Int. Z. angew. Physiol. einsehl. Arbeitsphysiol. 19, 143--148 (1962)

Aus dem Physiologischen Insti~ut der Universitgt Rostoek (Direktor: Prof. Dr. A. B~CK~A~)

Das Verhalten yon Schlagvolumen und Pulsfrequenz nach dosierter kiirperlicher Belastung

Von

H. P. MILLAHN und H. SOLLMANN

Mit 1 Textabbildung

( E ingegangen am 9. ~hT ovember 1961)

KARRASCIt U. ~V~LLER un te r such ten nach k6rper l ieher Be las tung die Pulsf requenz und den I - Ie rzminutenvolumenquot ien ten nach BLASIUS und fanden, dab 10 mil l naeh k6rper l ieher Be las tung die Pulsf requenz noch u m 21,9~o gegen~ber dem Ausgangswer t e rhSht war, wghrend der Minu t envo lumenquo t i en t den Ausgangswer t vor der Belas tung erre ieht ha t te . Da raus zogen sie den SehluI3, daG das Sehlagvolumen (Vs) naeh Arbe i t s le i s tung sehneller zum Ausgangswer t zur t ickkehr t als die Puls- frequenz, ja dab es sogar un te r den Ausgangswer t abs ink t und die noeh bes tehende Puls f requenzerh6hung gewissermagen eine K o m p e n s a t i o n zur Auf reeh te rha l tung des Minu tenvo lumens dars te l l t . KLs, NSOg u. H o I ~ N un te r sueh ten das Schlag- und Minu tenvo lumen des Herzens naeh progress iver k6rper l ieher Be las tung mi t der ba l l i s tokard iographi - sehen Methode und fanden, dal3 das V s in der Regel erhebl ieh rascher zum N o r m w e r t zur i tekf indet als die Pulsfrequenz. Die Aufgabe unserer Arbe i t war es zu untersnehen, ob diese R e a k t i o n ta tss die Regel dars te l l t oder ob ein anderes VerhalteI1 (z. B. Vs-ErhShung bei normale r Frequenz) hs vo rkommt .

Methodik Unsere Untersuchungen wurden an 20 gesunden m~nnlichen Versuchspersonen

im Alter zwischen 17 und 33 Juhren, im Mittel 21,6 Jahren, durchgefiihrt. D~von waren 17 Versuchspersonen untrainiert, 3 Versuehspersonen waren Leisttmgs- sportier. Wir ]iegen die Versuchspersonen vor Versuchsbeginn so lange ruhen bis sieh keine wesentlichen Anderungen der Pulsfrequenz mehr zeigten. Dann wurden die Versuchspersonen aufgefordert, mit einer Frequenz yon 30/rain im Takt eines Metronoms eine Stufe zu besteigen, deren HShe entsprechend dem Gewicht der Versuchsperson so gew~hlt war, dM3 eine Leistung yon 10 kpm/sec oder 100 W erzielt wurde. Die Belastungsdauer betrug 10 min. Wir bestimmten die Pulsfrequenz mit dem photoelektrischen PulszSlflgeriit nach M/JTLLER, wobei die Pulsfrequenz a]le Minute am Ger~t abgelesen wurde. Wir registrierten ~uf einem Schwarzer,Vier- Kanal-Direktsehreiber die Carotis- und Femoralispulskurven, die mit Pulsabneh- mern System Boucke-Breeht gewonnen wurden. Der Blutdruck wurde nach I~IVA- ROCCI-Ko~oTKOW gemessen. Vor der Belastung wiederho]ten wir die Registrierung

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144 H.P. MILLA~r und H. SOLLMAI~I,; :

der Pulskurven bis eine ann~hernd konstante Pulsffequenz erreicht war. Nach der Belastung nuhmen wit im Abs~and yon 2, 5, 10, 15, 20 und dann jeweils im Abstand yon 20 rain erneute Registrierungen vor, bis die Pulsfrequenz ihr Ausgangsniveau ann~hernd erreicht hatte. Aus den gewonnenen Pulskurven berechneten wir nach BgonMsng u. RANKS das Schlagvohmen, den peripheren Widerst~nd, den El~sti- zit~tskoeffizienten und die D~mpfung des arteriellen Systems. Die yon uns ange- wandten Formeln zeigt Tabelle 1.

Tabelle 2

Kre i s l au fg r6 Be B e r e c l m u n g s f o r m e l

Elastizit~tskoeffizient

Sehlagvolumen

Minutenvolumen

Peripherer Widerstand

D~mpfung

2 0 �9 c E ' - - Q.S

2,33- AP. T Vs ~ E ' �9 D

V m = Vs �9 F r

E ' �9 D �9 P d W =

A P

E ' d - -

W

Ergebnisse Die Mittel-, Minimal- u n d Maximalwerte der einzelnen Kreislaufgr6Ben

in Ruhe sind in Tabelle 2 dargestellt .

Tabelle 2

t~reisl~ufgrbBe IVIinimmn Mittel M a x i m u m

V 8 c m 3

F r m i n -1

V ~ c m 3

E' dyn. cm ~ W dyn �9 sec �9 cm -5 d

44 54

2640 985 730

0,66

73 119 6 8 1 8o

4950 i 7670 m o L 2740 1250 i 1960 1 , 1 2 ! 2,76

Das Verhal ten der Pulsfrequenz wi~hrend der Belas tung soll in einer anderen Arbei t besprochen werden.

2 min nach der Belas tung war das Vs gegeniiber dem Ruhewer t u m 27% a u f i m Mitre1 93 cm s angestiegen, die Frequenz yon 68 auf 88 Schlg- ge/min, also u m 290/o. Das Minu tenvo lumen war u m 56~o auf ira Mittel 7720 cm a erhSht, der Elastizitgtskoeffizient E ' war u m 17~o auf 1680 d y n • cm -5 angestiegen, der periphere Wide r s t and dagegen u m 41~o auf 740 dyn �9 sec �9 cm -5 abgesunken. Somit war die Dgmpfung auf 2,3 an- gestiegen.

S c h l a g v o h m e n u n d Pulsfrequenz nach dosierter k6rperlicher Belas tung 145

Wie in der Methodik besehrieben, ffihrten wir die Versuche so lange durch, bis die Frequenz ihren Ausgangswert annghernd erreieht hatte. Dies war im Mittel nach 20 rain (Minimum 5, Maximum 50 rain) der Fall. Bei 3 Versuchspersonen kehrte die Frequenz innerhalb der Ver- suchszeit (50 min) nicht zur Norm zurfiek. Bei den 3 Spitzensportlern hatte sich die Frequenz bereits min-1 naeh 10 mia normalisiert. Zu cra a lot ~ dyn.cr~- ~ dyn.sec.crns diesem Zeitpunkt, da die Fre- zoo- [_ 1,8a./oa_ 4d, zsjoZ quenz ihren Ausgangswert er- 9~1~.%:,. l ~ , . ~ . . ~ | reieht hatte, erreehneten M r I so - e~ W die anderen Kreislaufdaten. Das V~ 80 _Fr ~ " x " " . . . . . . . . . . ,73s-1M Sehlagvolumen lag im 2Yfittel bei 70 83 cm a and war somit um 13,5% 70 - ~• i - - ] 1"25"103 erh6ht, das Minutenvolumen be- so-

l trug durehsehnittlieh 5640 ema; 8o- ..+- . . . . . . . . . . 50- ,+~ e b e n f M l s e r h 6 h t u m 13,5%. D e r _ _ + , " i o, sg'[ 03-20mi~4-a75.103 periphere Widerstand erreehnete 2 5 10 sich zu 1030 dyn . sec �9 cm -5, lag also noch um 17,5% unter dem Ausgangswert. Der Elastizitgts- koeffizient betrug 1320 dyn- cm -5,

Ze# t nach Belastun# &bb. 1. -.Wlittehvertskurven (20 Versuchsperso- hen) yon Vs o--c, Frequenz o - - - o , E' x - - z und ~vV + - - - + nach Belastung mit 100 -VV. Ruhewert aller Kreislaufgr51aen

war also im Mittel um 3% unter den Ausgangswert abgesunken. Die Dgmpfung des arteriellen Systems lag bei 1,28. Einen Uberblick fiber das Verhalten des Kreislaufs naeh Belastung gibt die Abb. 1. Seh]ag- volumen und Frequenz sind gleiehermagen erh6ht, das Sehlagvolumen kehrt langsamer zur Norm zurfiek. Der Elastizitgtskoeffizient E', zungchst erh6ht, sinkt unter das Ausgangsniveau ab, um es bald wieder zu erreiehen, wghrend der periphere Widerstand am meisten ausge- lenkt, und zwar erniedrigt, nur langsam zum Ausgangswert zurfickfindet.

Diskussion Die yon uns gefundenen Ausgangswerte der einzeinen Kreislaufgr6Ben

entsprechen den aus der Literatm" bekannten Werten ffir gesunde mgnn- liche Versuchspersonen im Alter yon 17--33 Jahren. Teilt man die Ver- suchspersonen entsprechend den Kriterien yon WEZLER, THAUER U. GREVEN sowie LossE und Mitarbeitern ein in Sympathicotoniker ( V m fiber 5 1, D fiber 1) und Vagotoniker (V munter 4 1, D unter 1), so konnten wir unter unseren Versuehspersonen 9 Symphathicotoniker, 6 Misch- typen und 5 Vagotoniker feststellen. Der hohe Anteil an Sympathico- tonikern erklgrt sich aus dern niedrigen Durchschnittsalter yon 21,6 Jahren.

2 rain nach der Belastung mit 100 W ist das Minutenvolumen be- trgehtlich erhSht. Das steht in 13bereinstimmung mit den Beflmden yon

l l *

146 H.P. MILLAtIN und It. SOLL~ANN:

WEZLER U. B6GEI~ SOWie KLENSCtt U. HOHNEN. Schlagvolumen und Frequenz sind gMchermaBen an dieser Steigerung beteiligt. Der peri- phere Widerstand ist auf fast die Halfte abgesunken, nach WEZLEa U. B6G~a eine Folge der Mohrdurchblutung der tatig gewesenen Muskulatur. Der Elastizitatskoeffizient ist erh6ht als Folge des Druckanstiegs. Die Dampfung a]s Mag f/Jr die vegetative Tonuslage ist deutlich nach sympathicotoner Seite verschoben. Insgesamt ist der Kreislauf also 2 mill nach Belastung noeh weitgehend ergotrop eingestellt. Nach im Mittel 20 min war die Frequenz zur Norm zur/ickgekehrt, das Sehlag- volumen und somit das Minutenvolumen waren jedoch noch um 13,5% erhSht. Das Schlagvolumen kehrt also bei einer 10minfitigen Belastung mit 100 W langsamer zur Norm zur/ick als die Frequenz (s. Abb. 1).

Dieses VerhMten stellt in unseren Versuchen die Regel dar. ~r konn- ten es bei 17 Versuehspersonen beobachten, bei 3 Versuchspersonen kehrten weder die Pulsfrequenz noch das V s innerhalb der Versuchszeit zum Normwert zurtick, so dab diese Versuche in dieser Hinsicht keine

Aussagekraft besitzen. Unsere Beobachtung, dab das Vs langsamer zur Norm zur/ickkehrt

als die Frequenz, steht im Widerspruch zu der Ansicht yon KA~aASCH u. Mi~LER, die fanden, dag die Frequenz noch um 21,9~o erhSht war, wenn der Minutenvolumenquotient den Ausgangswert erreicht hat te und daraus den Schlug zogen, das Minutenvolumen habe den Ausgangs- weft erreicht, das V s mfisse also unter den Ruhewert abgesunken sein. Der Widerspruch zwischen den Befunden yon KA~RASCH U. MiJ'LL]~R und den unserigen ls sich z. T. sicherlich dadurch erklaren, dag KARRASCH U. M()LLEI~ die Versuchspersonen nach der Belastung im Sitzen unter- suchten, w~hrend wir unsere Untersuchungen nach Belastung im Liegen ausftihrten. Zum anderen Tell diirfte der Widerspruch jedoch darauf zur/ickzuf/ihren sein, dag K~_al~ASC~ u. ]V[t~LLER den Minutenvolumen- quotienten nach BLASlUS als Mag fiir das Minutenvolumen benutz- ten. Bekanntlich kann eine normale Blutdruckamplitude bei ernied- drigtem E ~ ein normMes Vs vortauschen, wie es das folgende Rechen- beispiel zeigt.

Bei der Versuchsperson K1. lag der Ausgangswert ftir die Frequenz bei 72 Schl~gen/min, die Blutdruckamplitude betrug 50 m m Hg. Die gMchen Werte hat te die Versuchsperson auch 20 min nach Versuchsende. Daraus ergibt sich nach BLASlCS der Minutenvolumenquotient

(Ps - - Pd) �9 Fa 50.72

Qv~ ( P s - - Pd) . Fr 50.72

Das Minutenvolumen ist demnach auf den Ausgangswert zuriickgekehrt.

Bereehnet man in diesem Falle jedoch naeh B~OEMSE~ u. RANKE das Vs und Vm vor und nach der Belastung, so finder mail:

Schlagvolumen und Pulsfrequenz nach dosierter kSrperlicher Belastung

Vor der B e l a s t u n g

1=17

1,33.50" 835 V s = = 80 em 3,

1280 �9 545

V m = 8 0 . 7 2 = 5 7 6 0 c m a.

1,33.50" 835 iVach der B e l a s t u n g Vs = = 92 cm a,

1130 �9 545

V m - - 92 .72 - 6 6 2 4 c m a.

In Wirklichkeit ist also das Schlagvolumen und damit das Minuten- volumen noch betr/~chtlich erhSht. Bei 8 der 20 Versuchspersonen konnten wir tin diesem Rechenbeispiel analoges Verhalten feststellen.

Eine Kritik des Amplitudenfrequenzproduktes findet sich bereits bei WEZLER U. BSGEn, so dab es sieh erfibrigt ausffihrlich auf dieses Problem einzugehen.

Unser Ergebnis, dab das V s langsamer zur Norm zurfiekfindet als die Frequenz, steht auch im Widerspruch zu den Befunden yon KLENSCI~ U. H O ~ E ~ . Es ist m6glich, dab dieser Widerspruch durch eine unter- schiedliche Belastungsform oder durch die unterschiedliche Methode bedingt ist.

Zu dem Zeitpunkt da die Frequenz den Ausgangswert erreicht hat, ist der perlphere Widerstand noch um 17,5% erniedrigt, sieher ein Aus- druek ffir die I~ehrdurehblutung der tgtig gewesenen Muskulatur. Der Elastizit/~tskoeffizient hat ann/ihernd den Ausgangswert erreieht, die Diimpfung ist als Ausdruek einer noeh vorhandenen ergotropen Ein- stellung gering erhSht gegenfiber dem Ausgangswert.

Betraehtet man die Abb. 1 so f/~llt das fast ideal spiegelbildliehe Ver- halten yon Sehlagvolumen und peripherem Widerstand auf. Bei nied- rigem Widerstand wird ein hohes Vs und bei hohem Widerstand tin niedriges V8 ausgeworfen. Ein Meehanismus der naeh dem Ohmsehen Gesetz ohne weiteres verst/~ndlich ist. Dieser Meehanismus wurde zuerst von HAMILTON U. P v E M I N G T O N im akuten Versuch beobaehtet und spgter yon CasPAnI, KzE?csc~ u. K6TTE~ auch mit der ballistokardiographi- sehen Methode naehgewiesen.

Bei den drei trainierten Leistungssportlern kehrten die Frequenz und entspreehend die anderen Kreislaufdaten sehneller zum Ausgangswert zuriiek als bei den Untrainierten. Die Leistungssportler zeigten jedoeh sonst kein v o n d e r Norm abweiehendes Verhalten, aueh bei ihnen kehrte die Frequenz sehneller zur Norm zurfiek als das V s.

Zusammenfassung Vor und nach Belastung mit 100 W wurden an 20 m/innliehen Ver-

suehspersonen Kreislaufanalysen nach B~OEMSER U. R ~ K E vorgenom- men. 2 min naeh Belastung zeigte der Kreislauf eine deutlieh ergotrope

In t . Z. angew. Phys io l . , Bd. 19 l l a

148 H. ~). MILL• und H. SOLLMAI~N: Schlagvolumen und Pulsfrequenz

Einste l lung. I m Mit te l 20 min nach Be las tung war die t t e rz f requenz zur N o r m zur i iekgekehr t , w~thrend das Schlagvolume n noch deut l ieh e rh6ht war. Das Schlagvolumen k e h r t nach der Be las tung l angsamer z u m Aus- gangswer t zurfick als die Herzfrequenz. Schlagvolumen und pe r iphere r W i d e r s t a n d ve rha l t en sieh nach der Be las tung fas t ideal spiegelbi ldl ich im Sinne des yon t{AMILTO~ u. R~MI~GTO~ besehr iebenen Meehanismus. Es bes t eh t ke in qua l i t a t i ve r Unte r seh ied zwischen t r a in i e r t en und un- t r a in i e r t en Versuchspersonen.

Literatur

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Dr. H. P. MILLA~, l~ostock, Gertrudenstral~e 9, Physiologisches Institut der Universit~t