich noch einige Zeit beschäftigen. Ich studiere die Kinetik und Dynamik sehr einfacher chemischer Systeme, und es ist ziemlich einfach, einfache Systeme aus dem monoexponentiellen Verhalten herauszunehmen. Selbst die von Ihnen erwähnten Systeme - Diffusion von CO2 und enzymatischer Abbau - zeigen häufig ein nichtexponentielles Verhalten, sofern keine besonderen Bedingungen erfüllt sind. Die Entstehung von monoexponentiellem Verhalten aus einer komplexen Kombination von Dynamiken über verschiedene Zeit- und Größenskalen ist ziemlich faszinierend, wenn auch trivial!

Die Antwort von Bryan Krause trifft aus Systemsicht auf den Punkt. Aus kardiologischer Sicht war die Erholung der Herzfrequenz (HRR) nach dem Training in den letzten Jahren ein wichtiger Aspekt bei kardiopulmonalen Belastungstests (CPET).

Kurz gesagt, die Herzfrequenz wird vom sympathischen und parasympathischen Nervensystem beeinflusst. Eine erhöhte sympathische Aktivität erhöht die Herzfrequenz und eine erhöhte parasympathische Aktivität verringert sie. Die Reaktion beider Systeme auf die Beendigung des Trainings ist eine große Determinante für das Verhalten der Personalabteilung nach dem Training. Eine anormale HRR kann also möglicherweise Ungleichgewichte zwischen den sympathischen/parasympathischen Systemen widerspiegeln.

Bei chronischer Herzinsuffizienz führt der versagende Herzmuskel zu einer unangemessenen neurohormonellen Aktivierung beider Systeme, die manchmal als "gleichzeitiges Durchtreten des Gaspedals und des Bremspedals" beschrieben wird. Dies kann direkt in den HRR-Mustern von CHF-Patienten beobachtet werden (siehe Abbildung), die abgestumpft sind, da sowohl das sympathische als auch das parasympathische System eine größere Trägheit gegenüber Veränderungen aufweisen. Beachten Sie, dass auch eine niedrigere HF erreicht wird.

Adaptiert von Zweerink et al.

Tatsächlich verleiht eine abgestumpfte Erholung der Herzfrequenz bei CHF-Patienten eine sehr schlechte Prognose.

Noch ein interessanter Leckerbissen: Bei Herztransplantierten kann man im Wesentlichen das Verhalten eines „denervierten“ Herzens beobachten, da alle Nervenverbindungen durchtrennt sind*. Bei pädiatrischen Herzempfängern war die Erholung der Herzfrequenz (definiert als maximale HF – HF nach 1 Minute) im Vergleich zu normalen Kontrollen extrem langsam:

Adaptiert von Singh et al.

Dieser Befund unterstreicht die Bedeutung des neuralen Inputs für das Erreichen eines „normalen“, exponentiellen HR-Abfalls.

*Einige Innervation kann Monate bis Jahre nach der Transplantation beobachtet werden

Verweise

  • Zweerink et al. Chronotrope Inkompetenz bei chronischer Herzinsuffizienz: Ein State-of-the-Art Review. Kreislauf: Herzinsuffizienz. 11. August 2018
  • Singh TP. Längsveränderungen der Erholung der Herzfrequenz nach maximaler Belastung bei pädiatrischen Herztransplantatempfängern: Hinweise auf autonome Reinnervation? J Herz-Lungen-Transplantation. 2007 Dez;26
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Warum wird die Erholung der Herzfrequenz nach dem Training ziemlich gut durch einen monoexponentiellen Abfall beschrieben?
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