DERLEME: KAS ‹SKELET S‹STEM‹ VE KARD‹YOVASKÜLER

Fiziksel T›p 2004; 7(3): 151-155
F‹Z‹KSEL TIP
DERLEME: KAS ‹SKELET S‹STEM‹ VE KARD‹YOVASKÜLER OTONOM FONKS‹YONLAR
REVIEW: MUSCULOSKELETAL SYSTEM AND THE CARDIOVASCULAR AUTONOMIC FUNCTIONS
Gülin FINDIKO⁄LU MD*, Z. Rezan YORGANCIO⁄LU MD*
* S.B. Ankara E¤itim ve Araflt›rma Hastanesi FTR 1 Klini¤i Ankara
ÖZET
Egzersize uygun kardiyovasküler cevaplar›n ço¤u, Otonom Sinir Sistemi aktivitesindeki de¤ifliklikler vas›tas› ile sa¤lan›r. Bu aktiviteler lokal reflekslerden santral sinir sistemine kadar uzanan farkl› kompleks kontrol mekanizmalar› ile kontrol edilmektedir. Düzenli egzersizin kardiyak otonom modülasyon üzerine
olumlu etkisi bilinmektedir. Egzersiz fizyolojisinin kardiyak otonom sistemle olan iliflkisinin anlafl›lmas› kardiyovasküler hastal›klar üzerine farmakolojik olmayan bir tedavi yöntemi olarak kullan›lmas› inanc›n› art›racakt›r.
Anahtar kelimeler: otonom fonksiyon, egzersiz
SUMMARY
Appropriate cardiovascular responses during exercise depend on the activities of autonomic nervous system. These activities are controlled by diverse complex
control mechanisms, extending from local reflexes to central nervous system. It has been known that regular exercise has positive effects on cardiac autonomic
modulation. Better understanding of the relation of exercise physiology on cardiac autonomic system will further support the belief that exercise can be used as
a non-pharmacological method of treatment for cardiovascular diseases.
Key Words: autonomic function, exercise
OTONOM S‹N‹R S‹STEM‹ ANATOM‹S‹
ronlar veya postsinaptik nöronlar” ad› verilir.
Otonom Sinir Sistemi (OSS) istemsiz olarak pek çok fizyolojik
fonksiyonu düzenler. OSS, anatomik ve fonksiyonel olarak ikiye ayr›labilir: sempatik ve parasempatik dallar. OSS taraf›ndan
düzenlenen pek çok fonksiyon aras›nda viseral fonksiyon olarak bilinen ve bilinçli kontrol gerektirmeyen ifllevler bulunur,
örne¤in: hemodinamik, termoregülatuar ve metabolik ifllevler
gibi. OSS’nin düzenlenmesi, hayat›n devam› için gerekli homeodinamik mekanizmalar›n çok ince ayarlar çerçevesinde düzenlenmesini sa¤lar (1).
Otonom sistem regülasyonu k›smen santral sinir sisteminde
gerçekleflir. Santral otonom integrasyona kat›lan bölgeler ars›nda medulla oblangata, pons, diensefalon ve telensefalon
bulunur. Nucleus tractus soliterius, hipotalamus, serebral korteksin insular ve prefrontal alanlar› kan bas›nc›, kalp h›z› ve
kardiyak reflekslerin düzenlenmesinde görevlidir.
Otonomik viseral efferent yollar esas olarak iki k›s›mdan oluflur. Birinci k›s›m Santral Sinir Sisteminden ganglionlara kadar;
ikinci k›s›m ise ganglionlardan hedef organlara kadar uzan›r.
‹lk grupta yer alan efferent sinir hücreleri “preganglionik nöronlar” olarak bilinir ve beyinde ve spinal kordda bulunur. Bu
nöronlaradan ç›kan myelin akson k›l›fl› nöronlar da “preganglionik veya presinaptik ganglionlar” olarak bilinir. Effektör organlara uzanan ikinci grup nöronlara ise “postganglionik nö-
Vertebral kolonun her iki yan›nda uzanan sempatik ganglionlara, “paravertebral ganglionlar” ad› verilirken; vertebral kolonun önünde uzanan sempatik ganglionlara “prevertebral
ganglionlar” ad› verilir. Parasempatik ganglionlar ise viseral organlara yak›n bir yerleflimli olmalar›ndan dolay› “terminal
ganglionlar” ad› verilir. Superior servikal ganglionlardan ç›kan
sinirler damarlar›; orta ve inferior servikal gangliondan ç›kan
sinirler ise kalbi innerve eder. Nervus Vagus toraksdan geçerken kardiyak pleksusu oluflturur ve kalbin parasempatik innervasyonunu sa¤lar.
152
F›nd›ko¤lu ve Ark.
OTONOM S‹N‹R S‹STEM‹ F‹ZYOLOJ‹S‹
minden çok, kalp h›z›n›n art›fl› önemlidir (3).
Asetilkolin, bütün sempatik ve parasempatik preganglionik aksonlardan, bütün parasempatik post ganglionik aksonlardan ve
baz› sempatik post ganglionik aksonlardan sal›nan nörotransmitterdir: bu sinirler “kolinerjik” olarak adland›r›l›r. Norepinefrin sempatik post ganglionik aksonlardan sal›nan nörotransmitterdir ve bunlar “adrenerjik” olarak isimlendirilir. Adrenal medulla postganglionik sempatik uzant› olarak kabul edilir, epinefrin ve norepinefrin salg›lar. SSS’de sal›nan dopamin ile birlikte üçüne “katekolaminler” denilir. Farkl› doku ve organlarda
ayn› nörotransmitter taraf›ndan farkl› cevaplar›n ortaya ç›kar›lmas› membran reseptör proteinleri ile aç›klanabilir. Norepinefrin genel olarak a reseptörlerine, epinefrin ise b reseptörlerine
etki eder. Nikotinik kolinerjik reseptörler sempatik ve parasempatik preganglionik nöronlarda bulunurken, muskarinik kolinerjik reseptörler bütün parasempatik ve baz› sempatik
postganglionik effektör organlar üzerinde bulunur (1).
Kalp h›z›n›n ve at›m hacminin art›fl› diastol süresinin k›salmas›na neden olur, yani ventrikül dolumu istirahat koflullar›na k›yasla çok daha h›zl› olmaktad›r, bu ise k›smen relaksasyon h›z›n›n yükselmesi ile sa¤lan›r. Bununla beraber, küçük sistol sonu hacimlerine ba¤l› olarak yenileyici kuvvetlerde ve torsiyon
gibi deformasyonlarda art›fl ventrikülün emme potansiyelini
artt›r›r. Kontraksiyonun kuvvetini artt›ran mekanizmalar (adrenerjik uyar›, kuvvet s›kl›k iliflkisi) ayn› zamanda daha düflük
ventrikül bas›nçlar›nda diastolik dolumun h›zlanmas›na yol
açar.
KARD‹YOVASKÜLER S‹STEM‹N ENGETRASYONU:
D‹NAM‹K EGERS‹ZE VER‹LEN CEVAP
Çal›flan kaslarda vasküler yata¤›n direnci, bölgesel vazodilatör
etkiler ile azal›r (2). Çal›flmayan kaslarda, iç organlarda ve böbreklerde vazokonstrüksiyon meydana gelir. Büyük kas gruplar›n› içeren izotonik egzersizler s›ras›nda toplam sistemik vasküler dirençte düflme olur. Artan metabolik ihtiyaçlara karfl› otoregülasyon mekanizmalar› ile koroner ak›m ve miyokarda O2
tafl›nmas› artar. Ayn› zamanda O2’nin kandan al›narak kullan›lma miktar› da artar, bu koroner sinüsün O2 konsantrasyonunun
düflüflüne sebep olur. Miyokardium daha fazla oranda glikolitik yolu kullan›r, koroner endotelden üretilen NO (nitrik oksit)
mitokondrial metabolizmada de¤iflikliklere yol açarak artan
enerji ihtiyac›n› kapatmaya çal›fl›r. Sistemik vazokonstrüksiyon
ile venöz dönüfl art›r›l›r, kan kalbe döner ve arterial dolafl›ma
kat›l›r. Çal›flan iskelet kaslar› venöz kan›n dönüflü için pompa
fonksiyonu görürler. Artan solunum say›s› intratorasik bas›nc›n
negatifli¤ini artt›rarak sa¤ kalbe gelen kan miktar›n› direkt olarak artt›r›r. Adrenerjik aktivitenin art›fl› ve parasempatik aktivitenin azalmas› kalp h›z›n›n yükselmesine, atrioventriküler iletiminin h›zlanmas›na ve kontraktilitenin art›fl›na yol açar. Ayakta
yap›lan egzersizlerde diastol sonu hacim sabitken yatar pozisyonda yap›lan egzersizlerde bir miktar artar, bu da ejeksiyon
fraksiyonunu artt›r›r. Kardiyak debinin art›fl›nda ise at›m hac-
Egzersiz s›ras›nda sistolik arter bas›nc› yükselirken, periferik
direncin azalmas› ile diastolik bas›nç düfler. Yani nab›z bas›nc› artar. ‹zometrik egzersiz iskelet kas›n›n a¤›r yüklere karfl› k›salmas› ile gözlenir. Bu tipte egzersizler kardiyak debide ciddi
ve devaml› yükselmelere neden olmaz. ‹zotonik egzersizde
gözlemledi¤imiz kompleks cevaplar›n ço¤u oluflmaz. Bununla
beraber izometrik egzersizde sempatik aktivite refleks yolla artar, sistemik vasküler direnç, arterial bas›nç, kalp h›z› ve kontraktilite artar. Sistolik arter bas›nc›ndaki art›fl, izotonik egzersiz
ile oluflan bas›nca hemen hemen efl de¤erdedir, ancak kalp h›z›ndaki art›fllar daha küçüktür (3).
EGZERS‹Z F‹ZYOLOJ‹S‹
Fiziksel egzersiz kan bas›nc›nda, kalp h›z›nda ve kardiyak debide art›flla karakterizedir. Egzersize uygun cevaplar›n ço¤u,
otonom sinir sistemindeki art›flla karakterizedir (4). Egzersiz s›ras›nda kardiyovasküler düzenlemede rol alan 3 mekanizma
bildirilmifltir. 1. mekanizmada iskelet kas› motor ünitelerinin
harekete geçirilmesinden sorumlu beyin bölgelerinin aktivasyonu medulla içindeki nöral ba¤lant›lar› efl zamanl› olarak aktive eder ve çizgili kaslar›n kas›lmas› s›ras›nda kardiyovasküler cevab› belirleyecek olan sempatik ve parasempatik efferent
aktivitesini oluflturur. Bu mekanizmaya “santral emir” ad› verilmifltir. 2. mekanizma kas›lan kaslardaki kemosensitif reseptörlerin uyar›lmas› ile oluflan nöral sinyallerin medulla içindeki
kardiyovasküler kontrol alanlar›n› refleks olarak aktive etmesi
ile oluflur, buna “egzersiz pressör refleksi” veya “kas metaborefleksi” ad› verilir. 3.mekanizma ise “arterial baroreseptör refleksi” içerir (4).
KAS METABOREFLEKS‹: Bu refleksin afferent kolunu grup 3
ve grup 4 myelinli ve myelinsiz somatik lifler oluflturur. Kas›-
Derleme: Kas ‹skelet Sistemi ve Kardiovasküler...
lan kasta metabolizma h›z›na göre kan ak›m› ve oksijen tafl›nmas› yetersiz oldu¤u zaman, metabolizman›n kimyasal ürünleri kas içinde birikmeye bafllar ve grup 3 ve grup 4 afferentleri uyar›r. Bu afferentlerin uyar›m›, sempatik sinir aktivitesinde
ve kan bas›nc›nda refleks artmaya neden olur, buna egzersiz
pressör refleksi veya kas metaborefleksi ad› verilir.
Statik egzersiz; kan bas›nc›, kalp h›z›, kas sempatik sinir aktivitesinde (KSSA) art›fl yarat›r (5). Bunlar›n büyüklü¤ü kontraksiyonun büyüklü¤üne ba¤l›d›r. Santral kortikal etkilerin ve kemosensitif afferentlerin uyar›lmas› ile oluflan reflekslerin farkl›
birleflimleri bir yandan kan bas›nc›n›n, di¤er yandan kalp h›z›n›n art›fl›ndan sorumlu tutulmufltur (4). Örne¤in önkol egzersizlerinde kas yoruldu¤unda ve/veya metabolik ihtiyaçla kan
ak›m› aras›nda uyumsuzluk oldu¤unda kas refleksi ortaya ç›kar. Bu refleks egzersiz s›ras›nda kasa giden kan ak›m›n›n düzenlenmesinde önemlidir. Kas ifl yükü/kan dolafl›m yetersizli¤indeki uyumsuzluk sonucu ortaya ç›kar (6). ‹lerleyen yafl ile
birlikte kas refleksinin de azald›¤› gösterilmifltir (7).
Michikami ve arkadafllar› taraf›ndan maksimum istemli kontraksiyonun % 30’unda yap›lan kontraksiyonu takiben kalp seviyesinde ve kol kald›r›lm›fl iken ölçülen el kavrama gücü kas
iskemi dönemleri karfl›laflt›r›lm›fl ve bazal kalp h›z›, ortalama
kan bas›nc› ve KSSA’n›n kolun pozisyonundan etkilenmedi¤i,
ancak statik el kavrama gücü s›ras›nda ve kas iskemisi s›ras›nda kalp h›z› cevab› de¤iflmezken, ortalama kan bas›nc› ve
KSSA’n›n artt›¤› tespit edilmifltir. Buna dayanarak kol elevasyonunun kas metaborefleksini artt›rd›¤› ileri sürülmüfltür (8).
ARTER‹AL BAROREFLEKS: ‹stirahat halinde kan bas›nc›ndaki
art›fl, baroreseptör refleks mekanizmas› arac›l›¤›yla kalp h›z›nda bir düflüfl yarat›r. Egzersiz s›ras›nda kan bas›nc›ndaki art›fl,
kalp h›z›nda efl zamanl› bir art›flla beraberdir, bu kan bas›nc›n›n artmas›nda önemli bir unsurdur. Bu fenomen arterial barorefleksin egzersiz s›ras›nda normal fizyolojiden saparak nas›l etkilendi¤i sorusunu ortaya ç›kart›r. Ancak barorefleks efli¤inin de¤ifltirilip, de¤ifltirilmedi¤i veya nas›l de¤ifltirildi¤i insan
egzersiz fizyolojisinde tart›flmal› bir konudur.
Kan bas›nc› ve kalp h›z›n›n kontrolünde barorefleks mekanizmas›n›n rolünü aç›klamak için 2 hipotez ileri sürülmüfltür.
Özetle bir hipotez; refleksin duyarl›l›¤› kazanc› yani baroreseptör seviyesinde her bir ünite kan bas›nc› art›fl› ile sistemik
arteriel kan bas›nc› ve kalp h›z›ndaki de¤iflikli¤in egzersiz s›-
153
ras›nda azald›¤›d›r. Di¤er hipotez de duyarl›l›kta de¤ifliklik olmaks›z›n, egzersiz yüksek kan bas›nçlar›nda çal›flmak üzere
barorefleksin yeniden ayarland›¤›d›r (reset).
Kalp h›z›n›n entegre spontan barorefleks modülasyonu farkl›
kas kitlesi taraf›ndan ve farkl› yo¤unlukta yap›lan egzersiz ile
farkl› flekilde etkilenmektedir (4).
Kalp h›z› de¤iflkenli¤i (KHD) ölçümü, kalbin otonomik regülasyonunu de¤erlendirmek üzere kullan›l›r. Kalp h›z› de¤iflkenli¤inin spektral analizi ile kardiyak sempatik ve parasempatik aktivitenin ay›r›m› yap›labilir. Kalp h›z› de¤iflkenli¤i ölçümü kullan›m›n›n esas›, tekrar edilebilirli¤inin yeterli olmas› ve
kardiyak otonom aktivitedeki de¤ifliklikler ile kalp h›z› de¤iflkenli¤i aras›nda belirgin iliflkiler olmas›ndan dolay›d›r (9). Düflük frekansl› bant (DF, ~0.1 Hz) daha az oranda parasempatik
bilefleni olmakla birlikte sempatik aktivitenin bir ölçüsü olarak
kabul edilirken, yüksek frekansl› bant (YF, ~0.25 Hz ) parasempatik akitivitenin bir ölçüsüdür ve DF/YF sempatovagal
dengeyi gösteren bir orand›r (10).
Düzenli egzersizin kardiyak otonom modülasyon üzerine etkisinin oldu¤u genifl bir çevrede kabul edilmektedir (11). Örne¤in endurans e¤itiminin bradikardiye neden oldu¤u iyi bilinmektedir (12). Egzersiz e¤itimi, vagal tonusun artt›r›lmas›, egzersiz sonras› kalp h›z›n›n normale dönüflünde düzelme ve
kardiyovasküler hastal›klarda azalm›fl mortalite ile ilgilidir (6).
Egzersiz e¤itiminin kardiyak vagal modülasyonu hangi mekanizmalarla etkiledi¤i belirsizdir. Periferik veya santral nöral yolaklarda adaptasyon ile ilgili olabilir, fakat kalbin cevap verebilme yetene¤indeki de¤iflikliklerle de ilgili olabilir (13). Farkl› bir çal›flmada, orta derecede ve 10 hafta süreyle yap›lan izometrik el kavrama gücü egzersizinin hipertansiyonu olan yafll›larda hipotansif bir cevap oluflturdu¤u ve vagal modülasyonu artt›rd›¤› gösterilmifltir (14).
Kronik egzersiz e¤itiminin kardiyak otonom fonksiyonlar üzerinde olumlu etkilerinin oldu¤u KHD ölçümleri ile gösterilmifltir. Yak›n zamanlarda egzersiz e¤itimine ait olumlu etkilerin
(insülin etkisinde geliflme, kan bas›nc›nda düflme, lipid seviyelerinde düzelme) tek seansl›k egzersiz sonras›nda da gözlemlenebilece¤ini ileri süren çal›flmalar mevcuttur. Tepe O2 al›m›n›n % 65’i ile yap›lan 60 dakikal›k bir bisiklet egzersiz program›n› takiben k›sa dönemde (<24 saat) oluflan kardiyak otonomik fonksiyon de¤iflikliklerini uzun süreli e¤itim sonras› elde
154
F›nd›ko¤lu ve Ark.
edilen sonuçlara (parasempatik sinir sistemi aktivitesinde art›fl
ve sempatik sinir sistemi aktivitesinde azalma fleklinde) benzer oldu¤u bulunmufl ve bir defa yap›lan egzersizin de kalp
üzerine koruyucu etkisinin olabilece¤i ileri sürülmüfltür
(15,16).
Sonuç olarak, yap›lan egzersiz istirahatte bask›n olan parasempatik aktiviteyi azalt›p, sempatik aktiviteyi art›rarak etki
ederken, egzersiz sonras› istirahate dönüflte sempatik sistemin
geri çekilmesi ile parasempatik aktivite belirginleflir. Bu aktiviteler, kas metaborefleksi, baroreseptör refleks, santral emir gibi hem periferik hem de santral alanlar› içeren genifl ve kar›fl›k kontrol sistemleri ile düzenlenmektedir. Kalp h›z›n›n spektral incelenmesi gibi metodlar tek seans sonras› veya düzenli
yap›lan egzersizler sonras› meydana gelen kardiyak adaptif cevaplar›n tespit edilmesinde ve egzersiz fizyolojisinin daha iyi
anlafl›lmas›nda yard›mc› olmaktad›r. Egzersiz fizyolojisinin kardiyak otonom sistemle olan iliflkisinin anlafl›lmas› kardiyovasküler hastal›klar üzerine farmakolojik olmayan bir tedavi yöntemi olarak kullan›lmas› inanc›n› art›racakt›r.
KAYNAKLAR
1. De Meersman, Zion A.S. Autonomic nervous system.
In:E.G. Gonzales, S.J. Myers, J.E. Edelstein, J.S. Lieberman, J.A. Downey& Darling’s Physiological Basis of Rehabilitation Medicine. USA:Butterworth-Heinemann 3rd
edition, 2001:57-61
2. Wilmore JH, Costill DL. Cardiovascular control during
exercise. Physiology of Sports and Exercise. USA:Human
Kinetics,1994:182
3. Kuster V. Alexander RW, O’Rourke RA. Kardiovasküler
Sistem Fizyolojisi. Hurst’s The Heart 10. Bask› Türkçe. Mc
Gaw Hill ,2002:63-94
4. Iellamo F. Neural mechanisms of cardiovascular regulation during exercise. Auton Neurosci. 2001 Jul 20;90(12):66-75.
5. Watanabe H, Iwase S, Mano T. Responses of muscle
sympathetic nerve activity to static biceps brachii contraction in humans. Jpn J Physiol. 1995;45(1):123-35.
6. Rosenwinkel ET, Bloomfield DM, Arwady MA, Goldsmith
RL. Exercise and autonomic function in health and cardi-
ovascular disease. Cardiol Clin. 2001 Aug;19(3):369-87.
7. Markel TA, Daley JC 3rd, Hogeman CS, Herr MD, Khan
MH, Gray KS, Kunselman AR, Sinoway LI. Aging and the
exercise pressor reflex in humans. Circulation. 2003 Feb
11;107(5):675-8.
8. Pober DM, Braun B, Freedson PS. Effects of a single bout of exercise on resting heart rate variability. Med Sci
Sports Exerc. 2004 Jul;36(7):1140-8.
9. Skyschally A, Breuer HWM, Heush G. The analysis of heart rate variability does not provide a reliable measurement of cardiac sympathic activity. Clin Sci (Lond)
1996;91 Suppl:102-4
10. Kurita A, Takase B, Hikita H, Uehata A, Nishioka T,Nagayoshi H,Satomura K,Nakao S. Frequency domain heart rate variability and plasma norepinephrine level in the coronary sinus during handgrip exercise. Clin Cardiol. 1999
Mar;22(3):207-12.
11. Ueno LM, Moritani T. Effects of long-term exercise training on cardiac autonomic nervous activities and baroreflex sensitivity. Eur J Appl Physiol. 2003 Apr;89(2):10914. Epub 2003 Feb 28.
12. Yamamoto K, Miyachi M, Saitoh T, Yoshioka A, Onodera
S. Effects of endurance training on resting and post-exercise cardiac autonomic control. Med Sci Sports Exerc.
2001 Sep;33(9):1496-502.
13. Iellamo F, Legramante JM, Massaro M, Raimondi G, Galante A. Effects of a residential exercise training on baroreflex sensitivity and heart rate variability in patients with
coronary artery disease: A randomized, controlled study.
Circulation. 2000 Nov 21;102(21):2588-92.
14. Taylor AC, McCartney N, Kamath MV, Wiley RL ‹sometric
training lowers resting blood pressure and modulates autonomic control. Med Sci Sports Exerc 2003 33;(2):231-6
15. Michikami D, Kamiya A, Qi F, Niimi Y, Iwase S, Mano T.
Arm elevation enhances muscle sympathetic nerve activity during static exercise. Environ Med. 2000
Dec;44(1):46-8.
Derleme: Kas ‹skelet Sistemi ve Kardiovasküler...
16. Michikami D, Kamiya A, Fu Q, Niimi Y, Iwase S, Mano T,
Suzumura A. Forearm elevation augments sympathetic
activation during handgrip exercise in humans. Clin Sci
(Lond). 2002 Sep;103(3):295-301.
155
YAZIfiMA ADRES‹
Dr. Gülin FINDIKO⁄LU
S.B Ankara E¤itim ve Araflt›rma Hastanesi
FTR 1 Klini¤i / Ankara