Ekologiya cheloveka (Human Ecology)Ekologiya cheloveka (Human Ecology)Экология человека1728-08692949-1444Eco-Vector63038110.17816/humeco630381ORIGINAL STUDY ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯResearch ArticleGeneral and integral analysis of cardiac effects under acute hypoxia before and after intermittent hypoxic training in humans in Northern RussiaОбщий и интегральный анализ кардиоэффектов на острую гипоксию до и после интервальных гипоксических тренировок у человека на Севере России北极俄罗斯地区急性缺氧前后间歇性低氧训练对心脏效应的总体与综合分析https://orcid.org/0000-0001-6918-55237435-1550BocharovMikhail I.БочаровМихаил ИвановичBocharovMikhail I.
Russian Federation

Dr. Sci. (Biology), Professor

д-р биол. наук, профессор

Dr. Sci. (Biology), Professor

bocha48@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0520-581X9039-4883ShilovAlexander S.ШиловАлександр СергеевичShilovAlexander S.
Russian Federation

Cand. Sci. (Biology)

канд. биол. наук

Cand. Sci. (Biology)

shelove@list.ruKomi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesКоми научный центр Уральского отделения Российской академии наукKomi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences08122024201220243153934021604202421112024Copyright ©; 2025, Eco-VectorCopyright ©; 2025, Эко-ВекторCopyright ©; 2025,2025Eco-VectorЭко-Векторhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/630381

BACKGROUND: One of the specific and underexplored issues in human ecological physiology and medicine in the North is cardiac function during hypoxemia in the cold season. This formed the basis of the current study.

AIM: To examine the changes in the bioelectrical activity of the heart and the integral typology of responses to acute hypoxia before and after interval normobaric hypoxic training in healthy individuals during the winter season in Northern Russia.

MATERIALS AND METHODS: The study included 29 men (mean age 20.2±0.31 years) exposed to acute hypoxia (12.3% O2) for 20 minutes. Blood oxygenation (SpO2%) and three amplitude and temporal ECG parameters were recorded at baseline and on Days 1, 7, and 16 following intermittent normobaric hypoxic training. Integral values of the heart’s chronotropic and inotropic responses were determined.

RESULTS: At baseline, during acute hypoxia, P1II (р=0,005) and P-Q (р=0,006) increased, while RII, T1II, R-R, and Q-T (р <0,001) decreased. Following intermittent normobaric hypoxic training, the deviation in T1II during acute hypoxia reduced from Day 1 (p=0.030) to Day 16 (p <0.001), and P1II decreased by Day 16 (p=0.020). Deviations in T1II and Q-T correlated consistently with those in SpO2%. During episodes of acute hypoxia, mesoreactive responses were observed in 42.5–47.1% of cases, hyperreactive responses in 24.1–29.9%, and hyporeactive responses in 27.6–28.7%. Integral values of polar chronotropic and inotropic reactions to acute hypoxia increased significantly from Day 7 following intermittent normobaric hypoxic training compared to baseline.

CONCLUSION: Intermittent hypoxic training reduces alterations in the bioelectrical activity of the right atrium during acute hypoxia, and mitigates the suppression of ventricular myocardial activity during the rapid terminal repolarization phase. Ventricular systole becomes increasingly dependent on developing hypoxemia. While the quantitative proportions of polar chronotropic and inotropic responses remain unchanged, their integral mean values increase significantly.

Обоснование. Одна из частных и мало изученных проблем экологической физиологии и медицины человека на Севере заключается в изучении функционирования сердца при развивающейся гипоксемии в холодный период года. Это и послужило предметом исследования.

Цель. Изучить характер изменений биоэлектрических процессов сердца, интегральную типологию реакций на острую гипоксию до и после интервальных нормобарических гипоксических тренировок у здорового человека в зимний период года на Севере России.

Материалы и методы. В исследование включены 29 мужчин (средний возраст 20,2±0,31 года), которых подвергали острой гипоксии (12,3% О2) в течение 20 мин с регистрацией оксигенации крови (SрO2%), трёх амплитудных и временны́х параметров ЭКГ в контроле и в период 1, 7 и 16 дней после курса интервальных нормобарических гипоксических тренировок. Определяли интегральные значения хроноинотропных эффектов сердца.

Результаты. В контроле при острой гипоксии прирастали P1II (р=0,005) и P-Q (р=0,006), уменьшались RII, T1II, R-R и Q-T (р <0,001). По сравнению с контролем после интервальных нормобарических гипоксических тренировок при острой гипоксии отклонение T1II уменьшается с 1-го (р=0,030) по 16-ый день (р <0,001), а P1II (р=0,020) — на 16-й день. Всегда отклонения T1II и Q-T коррелируют с таковым SрO2%. Во всех случаях с острой гипоксией частота эпизодов мезореактивных ответов составляет 42,5–47,1%, гиперреактивных — 24,1–29,9%, гипореактивных — 27,6–28,7%. Интегральные значения полярных хроноинотропных реакций на острую гипоксию с 7-го дня после интервальных нормобарических гипоксических тренировок увеличиваются по сравнению с контрольными значениями.

Заключение. Гипоксическая тренировка нивелирует изменения биоэлектрической активности правого предсердия при острой гипоксии и ослабляет торможение активности желудочков миокарда в фазе быстрой конечной реполяризации. Повышается зависимость систолы желудочков сердца от развивающейся гипоксемии. Количественные соотношения полярно отличающихся хроноинотропных эффектов не изменяются, но увеличиваются их интегральные средние значения.

背景。北极地区环境生理学与医学的一项独特且研究较少的问题是，在寒冷季节发展性低氧血症条件下心脏功能的研究。这正是本研究的主题。

研究目的。研究北极俄罗斯地区冬季健康人群在急性缺氧前后，心脏生物电过程的变化特征，以及间歇性常压低氧训练对急性缺氧反应的整体类型影响。

材料与方法。本研究纳入29名男性（平均年龄20.2±0.31岁），对其进行急性缺氧测试（12.3% O2， 持续20分钟），记录血氧饱和度（SpO2%），以及3个ECG振幅和时间参数的变化。这些参数在测试前和间歇性常压低氧训练后的第1天、第7天和第16天进行监测，同时确定心脏时-肌动力效应的综合值。

结果。在对照组急性缺氧条件下，P1II（p=0.005）和P-Q（p=0.006）增加，而RII、T1II、R-R和Q-T显著减少（p<0.001）。与对照组相比，间歇性常压低氧训练后急性缺氧条件下的T1II偏差从第1天（p=0.030）到第16天（p<0.001）显著降低，而P1II在第16天显著下降（p=0.020）。T1II和Q-T的变化始终与SpO2%的变化相关。在所有急性缺氧测试中，中等反应的发生率为42.5–47.1%，高反应率为24.1–29.9%，低反应率为27.6–28.7%。从第7天起，急性缺氧诱导的心脏极性时-肌动力反应的综合均值显著高于对照值。

结论。低氧训练能够减弱急性缺氧时右心房生物电活动的变化，并减轻快速终末复极化阶段中心室肌活动的抑制。同时，心室收缩对缺氧发展的依赖性增强。尽管不同极性的心脏时-肌动力效应的比例关系未发生显著变化，但其综合平均值有所增加。

humans in the Northhypoxiaelectrocardiographyoxygenationчеловек на Северегипоксияэлектрокардиограммаоксигенация北极人群缺氧心电图血氧饱和度Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation122040600069-6Newsholme P, De Bittencourt PI, O’Hagan C, et al. Exercise and possible molecular mechanisms of protection from vascular disease and diabetes: the central role of ROS and nitric oxide. Clin Sci (Lond). 2009;118(5):341–349. doi: 10.1042/CS20090433Newsholme P., De Bittencourt P.I., O’Hagan C., et al. Exercise and possible molecular mechanisms of protection from vascular disease and diabetes: the central role of ROS and nitric oxide // Clin Sci (Lond). 2009. Vol. 118, N 5. P. 341–349. doi: 10.1042/CS20090433Semenza GL. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine. Cell Physiol Biochem. 2012;148(3):399-408. doi: 10.1016/j.cell.2012.01.021Semenza G.L. Hypoxia-inducible factors in physiology and medicine // Cell Physiol Biochem. 2012. Vol. 148, N 3. P. 399–408. doi: 10.1016/j.cell.2012.01.021Lukyanova LD. Signaling mechanisms of hypoxia. Moscow: RAN; 2019. (In Russ.) EDN: ZXWRHBЛукьянова Л.Д. Сигнальные механизмы гипоксии. Москва: РАН, 2019. EDN: ZXWRHBAghajanyan NA, Mirrakhimov MM. Mountains and body resistance. Moscow: Nauka; 1970. (In Russ.)Агаджанян Н.А., Миррахимов М.М. Горы и резистентность организма. Москва: Наука, 1970.Gazenko OG, editor. Human physiology in the conditions of the highlands. Moscow: Nauka; 1987. (In Russ.)Физиология человека в условиях высокогорья / под ред. О.Г. Газенко. Москва: Наука, 1987.Kaznacheev VP. Modern aspects of adaptation. Novosibirsk: Nauka; 1980. (In Russ.) EDN: RZYABHКазначеев В.П. Современные аспекты адаптации. Новосибирск: Наука, 1980. EDN: RZYABHKulikov VYu, Kim LB. Oxygen regime during human adaptation in the Far North. Novosibirsk: Nauka; 1987. (In Russ.) EDN: SEWFPZКуликов В.Ю., Ким Л.Б. Кислородный режим при адаптации человека на Крайнем Севере. Новосибирск: Наука, 1987. EDN: SEWFPZPastukhov YuF, Maksimov AL, Khaskin VV. Adaptation to cold and Subarctic conditions: problems of thermophysiology. Magadan: SVNTs DVO RAN; 2003. Vol. 1. (In Russ.) EDN: QKMKERПастухов Ю.Ф., Максимов А.Л., Хаскин В.В. Адаптация к холоду и условиям Субарктики: проблемы термофизиологии. Т. 1. Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2003. EDN: QKMKERNeverova NP, Barbashova ZI, Kononov AS. Respiratory system. In: Ecological human Physiology. Human adaptation to various climatic and geographical conditions (manual of physiology). Leningrad: Nauka; 1980. Р. 109–121. (In Russ.)Неверова Н.П., Барбашова З.И., Кононов А.С. Система дыхания. В кн.: Экологическая физиология человека. Адаптация человека к различным климатогеографическим условиям (руководство по физиологии). Ленинград: Наука, 1980. С. 109–121.Avtsyn AP, Marachev AG. Manifestation of adaptation and maladaptation in the inhabitants of the Far North. Human Physiology. 1975;1(4):587–601. (In Russ.)Авцын А.П., Марачев А.Г. Проявление адаптации и дизадаптации у жителей Крайнего Севера // Физиология человека. 1975. Т. 1, № 4. С. 587–600.Yakimenko MA, Neshumova TV, Tkachenko EYa. Oxygen consumption and some indices of external respiration during adaptation to cold. Human Physiology. 1977;3(4):574–576. EDN: ZYQVLHЯкименко М.А., Нешумова Т.В., Ткаченко Е.Я. Потребление кислорода и некоторые показатели внешнего дыхания при адаптации к холоду // Физиология человека. 1977. Т. 3, № 4. С. 717–719. EDN: SMOPGTLittle MA, Hanna JM. Reactions of high-altitude populations to the effects of cold and other stressors. In: Biology of the inhabitants of the highlands. Moscow: Mir; 1981. Р. 276–328. (In Russ.)Литтл М.А., Ханна Дж.М. Реакции высокогорных популяций на воздействие холода и других стрессорных факторов. В кн.: Биология жителей высокогорья. Москва: Мир, 1981. С. 276–328.Sutton JR, Houston CS, Coates G, editors. Hypoxia and cold. N.-Y.: Westport, Connecticut London: Praeger; 1987.Sutton J.R., Houston C.S., Coates G., editors. Hypoxia and cold. N.-Y.: Westport, Connecticut London: Praeger, 1987.Le Blanc J. Metabolic responses to cold and hypoxia. In: Hypoxia and cold. N.-Y., Westport, Connecticut London: Praeger; 1987. P. 33–43.Le Blanc J. Metabolic responses to cold and hypoxia. In: Hypoxia and cold. N.-Y., Westport, Connecticut London: Praeger, 1987. P. 33–43.Volkov NI. Intermittent hypoxia — a new method of training, rehabilitation and therapy. Theory and Practice of Physical Culture. 2000;(7):20–23. (In Russ.)Волков Н.И. Прерывистая гипоксия — новый метод тренировки, реабилитации и терапии // Теория и практика физической культуры. 2000. № 7. С. 20–23.Navarrete-Opazo A, Mitchell GS. Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2014;307(10):R1181–R1197. doi: 10.1152/ajpregu.00208.2014Navarrete-Opazo А., Mitchell G.S. Therapeutic potential of intermittent hypoxia: a matter of dose // Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2014. Vol. 307, N 10. P. R1181–R1197. doi: 10.1152/ajpregu.00208.2014Bocharov MI, Shilov AS. Variations of human heart bioelectrical signals at hypoxic exposure. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2022;29(3):33–43. EDN: WXBMRK doi: 10.17816/humeco71603Бочаров М.И., Шилов А.С. Анализ вариаций биоэлектрической активности сердца человека при острых гипоксических воздействиях // Экология человека. 2022. Т. 29, № 3. С. 33–43. EDN: WXBMRK doi: 10.17816/humeco71603Koichubekov BK, Sorokina MA, Mkhitaryan KE. Sample size determination in planning of scientific research. International Journal of Applied and Fundamental Research. 2014;(4):71–74. EDN: RZFUBVКойчубеков Б.К., Сорокина М.А., Мхитарян К.Э. Определение размера выборки при планировании научного исследования // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 4. С. 71–74. EDN: RZFUBVMalkin VB, Gippenreiter EB. Acute and chronic hypoxia. Moscow: Nauka; 1977. (In Russ.)Малкин В.Б., Гиппенрейтер Е.Б. Острая и хроническая гипоксия. Москва: Наука, 1977.Anikina TA, Sitdikov FG. Purinoreceptors of the heart in ontogenesis. Kazan: Tipografiya TGGPU; 2011. (In Russ.) EDN: QKTRMPАникина Т.А., Ситдиков Ф.Г. Пуринорецепторы сердца в онтогенезе. Казань: Типография ТГГПУ, 2011. EDN: QKTRMPBurnstock G. Purinergic signalling. Br J Pharmacol. 2006;147(Suppl 1):S172–S181. doi: 10.1038/sj.bjp.0706429Burnstock G. Purinergic signaling // Br J Pharmacol. 2006. Vol. 147, Suppl 1. P. S172–S187. doi: 10.1038/sj.bjp.0706429Novikov VS, Soroko SI, Shustov EB. Maladaptation states of a person under extreme influences and their correction. St. Petersburg: Polytechnic-print; 2018. (In Russ.) EDN: XYPHIDНовиков В.С., Сороко С.И., Шустов Е.Б. Дезадаптационные состояния человека при экстремальных воздействиях и их коррекция. Санкт-Петербург: Политехника-принт, 2018. EDN: XYPHID