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
F‹Z‹KSEL TIP
ÖZET
Egzersize uygun kardiyovasküler cevaplar›n ço¤u, Otonom Sinir Sistemi aktivitesindeki de¤ifliklikler vas›tas› ile sa¤lan›r. Bu aktiviteler lokal reflekslerden sant-ral 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 olma-yan 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‹
Otonom Sinir Sistemi (OSS) istemsiz olarak pek çok fizyolojik fonksiyonu düzenler. OSS, anatomik ve fonksiyonel olarak iki-ye ayr›labilir: sempatik ve parasempatik dallar. OSS taraf›ndan düzenlenen pek çok fonksiyon aras›nda viseral fonksiyon ola-rak bilinen ve bilinçli kontrol gerektirmeyen ifllevler bulunur, örne¤in: hemodinamik, termoregülatuar ve metabolik ifllevler gibi. OSS’nin düzenlenmesi, hayat›n devam› için gerekli home-odinamik mekanizmalar›n çok ince ayarlar çerçevesinde dü-zenlenmesini sa¤lar (1).
Otonomik viseral efferent yollar esas olarak iki k›s›mdan olu-flur. 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 nö-ronlar” olarak bilinir ve beyinde ve spinal kordda bulunur. Bu nöronlaradan ç›kan myelin akson k›l›fl› nöronlar da “pregang-lionik veya presinaptik ganglionlar” olarak bilinir. Effektör or-ganlara uzanan ikinci grup nöronlara ise “postganglionik
nö-ronlar veya postsinaptik nönö-ronlar” ad› verilir.
Otonom sistem regülasyonu k›smen santral sinir sisteminde gerçekleflir. Santral otonom integrasyona kat›lan bölgeler ar-s›nda medulla oblangata, pons, diensefalon ve telensefalon bulunur. Nucleus tractus soliterius, hipotalamus, serebral kor-teksin insular ve prefrontal alanlar› kan bas›nc›, kalp h›z› ve kardiyak reflekslerin düzenlenmesinde görevlidir.
Vertebral kolonun her iki yan›nda uzanan sempatik ganglion-lara, “paravertebral ganglionlar” ad› verilirken; vertebral kolo-nun önünde uzanan sempatik ganglionlara “prevertebral ganglionlar” ad› verilir. Parasempatik ganglionlar ise viseral or-ganlara 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 geçer-ken kardiyak pleksusu oluflturur ve kalbin parasempatik in-nervasyonunu sa¤lar.
OTONOM S‹N‹R S‹STEM‹ F‹ZYOLOJ‹S‹
Asetilkolin, bütün sempatik ve parasempatik preganglionik ak-sonlardan, bütün parasempatik post ganglionik aksonlardan ve baz› sempatik post ganglionik aksonlardan sal›nan nörotrans-mitterdir: bu sinirler “kolinerjik” olarak adland›r›l›r. Norepinef-rin sempatik post ganglionik aksonlardan sal›nan nörotransmit-terdir ve bunlar “adrenerjik” olarak isimlendirilir. Adrenal me-dulla postganglionik sempatik uzant› olarak kabul edilir, epi-nefrin ve norepiepi-nefrin salg›lar. SSS’de sal›nan dopamin ile bir-likte üçüne “katekolaminler” denilir. Farkl› doku ve organlarda ayn› nörotransmitter taraf›ndan farkl› cevaplar›n ortaya ç›kar›l-mas› membran reseptör proteinleri ile aç›klanabilir. Norepinef-rin genel olarak a reseptörleNorepinef-rine, epinefNorepinef-rin ise b reseptörleNorepinef-rine etki eder. Nikotinik kolinerjik reseptörler sempatik ve parasem-patik preganglionik nöronlarda bulunurken, muskarinik koli-nerjik reseptörler bütün parasempatik ve baz› sempatik postganglionik effektör organlar üzerinde bulunur (1). 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 böb-reklerde vazokonstrüksiyon meydana gelir. Büyük kas grupla-r›n› içeren izotonik egzersizler s›ras›nda toplam sistemik vaskü-ler dirençte düflme olur. Artan metabolik ihtiyaçlara karfl› oto-regülasyon mekanizmalar› ile koroner ak›m ve miyokarda O2
tafl›nmas› artar. Ayn› zamanda O2’nin kandan al›narak
kullan›l-ma miktar› da artar, bu koroner sinüsün O2konsantrasyonunun
düflüflüne sebep olur. Miyokardium daha fazla oranda glikoli-tik 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 ola-rak artt›r›r. Adrenerjik aktivitenin art›fl› ve parasempatik aktivi-tenin azalmas› kalp h›z›n›n yükselmesine, atrioventriküler ileti-minin h›zlanmas›na ve kontraktilitenin art›fl›na yol açar. Ayakta yap›lan egzersizlerde diastol sonu hacim sabitken yatar pozis-yonda yap›lan egzersizlerde bir miktar artar, bu da ejeksiyon fraksiyonunu artt›r›r. Kardiyak debinin art›fl›nda ise at›m
hac-minden çok, kalp h›z›n›n art›fl› önemlidir (3).
Kalp h›z›n›n ve at›m hacminin art›fl› diastol süresinin k›salma-s›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 so-nu hacimlerine ba¤l› olarak yenileyici kuvvetlerde ve torsiyon gibi deformasyonlarda art›fl ventrikülün emme potansiyelini artt›r›r. Kontraksiyonun kuvvetini artt›ran mekanizmalar (adre-nerjik uyar›, kuvvet s›kl›k iliflkisi) ayn› zamanda daha düflük ventrikül bas›nçlar›nda diastolik dolumun h›zlanmas›na yol açar.
Egzersiz s›ras›nda sistolik arter bas›nc› yükselirken, periferik direncin azalmas› ile diastolik bas›nç düfler. Yani nab›z bas›n-c› 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 ar-tar, sistemik vasküler direnç, arterial bas›nç, kalp h›z› ve kont-raktilite 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 de-bide 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 aktivas-yonu medulla içindeki nöral ba¤lant›lar› efl zamanl› olarak ak-tive eder ve çizgili kaslar›n kas›lmas› s›ras›nda kardiyovaskü-ler cevab› belirleyecek olan sempatik ve parasempatik efferent aktivitesini oluflturur. Bu mekanizmaya “santral emir” ad› veril-mifltir. 2. mekanizma kas›lan kaslardaki kemosensitif reseptör-lerin uyar›lmas› ile oluflan nöral sinyalreseptör-lerin medulla içindeki kardiyovasküler kontrol alanlar›n› refleks olarak aktive etmesi ile oluflur, buna “egzersiz pressör refleksi” veya “kas metabo-refleksi” ad› verilir. 3.mekanizma ise “arterial baroreseptör ref-leksi” içerir (4).
KAS METABOREFLEKS‹: Bu refleksin afferent kolunu grup 3 ve grup 4 myelinli ve myelinsiz somatik lifler oluflturur.
Kas›-lan kasta metabolizma h›z›na göre kan ak›m› ve oksijen tafl›n-mas› yetersiz oldu¤u zaman, metabolizman›n kimyasal ürünle-ri kas içinde biürünle-rikmeye bafllar ve grup 3 ve grup 4 afferentle-ri uyar›r. Bu afferentleafferentle-rin 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 akti-vitesinde (KSSA) art›fl yarat›r (5). Bunlar›n büyüklü¤ü kontrak-siyonun büyüklü¤üne ba¤l›d›r. Santral kortikal etkilerin ve ke-mosensitif 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 egzer-sizlerinde 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 dü-zenlenmesinde 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 kont-raksiyonun % 30’unda yap›lan kontraksiyonu takiben kalp se-viyesinde 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›n-da kalp h›z› cevab› de¤iflmezken, ortalama kan bas›nc› ve KSSA’n›n artt›¤› tespit edilmifltir. Buna dayanarak kol elevasyo-nunun 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›n-da bir düflüfl yarat›r. Egzersiz s›ras›nh›z›n-da kan bas›nc›nh›z›n-daki 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 ba-rorefleksin egzersiz s›ras›nda normal fizyolojiden saparak na-s›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 mekaniz-mas›n›n rolünü aç›klamak için 2 hipotez ileri sürülmüfltür. Özetle bir hipotez; refleksin duyarl›l›¤› kazanc› yani barore-septör 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›-ras›nda azald›¤›d›r. Di¤er hipotez de duyarl›l›kta de¤ifliklik ol-maks›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 regü-lasyonunu de¤erlendirmek üzere kullan›l›r. Kalp h›z› de¤ifl-kenli¤inin spektral analizi ile kardiyak sempatik ve parasem-patik aktivitenin ay›r›m› yap›labilir. Kalp h›z› de¤iflkenli¤i ölçü-mü kullan›m›n›n esas›, tekrar edilebilirli¤inin yeterli olmas› ve kardiyak otonom aktivitedeki de¤ifliklikler ile kalp h›z› de¤ifl-kenli¤i aras›nda belirgin iliflkiler olmas›ndan dolay›d›r (9). Dü-flük 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 ) para-sempatik akitivitenin bir ölçüsüdür ve DF/YF sempatovagal dengeyi gösteren bir orand›r (10).
Düzenli egzersizin kardiyak otonom modülasyon üzerine etki-sinin oldu¤u genifl bir çevrede kabul edilmektedir (11). Örne-¤in endurans e¤itiminin bradikardiye neden oldu¤u iyi bilin-mektedir (12). Egzersiz e¤itimi, vagal tonusun artt›r›lmas›, eg-zersiz 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 meka-nizmalarla etkiledi¤i belirsizdir. Periferik veya santral nöral yo-laklarda adaptasyon ile ilgili olabilir, fakat kalbin cevap vere-bilme yetene¤indeki de¤iflikliklerle de ilgili olabilir (13). Fark-l› bir çaFark-l›flmada, orta derecede ve 10 hafta süreyle yap›lan izo-metrik el kavrama gücü egzersizinin hipertansiyonu olan yafl-l›larda hipotansif bir cevap oluflturdu¤u ve vagal modülasyo-nu artt›rd›¤› gösterilmifltir (14).
Kronik egzersiz e¤itiminin kardiyak otonom fonksiyonlar üze-rinde olumlu etkilerinin oldu¤u KHD ölçümleri ile gösterilmifl-tir. Yak›n zamanlarda egzersiz e¤itimine ait olumlu etkilerin (insülin etkisinde geliflme, kan bas›nc›nda düflme, lipid seviye-lerinde düzelme) tek seansl›k egzersiz sonras›nda da gözlem-lenebilece¤ini ileri süren çal›flmalar mevcuttur. Tepe O2
al›m›-n›n % 65’i ile yap›lan 60 dakikal›k bir bisiklet egzersiz progra-m›n› takiben k›sa dönemde (<24 saat) oluflan kardiyak otono-mik fonksiyon de¤iflikliklerini uzun süreli e¤itim sonras› elde
edilen sonuçlara (parasempatik sinir sistemi aktivitesinde art›fl ve sempatik sinir sistemi aktivitesinde azalma fleklinde) ben-zer oldu¤u bulunmufl ve bir defa yap›lan egben-zersizin de kalp üzerine koruyucu etkisinin olabilece¤i ileri sürülmüfltür (15,16).
Sonuç olarak, yap›lan egzersiz istirahatte bask›n olan para-sempatik aktiviteyi azalt›p, para-sempatik aktiviteyi art›rarak etki ederken, egzersiz sonras› istirahate dönüflte sempatik sistemin geri çekilmesi ile parasempatik aktivite belirginleflir. Bu aktivi-teler, kas metaborefleksi, baroreseptör refleks, santral emir gi-bi hem periferik hem de santral alanlar› içeren genifl ve kar›-fl›k kontrol sistemleri ile düzenlenmektedir. Kalp h›z›n›n spekt-ral incelenmesi gibi metodlar tek seans sonras› veya düzenli yap›lan egzersizler sonras› meydana gelen kardiyak adaptif ce-vaplar›n tespit edilmesinde ve egzersiz fizyolojisinin daha iyi anlafl›lmas›nda yard›mc› olmaktad›r. Egzersiz fizyolojisinin kar-diyak otonom sistemle olan iliflkisinin anlafl›lmas› kardiyovas-küler hastal›klar üzerine farmakolojik olmayan bir tedavi yön-temi 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. Lieber-man, J.A. Downey& Darling’s Physiological Basis of Re-habilitation 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 regulati-on during exercise. Autregulati-on Neurosci. 2001 Jul 20;90(1-2):66-75.
5. Watanabe H, Iwase S, Mano T. Responses of muscle sympathetic nerve activity to static biceps brachii contrac-tion 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 bo-ut 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 he-art rate variability does not provide a reliable measure-ment of cardiac sympathic activity. Clin Sci (Lond) 1996;91 Suppl:102-4
10. Kurita A, Takase B, Hikita H, Uehata A, Nishioka T,Naga-yoshi H,Satomura K,Nakao S. Frequency domain heart ra-te variability and plasma norepinephrine level in the co-ronary sinus during handgrip exercise. Clin Cardiol. 1999 Mar;22(3):207-12.
11. Ueno LM, Moritani T. Effects of long-term exercise tra-ining on cardiac autonomic nervous activities and baro-reflex sensitivity. Eur J Appl Physiol. 2003 Apr;89(2):109-14. Epub 2003 Feb 28.
12. Yamamoto K, Miyachi M, Saitoh T, Yoshioka A, Onodera S. Effects of endurance training on resting and post-exer-cise cardiac autonomic control. Med Sci Sports Exerc. 2001 Sep;33(9):1496-502.
13. Iellamo F, Legramante JM, Massaro M, Raimondi G, Ga-lante A. Effects of a residential exercise training on baro-reflex 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 au-tonomic 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 acti-vity during static exercise. Environ Med. 2000 Dec;44(1):46-8.
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.
YAZIfiMA ADRES‹ Dr. Gülin FINDIKO⁄LU
S.B Ankara E¤itim ve Araflt›rma Hastanesi FTR 1 Klini¤i / Ankara
