Hjärtats slagvolym i hög värme – är minskningen en effekt av temperatur eller ökad slagfrekvens?

Jacob skrev för en tid sedan en bra artikel om pulsklockan som verktyg för att räkna ut ens energiförbrukning (”När stämmer pulsklockornas värden för energiförbrukning?”). Han tog där upp flera faktorer som påverkar pulsen samt varför pulsen inte kan ge några helt pålitliga siffror beroende på olika aktiviteter (mer om det kan du läsa här). En faktor som Jacob tar upp där är hur pulsen påverkas av värme. Ju högre temperatur när du utför en aktivitet desto mer kan din puls tendera att öka i slagfrekvens.

Utifrån det så har jag idag tänkt berätta lite om en ny studie som tittade på två frågor relaterat till detta. Hur påverkas hjärtats slagvolym (stroke volume, SV) och dess slagfrekvens (heart rate, HR) av uthållighetsträning vid olika temperaturer? Samt om slagvolymens förändringar är en följd av ökad slagfrekvens eller ökad temperatur?

Hjärtats slagfrekvens innebär alltså antalet slag inom en given tidsperiod. I stort sett alltid används minuter, t.ex. 60 slag på en minut. Slagvolymen är mängden blod per slag, t.ex. 70 ml blod per slag. Ju högre slagvolymen är desto bättre förmåga har individen att pumpa ut blod i kroppen. När man multiplicerar slagfrekvensen med slagvolymen så får man personens hjärtminutvolym. Hjärtminutvolymen är i sin tur en av de mest avgörande faktorerna för en persons VO2max vid aktiviteter där större muskelgrupper används (1).

Om vi förutsätter att hjärtminutvolymen måste vara konstant för att vi ska orka utföra ett visst arbete så kan slagfrekvensen och slagvolymen endast förändras om även den andra förändras. En minskning av slagvolymen innebär att slagfrekvensen måste höjas och vice versa.

När vi utsätts för värme samtidigt som träning ökar slagfrekvensen och slagvolymen minskar vid en viss intensitet. Frågan är dock vad som orsakar detta. Börjar hjärtat slå fler slag i volymen på grund av den ökade stressen från värmen eller påverkar värmen hjärtats slagvolym vartpå den ökade slagfrekvensen är kroppens svar att upprätthålla hjärtminutvolymen?

Studien

Studien har nyligen publicerats i Journal of Applied Physiology och har titeln ”Interaction of Hyperthermia and Heart Rate on Stroke Volume during Prolonged Exercise”. Syftet med studien var att reda ut hur hjärtats slagvolym påverkas av temperatur (2).

För att komma avgöra om det är slagfrekvensen som styr slagvolymen, om de påverkar varandra eller om det är slagvolymen som påverkar slagfrekvensen så måste man kunna kontrollera en av de två. I studien delade man därför in försöksdeltagarna i fyra grupper där två av de fyra grupperna även fick en liten dos av adrenoreceptorblockeraren atenolol, en betablockerare. Betablockerar motverkar effekten från adrenalin och noradrenalin på hjärtat och kommer därför att leda till en lägre slagfrekvensen.

I studien deltog 11 friska män, som inte var acklimatiserade till varma väderförhållanden, och de fick genomföra fyra olika tester under olika förhållanden;

  • Normal temperatur utan betablockerare (NT-U)
  • Normal temperatur med betablockerare (NT-B)
  • Hög temperatur utan betablockerare (HT-U)
  • Hög temperatur med betablockerare (HT-B)

De fick först cykla 60 minuter på en intensitet motsvarande 57% av VO2Max efter att ha intagit antingen 0.2mg/kg kroppsvikt av betablockeraren eller en placebodryck med samma mängd och smak. Därefter fick deltagarna även genomföra två tester för att vänja sig vid testerna.

Vid genomförandet av det primära testet cyklade HT-B och HT-U i en vinyljacka och långbyxor av nylon/spandex och NT-B och NT-U utfördes i vanliga kläder och med en yttre miljö av 23 grader Celsius med 35% luftfuktighet.

Alla tester genomfördes två timmar efter måltid och med 48 timmars mellanrum och testet var blindat för deltagarna för huruvida de fick betablockerare eller ej.

Under pågående testning fick deltagarna en kolhydrat- och elektrolybaserad dryck efter 15, 30 och 45 minuter där den totala mängden motsvarade deras svettförluster från invänjningstesterna. Dessutom mättes kontinuerligt syreomsättnig, hjärtats arbete (slagvolym, slagfrekvens, blodtryck etc.), hemoglobin- och hematokritvärden, blodflöde i underarm samt kroppstemperaturer och upplevd utmattning.

Resultat

Syreomsättningen ökade vid alla försök och hudtemperaturen ökade mer hos HT än NT men utan skillnader med avseende på betablockerarna.

Hur slagfrekvensen och slagvolymen förändrades kan ni se i grafen här under. Slagfrekvensen hos NT-U ökade med 11% och hos HT-U fördubblades den nästan. NT-B ökade inte slagfrekvens över normalt och för HT-B ökade den bara med 7%. Slagvolymen hos NT-U minskade med 9% och hos HT-U minskade den med 14%. Ingen statistiskt signifikant minskning i slagvolym kunde ses från varken NT-B eller för HT-B. Dock ökade HT-B 7% jämfört med NT-U.

Slagfrekvens (puls) och slagvolym i de olika försöken
Graferna visar slagfrekvens (puls) och slagvolym i de 4 olika försöken. Översta grafen visar hur gruppen som fick arbeta i hög temperatur med betablockerare (HT-B) fick samma slagfrekvens gruppen som arbetade i normal temperatur utan betablockare (NT-U). Den nedre grafen visar slagvolymen för de olika grupperna

För HT var träningen mer ansträngande och de svettades dessutom mer. Dock inga skillnader för betablockerare eller ej.

Slutsats

Slagvolymen påverkas alltså inte av värme utan verkar bara vara en följd av hjärtats ökade slagfrekvens. Detta kan man se i graferna här ovanför då slagvolymen i HT-B var högre än för NT-U trots att slagfrekvensen i stort sett var den samma mellan de två. Att slagvolymen blev högre i varmare förhållanden trots samma slagfrekvens innebär raka motsatsen mot forskarnas hypotes. De trodde att värme i sig kanske skulle kunna vara en orsak till en minskad slagvolym och istället så fann de att värme ökar slagvolymen förutsatt att man håller slagfrekvensen stabil.

Till forskarnas vetande är detta hittills den enda studien som undersökt hjärtats slagvolym och slagfrekvens vid värmeprovokation med kontrollerad slagfrekvens. Det har alltså troligtvis inte testats förut och således har orsaken till den minskade slagvolymen varit svår att avgöra, värmen eller slagfrekvensen? Dessa resultat antyder att den senare avgör.

Forskarna påpekar även att betablockerarna i studien enbart användes som verktyg och att en undersökning av betablockerares effekt på hjärtat under träning inte var något som åsyftades. Dosen var alldeles för låg för att jämföras med farmakologiska doser och övriga fysilogiska mätningar, utöver SV och HR, visar att betablockerarna inte påverkade mer värden än vad som avsågs. Med högre doser skulle man med stor sannolikhet alltså observera fler fysiologiska skillnader.

Slutord

Såhär i dagar med hög värme där jag är ute och cyklar mycket så är det ingen slump att jag fastnade för den här studien när jag kollade mailen häromdagen. 😉 Min tanke innan jag läste var att skillnad i slagvolym borde vara korrelerat med värmeskillnader eftersom jag redan kände till slagfrekvensens påverkan. Det var tydligen en felaktig slutsats av mig och av den anledningen valde jag att ta upp studien här. Det är alltid kul att kunna motbevisa sig själv och omvärdera ens egna teorier.

I just det här ämnet var mina teorier uppenbart förutfattade på en inte helt vetenskaplig grund. Jag tycker studien är intressant och enligt forskarna är det ju första gången som saken testats på det här viset. Min tanke angående betablockerarna var först att jag var osäker på om de inte borde bli en för stor confounder. Men här känner jag att forskarna både diskuterar kritiskt samt även påvisar icke signifikanta skillnader i andra mätvärden som borde påverkas av betablockerare vid högre doser. Det stärker, i mina ögon, studieresultatets validitet.

Det här inlägget är egentligen mest för den som är teoretiskt intresserad. En praktisk sak kan man dock ta med sig från studien. Träning i varma värmeförhållanden verkar inte ha någon negativ effekt på hjärtat förmåga att pumpa blod. Orsaken till att slagvolymen verkar bli sämre är för att pulsen ökar p.g.a. en större stress. För en del personer med dåliga hjärtan så kan i och för sig den förhöjd pulsen i sig vara negativ men för gemene man så verkar det med andra ord inte vara någon fara.

Hoppas det var givande läsning för dig, jag själv uppfattade i alla fall både studieresultatet och designen av studien som intressant.

/Nicklas

1. Joyner MJ, Coyle EF. Endurance exercise performance: the physiology of champions. J Physiol. 2008 Jan 1;586(1):35-44
2. Joel Douglas Trinity, Matthew Daleon Pahnke, Joshua Floyd Lee, and Edward F. Coyle. Interaction of Hyperthermia and Heart Rate on Stroke Volume during Prolonged Exercise. J Appl Physiol published 1 July 2010

3 svar på ”Hjärtats slagvolym i hög värme – är minskningen en effekt av temperatur eller ökad slagfrekvens?

  1. Jag blir svettig bara av att läsa om om stackarna som fick cykla med vinyljacka och långbyxor. :/

  2. Hej Katarina!
    Kul att du har hittat hit. Vi träffades som hastigast under vårmötet för Svensk Idrottsmedicin i Båstad i år. Hoppas du kommer tillbaka med fler tips och synpunkter. Ska titta på artikeln under lunchen idag 🙂

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *