A Minimal Haemodynamic System Model for Varying Exercise Intensity

Abstract

En matematisk modell av kardiovaskulær respons til trening under steady state presenteres, med sikte på å lage en tilpassbar, enkel, beregningsmessig billig modell som gir resultater i samsvar med eksperimentelle data. Modellen inkluderer dynamiske responser i systemisk resistans, ventrikulær elastanse, aortaelastanse, systolisk periode og en venøs muskelpumpe. Treningsintensitet er definert som en funksjon av hjertefrekvens, og seks hoved-kardiovaskulære egenskaper evalueres for varierende intensitet: gjennomsnittlig arterielt trykk, systolisk trykk, diastolisk trykk, minuttvolum, aktiv muskelstrøm og vaskulær konduktivitet. I tillegg gjennomføres en sensitivitetsanalyse på modellen for å undersøke påvirkningen av reguleringsmekanismene på modellen. Modellen samsvarer godt med tilgjengelige data for kardiovaskulær respons på trening, med et anselig potensial for individualisering. Spesielt viser modellen viktigheten av systemisk resistans, inkludert hvordan verdien for hvileforhold kan påvirke den kardiovaskulære responsen til trening.

A mathematical model of the cardiovascular response to exercise during steady state is presented, with the objective of creating a personalizable, simple, computationally low-cost model that yields results in accordance with experimental data. The model includes dynamic responses in the systemic resistance, ventricular elastance, aortic elastance, systolic period and a venous muscle pump. Exercise intensity is defined as a function of heart rate, and six main cardiovascular properties are evaluated at varying intensity: mean arterial pressure, systolic pressure, diastolic pressure, cardiac output, active muscle flow and systemic vascular conductance. In addition, a sensitivity analysis is carried out on the model to determine the influence of the regulatory mechanisms on the model. The model corresponds well with available data for the cardiovascular response to exercise, with a good potential for individualization. In particular, the model shows the importance of the systemic resistance, including how the value at resting conditions may influence the cardiovascular response to exercise.