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ESAIM: Proc., September 2005, Vol. 14, pp. 72-88
DOI: 10.1051/proc:2005007
Mathematical modelling of the cardiovascular system and skeletal muscle interaction during exercise
Carlo D'Angelo1 and Yves Papelier21 carlo.dangelo@epfl.ch, EPFL/SB/IACS/CMCS, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Switzerland).
2 yves.papelier@kb.u-psud.fr, Hôpital Antoine-Béclère, Clamart (France) and INRIA Rocquencourt, Le Chesnay (France).
Abstract
In this work we present a mathematical model for the coupling of
cardiovascular system and metabolism under sport efforts. Effects
such as oxygenation, heart rates, flow rates, blood pressure and
mass transfer to tissues will be considered. A special attention
will be payed to the modelling of the regulatory mechanisms
(baroreflex and chemoreflex effectors) affecting the
heart and the peripheral circulation. We aim at extending the
existing models to describe metabolism, hemodynamics and mass
transport during exercise, providing a framework to understand
their mutual interactions. Numerical issues are
presented for different workloads, and a quantitative analysis
of dynamic aerobic exercise is discussed.
Résumé
Dans ce travail nous présentons un modèle mathématique de
couplage du système cardiovasculaire au métabolisme lors
d'efforts intenses de type sportif. Les conséquences au plan
cardiaque, au plan des pressions et débits sanguins, de
l'oxygénation, et des transferts de matière au sein des tissus
sont prises en compte. Une attention spéciale est apportée à
la modélisation des mécanismes cardiovasculaires de
régulation mis en jeu (baroréflexe et chémoréflexe), d'un
point de vue cardiaque ou vasculaire périphérique. Nous nous
proposons d'élargir les modèles existants de métabolisme, de
l'hémodynamique et des transferts de matière lors de
l'exercice, apportant ainsi une architecture utile à la
compréhension de leurs interactions mutuelles. Les résultats de
simulations numériques sont présentés pour différents
niveaux de charge d'exercice, et l'analyse quantitative de
l'exercice dynamique aérobie est discutée.
Mathematics Subject Classification. 92C35, 92C45
Key words: metabolism, exercise, mathematical models, autoregulation, baroreflex, cardiovascular system
© EDP Sciences, ESAIM 2005
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