CARDIOHEMODYNAMIC AND SECRETORY FUNCTION OF THE MYOCARDIUM IN ELITE ATHLETES DURING ADAPTATION TO COLD

Full Text

Одной из актуальных задач, стоящих перед современной физиологией и медициной, остается изучение особенностей адаптации человека к неблагоприятным условиям внешней среды. Во многом это вызвано ростом зимой терминальных событий, в основе которых лежит патология сердца и сосудов [3, 12, 22]. Установлено, что в холодное время года у человека независимо от состояния здоровья модифицируется деятельность сердечно-сосудистой системы [4, 10]. Модулирующее влияние сезонных природных факторов сохраняется и в период мобилизации организма [6, 16, 23]. Вместе с тем до сих пор остается мало изученным важный для развития экологической физиологии аспект специфики функционирования сердца и сосудов у северян с вы 45 Экологическая физиология Экология человека 2019.06 соким уровнем физической подготовки и интенсивно тренирующихся на холоде, представляющий повышенный интерес для специалистов в области охраны и укрепления здоровья человека. Цель работы - изучение закономерностей функционирования сердечно-сосудистой системы у высококвалифицированных лыжников-гонщиков при подготовке к соревнованиям в контрастные по температуре сезоны года. Методы Исследовали в декабре 2017 года и в июле 2018-го (табл. 1.) одну и ту же группу из 16 мужчин (возраст (30,0 ± 6,7) года; длина тела (177,0 ± 3,1) см, масса тела зимой (71,6 ± 5,6) кг и летом (70,9 ± 5,2) кг; площадь поверхности тела (ППТ) зимой (1,88 ± 0,07) м2 и летом (1,87 + 0,06) м2), проживающих на Европейском Севере (62° с. ш.) в городе Сыктывкаре, в период подготовки к национальным соревнованиям (зимой гонки на лыжах, летом на лыжероллерах). Обследованные имели многолетний (от 7 до 17 лет) стаж занятий лыжными гонками (уровень спортивной квалификации - от кандидатов в мастера спорта до мастеров спорта международного класса). Режим и объем сезонных тренировок у спортсменов при подготовке к соревнованиям традиционно высок [7]. Так, за предшествующие три недели до исследований тренировочный режим по сезонам соответствовал шести тренировкам в неделю по два-три часа в день, с преодолением расстояния зимой на лыжах, а летом - бег на лыжероллерах или кроссы в среднем по 25-30 км за время тренировки. В день исследований жалоб на плохое самочувствие и объективных отклонений в здоровье у испытуемых не было. Инструментальные исследования сердечно-сосудистой системы проводили до приема пищи и тренировок, с 12 до 14 часов дня, в условиях кабинета функциональной диагностики при температуре в помещении зимой (20,0 ± 1,5) °С и относительной влажности воздуха 55 %, а летом при (24,5 ± 1,3) °С и 68 % соответственно. Таблица 1 Показатели метеорологических условий воздушной среды в контрастные по температуре сезоны года Параметр Декабрь Июль Температура, С° -7,8 23,8 Атмосферное давление, мм рт. ст. 755 752 Влажность, % 84 60 Примечание. Представленные данные являются средними значениями в исследуемые периоды. Исследования проводили с соблюдением этических медико-биологических норм, изложенных в Хельсинкской декларации и Директивах Европейского сообщества. Обследуемые предварительно были информированы о целях, задачах, методах проводимых исследований, о существующей возможности отказаться от дальнейшего участия на любом из эта пов работ. Свое добровольное согласие на участие в исследовании испытуемые подтверждали письменно. Эхокардиографическое исследование испытуемых проводили в положении лежа на левом боку, после стабилизации ритма сердца, общепринятым методом [17] из парастернального и апикального доступа по короткой и длинной оси сердца кардиологическим датчиком 2 - 5 Мгц с помощью ультразвукового сканера MyLab Class C ESAOTE (Италия). Методом эходопплеркардиографии (Эхо КГ) в М и В режиме измеряли в миллиметрах (мм) морфометрические параметры сердца: конечно-диастолический размер левого желудочка (КДрЛЖ), конечно-систолический размер левого желудочка (КСрЛЖ), толщину меж-желудочковой перегородки в диастолу (ТМЖПд) и в систолу (ТМЖПс), толщину задней стенки левого желудочка в диастолу (ТЗСЛЖд) и в систолу (ТЗСЛЖс), диастолический размер полости правого желудочка (ДрПрЖ), толщину свободной стенки правого желудочка (ТПрЖ), передне-задний размер полости левого предсердия (дЛПр), продольный и поперечный размер правого предсердия (дПрПр), диаметр корня аорты в систолу (дАо), диаметр корня легочной артерии в систолу (дЛег). Линейную скорость кровотока в корне аорты ^Ао), линейную скорость кровотока в корне легочной артерии ^Лег), трансмитральный кровоток раннего ^Ем) и позднего ^Ам) диастолического наполнения левого желудочка, транстрикуспидальный кровоток раннего ^Етр) и позднего ^Атр) диастолического наполнения правого желудочка измеряли в режиме импульсного допплеровского исследования в м/с. Скорость регургитации на трикуспидальном клапане ^Тр) и градиент давления регургитации на трикуспидальном клапане (РТр) измеряли в режиме постоянно-волнового допплеровского исследования в м/с и в мм рт. ст. соответственно, а время кровотока в корне легочной артерии (ЪЛег) оценивали по допплеру в мс. Расчеты фракции выброса (ФВ), фракции укорочения левого желудочка (ФУЛЖ), укорочения толщины межжелудочковой перегородки (УтМЖП), укорочения толщины задней стенки левого желудочка (УтЗСЛЖ) производили в %, частоту сердечных сокращений (ЧСС), измеряемой в уд/мин, определяли с помощью программы, установленной в эхокардиогра-фе. Ударный объем (УО) в мл, массу миокарда (ММ) в г, индекс массы миокарда (ИММ) - отношение ММ/ППТ в г/м2, конечно-диастолический (КДОЛЖ) и конечно-систолический (КСОЛЖ) объемы левого желудочка, измеряемые в мл3, определяли с помощью программы, имеющейся в ультразвуковом сканере по формуле Тейхольца [17]. Дополнительно рассчитывали соотношение скоростей потоков - VЕм/ VАм и VЕтр/VАтр [15]. Относительную толщину задней стенки (ОТС) левого желудочка вычисляли по формуле: (ТЗСЛЖдх2)/КДОЛЖ [20]. Минутный объем кровообращения (МОК) рассчитывали в л/ мин по общеизвестной формуле [13]. Систолическое давление в легочной артерии определяли в мм рт. ст. путем суммирования значений градиента давления 46 Экология человека 2019.06 Экологическая физиология регургитации на трикуспидальном клапане и градиента давления в полости правого предсердия, принятого за 5 мм рт. ст. для исследуемых, у которых не выявлено увеличения диаметра нижней полой вены и установлено инспираторное коллабирование одноименной вены более чем на 50 % [13]. Систолическое (САД) и диастолическое (ДАД) артериальное давление измеряли в мм рт. ст. в ходе проведения эхокардиографического исследования с помощью полуавтоматического измерительного прибора ОМРОН-М1 Plus (Япония). Регистрацию электрокардиограммы (ЭКГ) в 12 стандартных отведениях [14] осуществляли после эхокардиографического обследования на аппарате FX-3010 FUKUDA DENSHI (Япония). Перед началом записи ЭКГ исследуемый находился в положении лежа на спине с наложенными электродами и с закрытыми глазами в течение пяти минут, после чего осуществлялась запись ЭКГ. Амплитудные и временные параметры ЭКГ определяли автоматически в милливольт (мУ) и секундах (с) соответственно, а также согласно общепринятым рекомендациям верифицировали измерения методом ручного промера. На следующем этапе исследования системы кровообращения, утром, натощак, через 14 часов после тренировки, у спортсменов в лабораторных условиях производили забор биоматериала (венозная кровь) и методом электрохемилюминисцентного иммуноанализа определяли в сыворотке крови испытуемых количество N-концевого фрагмента мозгового на-трийуретического пептида (В-типа) - N-концевой пропептид (NT-proBNP) в пг/мл [11] на оборудовании Cobas 601 от производителя Roche Professional Diagnostics (Швейцария). Статистический анализ проводили с помощью программы SPSS 17.0. Нормальность распределения данных определяли с помощью критерия Шапиро - Уилка. Так как некоторые данные не подчинялись закону нормального распределения, результаты описательной статистики представлены в виде медианы (Me), первого и третьего (Q1 и Q3) квартилей. Для статистического парного сравнения применяли непараметрический W-критерий Вилкоксона [9]. Различия считали достоверными при уровне значимости p < 0,05. Результаты У обследованных спортсменов отмечена тенденция к снижению показателя ЧСС зимой: 55 (50; 60) уд/ мин против 57 (51; 67) летом. Длительность интервала QRS в холодное время года относительно лета была больше и изменялась от 0,09 (0,09; 0,10 ) до 0,10 (0,09; 0,11) с (р = 0,005). Амплитуда зубца SV1, отражающая терминальный процесс деполяризации миокарда желудочков, была выше и варьировала от 0,70 (0,56; 0,89) до 0,84 (0,59; 1,07) мV с (р = 0,036). Системная гемодинамика зимой относительно лета характеризовалась меньшими значениями САД 114,0 (108,0; 120,5) против 124,0 (116,5; 127,5) мм рт. ст. (р = 0,001) и ДАД 49,5 (46,0; 59,0) против 62,5 (54,5; 66,0) мм рт. ст. (р = 0,001). В зимний сезон отмечены большие размеры полости левого сердца (табл. 2). Обнаружено, что в холодное время года увеличиваются скорости раннего кровенаполнения левого желудочка, транс-трикуспидального кровотока и время гемодинамики в корне легочной артерии (см. табл. 2). Установленные нами зимой значения морфометрических (ТМЖПд, ТЗСЛЖд, ММ, ИММ, ОТС, УтМЖП, УтЗСЛЖ) и функциональных (УО, VТр, РТр) параметров сердца, свидетельствующие об эксцентрической гипертрофии левого желудочка, о большем вкладе в глобальную сократимость левого желудочка свободной стенки миокарда, а также о повышенном ударном объеме и сниженной барьерной функции трикуспидального клапана, у данных спортсменов не изменились летом. Таблица 2 Морфофункциональные параметры сердца у высококвалифицированных лыжников-гонщиков (n = 16) в контрастные (лето-зима) сезоны года, Me (Q1; Q3) Параметр Лето (июль) Зима (декабрь) р1 дЛПр 39,0 (38,2; 39,5) 39,4 (38,8; 41,1) 0,0340* КДрлж 54,5 (50,9; 56,0) 55,2 (53,8; 58,0) 0,0184* КСрЛЖ 33,4 (30,9; 34,2) 35,6 (33,1; 37,1) 0,0280* КДОЛЖ 144 (123; 154) 149 (140; 166) 0,0110* КСОЛЖ 45,6 (37,6; 48,0) 53,2 (49,2; 58,3) 0,0131* УЕм 0,76 (0,69; 0,79) 0,85 (0,78; 0,93) 0,0012** УЕтр 0,58 (0,52; 0,60) 0,64 (0,59; 0,72) 0,0012** УАтр 0,34 (0,32; 0,36) 0,40 (0,34; 0,45) 0,0059** ТЛег 350 (338; 361) 370 (356; 391) 0,0125* Примечание. 1 - значимость различий определяли по W-критерию Вилкоксона, * - р < 0,05, ** - р < 0,01. Зимой, в восстановительный период после тренировки, фоновое содержание в сыворотке крови испытуемых NT-proBNP было примерно в три раза ниже, чем летом: 8,5 (5,0; 21,0) против 27,0 (15,0; 39,5) пг/мл (р = 0,024). Обсуждение результатов Обнаруженные в нашем исследовании пониженное ДАД, эксцентрическая гипертрофия левого желудочка, относительно высокий МОК (за счет УО) у спортсменов-лыжников являются следствием приспособления организма к многолетним интенсивным физическим нагрузкам. Вместе с тем выявленная сезонная асимметрия в функционировании системы кровообращения характеризует чувствительность организма к природно-климатическим факторам [1, 6, 10]. В частности, установленные зимой относительно лета меньшие значения систоло-диастолического артериального давления и выраженная при этом направленность к урежению ЧСС могут свидетельствовать об усилении влияния вагуса на тонус резистивных сосудов и парасимпатического эффекта блуждающего нерва на сердце [8]. 47 Экологическая физиология Экология человека 2019.06 Имеющиеся данные литературы свидетельствуют, что обнаруженная нами сезонная асимметрия вегетативной регуляции системы кровообращения характерна и для мужчин с гипертрофией миокарда, вызванной артериальной гипертонией [4]. В годовом мониторинге участников проекта «Марс-500» было установлено, что период адаптации организма к холоду сопровождается понижением не только показателей системной гемодинамики и хронотропной функции сердца, но и температуры открытых участков тела [1]. При этом было замечено, что перемены атмосферного давления и относительной влажности воздуха могут повлиять на ЧСС и гемодинамику в обратном направлении. Как видно, в характерных для зимы условиях температуры, влажности и давления атмосферы у северян повышается парасимпатический эффект в вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы. Предполагается, что в основе такой закономерности может лежать распространенный у млекопитающих механизм адаптации к неблагоприятным условиям окружающей среды, сохранившийся в ходе эволюции в организме человека в рудиментарной форме и проявляющийся в сезонной модификации синергизма вегетативной иннервации системы кровообращения. Циклическое угнетение зимой жизнедеятельности организма, направленное на выживание вида, ярко выражено у некоторых животных. В это время у зимоспящих млекопитающих снижен обмен веществ, замедлены дыхание, ритм сердца, понижена температура тела. В наступлении такого состояния ведущая роль принадлежит температурному фактору окружающей среды [18]. По-видимому, у человека зимой усиление эффекта вагуса в регуляции сердечнососудистой системы является своего рода феноменом, характеризующим сложный для жизнедеятельности организма период адаптации. Сезонные различия ЭКГ, обнаруженные как в данной работе у элитных спортсменов-лыжников, так и в исследовании у северян, не занимающихся спортом [5], свидетельствуют о том, что на Севере при адаптации человека к холоду затрагивается процесс деполяризации миокарда. Установленное зимой меньшее содержание в сыворотке крови NT-proBNP, по-видимому, тесно связано с сезонным изменением синергизма вегетативной регуляции системы кровообращения [11, 19]. При этом, судя по увеличению скорости кардиогемодинамики, полости левого желудочка, времени кровотока в легочной артерии, можно предположить не только увеличение венозного возврата к сердцу спортсмена, но и повышение объема циркулирующей крови, обусловленное относительно малым содержанием в крови натрийуретических пептидов [2, 11]. Вероятно, зимой у лыжников-гонщиков высокой квалификации, в отличие от мужчин, не занимающихся спортом, увеличение в покое кардиогемодинамики может свидетельствовать о большей преднагрузке на миокард, вызванной гиперволемией. Вместе с тем можно предположить, что пониженный зимой относительно лета фоновый уровень NT-proBNP может оказывать и меньшее препятствие развитию гипертрофии и фиброза миокарда в ответ на гемо-динамические нагрузки [2, 11, 21]. По-видимому, на Севере в холодное время года подготовка спортсменов-лыжников к соревнованиям сопровождается повышенными требованиями к организму, большим функциональным напряжением сердечно-сосудистой системы и меньшим кардиопро-текторным эффектом натрийуретических пептидов. Таким образом, для сердечно-сосудистой системы высококвалифицированных лыжников-гонщиков в периоды сезонной подготовки к соревнованиям характерны устойчивые приспособительные структурнофункциональные изменения. При адаптации к холоду повышается влияние вагуса на тонус резистивных сосудов, увеличивается кардиогемодинамика и снижается базальная секреторная функция миокарда в ответ на гемодинамические нагрузки. Работа частично выполнена в рамках бюджетной темы по Программе фундаментальных научных исследований на 2013 - 2020 годы. № ГР АААА-А16-116040110021-7. Авторство Дерновой Б. Ф. внес существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных, подготовил первый вариант статьи, существенно ее переработал на предмет важного интеллектуального содержания; окончательно утвердил присланную в редакцию рукопись; Прошева В. И. внесла существенный вклад в дизайн исследования; существенно переработала статью на предмет важного интеллектуального содержания; окончательно утвердила присланную в редакцию рукопись.

About the authors

B. F. Dernovoy

Medical-Sanitary Unit of the Ministry of Internal Affairs of Russian Federation in Komi Republic

Email: dernowoy@yandex.ru

V. I. Prosheva

Institute of Physiology, Komi Science Centre, the Russian Academy of Sciences

References

Supplementary files