Структурно-функциональные особенности и показатели деформации левого желудочка сердца у здоровых лиц с различным уровнем физической активности по данным эхокардиографии

Введение

Гиподинамия и преимущественно сидячий образ жизни стали одним из наиболее важных факторов риска развития сердечно-сосудистых заболеваний и других хронических неинфекционных заболеваний (ХНИЗ) [1][2]. Сердечно-сосудистая система (ССС) и скелетная мускулатура (СМ), являясь ключевыми системами, обеспечивающими поддержание двигательной активности, находятся в постоянном энергетическом и сигнальном взаимодействии [3][4]. Неудивительно, что уровень рабочей нагрузки и функциональное состояние СМ оказывают значительное влияние на состояние миокарда. Оба органа характеризуются высокой пластичностью и быстро увеличивают или уменьшают функциональный потенциал в зависимости от рабочей нагрузки [5][6]. Хронически низкий уровень физической нагрузки (ФН) или полное ее прекращение влечет за собой снижение уровня гемодинамической нагрузки и метаболических потребностей миокарда, что, в свою очередь, приводит к подавлению процессов биогенеза миоцитов и митохондрий [7][8]. Влияние полного прекращения двигательной активности на состояние ССС было продемонстрировано в "Далласком исследовании постельного режима" (1966г), в котором 5 добровольцев (возраст 20 лет) в течение 21 дня находились на непрерывном постельном режиме. До и после иммобилизации было проведено кардиопульмональное нагрузочное тестирование и эхокардиография (ЭхоКГ). Пребывание на постельном режиме привело к выраженным атрофическим изменениям миокарда и снижению кардиореспираторной выносливости. Масса миокарда уменьшилась на 11%, сердечный выброс на 26%, ударный объем (УО) на 29% и максимальное потребление кислорода при нагрузке (VO₂max) на 27%. Затем, после 55 дней высоко интенсивных тренировок VO₂max увеличился на 19% по сравнению с исходным уровнем и на 61% по сравнению с данными сразу после иммобилизации [9]. Повторное обследование было проведено в 2006г. За 30 лет нормального старения VO₂max снизился в той же степени, что и за 21 день иммобилизации [10].

Для профилактики ХНИЗ и наиболее распространенных видов рака Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует достижение общей физической активности (ФА) не <600 МЕТ мин/нед. (https://www.who.int/ncds/prevention/physical-activity/inactivity-global-health-problem/en/). В то же время появляется все больше данных, свидетельствующих о том, что наибольшее снижение риска развития ХНИЗ вызывает уровень ФА, в несколько раз превышающий рекомендации ВОЗ. Так, в метаанализе, включившем данные 174 когортных исследований, изучали связь общей ФА и относительного риска пяти хронических заболеваний. По сравнению с малоактивными людьми (общая активность <600 MET мин/нед.) наиболее значительное снижение риска демонстрировали лица, достигавшие уровня общей ФА, в 13 раз превышающего рекомендуемый ВОЗ уровень (≥8000 MET мин/нед.): 14% для рака молочной железы, 21% для рака толстой кишки, 28% для сахарного диабета, 25% для ишемической болезни сердца и 26% для ишемического инсульта [11]. Серия метаанализов (2010-2021гг) показала, что элитные спортсмены, для которых характерны "экстремальные" по современным понятиям уровни ФН, имеют более низкий уровень смертности как от сердечно-сосудистых, так и от онкологических заболеваний. В метаанализе 2021г (24 исследования 165033 элитных спортсменов) стандартизированный пропорциональный коэффициент смертности составил у мужчин — 0,69 (95% доверительный интервал: 0,61-0,78), у женщин — 0,51 (95% доверительный интервал: 0,40-0,65) (p<0,01). Наибольший эффект по снижению смертности от всех причин достигался в видах спорта на выносливость (преимущественно аэробные нагрузки) [12]. Молекулярные механизмы адаптации к разным видам нагрузок различаются по многим параметрам. Исследования различий в экспрессии генов у лиц, в различных видах спорта показали, что тренировки на выносливость приводят к масштабному перепрограммированию транскриптома СМ, направленному на улучшение процессов аэробного клеточного дыхания (1711 генов у женщин и 1097 генов у мужчин) по сравнению с контрольными группами (силовые нагрузки и неактивные) [13]. Аэробные ФН (бег, плавание, велосипед), вызывают адаптивное ремоделирование левого желудочка (ЛЖ), выражающееся в увеличении камер сердца, массы ЛЖ и толщины межжелудочковой перегородки, уменьшении конечно-систолического объема (КСО) ЛЖ без существенного изменения или увеличения конечно-диастолического объема (КДО) [14]. Подобная адаптация миокарда к высоким ФН позволяет поддерживать достаточное поступление крови и кислорода к работающим мышцам в течение продолжительного времени. Адаптация миокарда к высокому уровню нагрузок хорошо изучена как у молодых спортсменов, так и у лиц среднего и пожилого возраста [15]. В то же время влияние малоподвижного образа жизни на структурно-функциональное состояние миокарда изучается в основном у лиц среднего и пожилого возраста или в когортах, включающих небольшое количество молодых людей. Эти исследования демонстрируют, что более низкие значения VO₂max связаны с более низкими объемными и функциональными показателями миокарда [5][16]. В масштабном исследовании по изучению зависимости между уровнем ФА и частотой выявления нарушений диастолической функции (57449 практически здоровых лиц, средний возраст 40,4±7,6 лет) было показано, что уровни ФА обратно пропорциональны распространенности нарушений релаксации ЛЖ [17]. Известно, что снижение ФА происходит еще возрасте до 18 лет и более высокая ФА активность в молодом возрасте определяет вероятность сохранения более высоких ее уровней на протяжении жизни [18]. Развитие современных ультразвуковых технологий, в частности speckle tracking ЭхоКГ дает возможность применения совершенно иных подходов к оценке функционального состояния ССС, существенно расширяет возможности неинвазивной количественной оценки функции ЛЖ, позволяя изучить влияние различных уровней ФА на функционирование миокарда [19].

Цель настоящего исследования — определение структурно-функциональных характеристик миокарда у молодых людей с различным уровнем ФА.

Материал и методы

Проведено одномоментное обсервационное исследование КОМПАS (Количественная Оценка функции Миокарда с Применением методА Speckle tracking у лиц с различным уровнем физической активности).

В исследование было последовательно включено 108 молодых людей без известных на момент исследования заболеваний ССС. Из них 72 человека являлись профессиональными спортсменами в видах спорта на выносливость (велоспорт и современное пятиборье) (подгруппа С), и 36 неспортсменов (подгруппа НеС). Все участники до включения в исследование подписывали информированное согласие.

Критерии включения: лица обоего пола в возрасте от 18 лет, давшие письменное информированное согласие на участие в исследовании. Критерии невключения: известное заболевание ССС на момент включения в исследование; заболевание или состояние, ограничивающее ФА в течение 3 мес. до включения в исследование. Активный онкологический процесс, иммуносупрессивная, химио- или лучевая терапия в настоящее время или в течение 3 мес., предшествующих включению в исследование; беременность, лактация; неспособность пациента понять суть исследования и дать согласие на участие в нем.

Процедуры и общий дизайн исследования

Оценка деформации миокарда ЛЖ. Всем обследованным была проведена оценка продольной, радиальной и циркулярной деформации ЛЖ в апикальных позициях и позициях по короткой оси ЛЖ на уровне митрального клапана, папиллярных мышц и на уровне верхушки. Также оценивали скручивание ЛЖ. Оценку деформации ЛЖ на основе отслеживания пятен серой шкалы (speckle tracking) проводили с использованием программного обеспечения рабочей станции EchoPac (General Electric). Сегментарную оценку деформации ЛЖ проводили по видеоизображениям из апикального (А2С, А4С) и парастернального доступа (LAX). Частота кадров поддерживалась в интервале 40-80/сек. Трассировку полости ЛЖ по границе эндокарда проводили вручную в конце систолы, после чего миокард ЛЖ автоматически разделяли на 6 сегментов в каждой позиции. Затем, при необходимости, вновь вручную выполняли корректировку ширины и формы зоны интереса, после чего программа автоматически рассчитывала значения деформации для каждого сегмента ЛЖ. Сегменты с неоптимальной визуализацией были исключены из расчетов программой или в результате дополнительного анализа исследователем, не вовлеченным в проведение исследования. В результате усреднения всех значений были получены показатели глобальной продольной деформации для каждой из трех позиций (GLPS_A2C, GLPS_A4C и GLPS_LAX), а также глобальной продольной деформации для всего ЛЖ (GLPS_Avg) в виде "бычьего глаза". Значения радиальной и циркулярной деформации миокарда ЛЖ были рассчитаны по видеоизображениям короткой оси на уровне митрального клапана, папиллярных мышц и верхушки.

Оценка уровня повседневных ФН

Уровень ФА у НеС определяли с помощью "Короткого международного опросника для определения физической активности" IPAQ (International Questionnaire on Physical Activity), 2016 (https://sites.google.com/site/theipaq) (Приложение 1.) Для исключения субъективной составляющей в оценке функциональных методов исследования анкетирование для оценки уровня повседневной ФА проводили на заключительном этапе исследования. Данный опросник позволил отнести респондентов к одной из категории по уровню ФА.

Категория 1 — Неактивные. К этой категории относятся все лица, не соответствующие критериям категорий 2 или 3. Категория 2 — умеренная ФА: ≥3 дней интенсивной нагрузки не <20 мин/день или ≥5 дней активности средней интенсивности и/или ходьбы не <30 мин/день или ≥5 дней любой комбинации ходьбы, интенсивные занятия с достижением минимальной общей ФА не <600 MET-мин/нед. Категория 3 — Высокая ФА: а) активность высокой интенсивности не <3 дней с достижением уровня ФН не <1500 MET-мин/нед. или б) ≥7 дней любой комбинации ходьбы, ходьбы средней интенсивности или интенсивная деятельность с достижением уровня ФА не <3000 MET-мин/нед.

Статистический анализ. Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием пакета программы SPSS 17.0. Для асимметричного распределения указаны медиана (Me) и интерквартильный размах (Q25;Q75). Для проверки нормальности распределения количественных признаков использовался одновыборочный критерий Колмогорова-Смирнова. Межгрупповое сравнение проводили с использование критерия Краскела-Уоллиса для независимых выборок с поправкой Бонферрони. Для всех видов анализа статистически значимыми считали различия при р<0,05.

Результаты

На основании количества баллов по опроснику IPAQ в группе НеС низкий уровень ФА (<600 MET-мин/нед.) имели 12 (22,3%) обследованных, умеренный — 15 (41,7%) (от 600 до 1500 MET-мин/нед.) и высокий — 13 (36%) обследованных (3000 MET-мин/нед.). Уровень нагрузки группы С составлял ~15000 MET-мин/нед. (6 тренировок/нед. продолжительностью 5-6 ч). Группы не различались по возрасту и индексу массы тела.

Результаты ЭхоКГ. У лиц, отнесенных к разным категориям по уровню ФА, не наблюдалось статистически достоверных различий в показателях ЭхоКГ. В связи с этим в таблице 1 группа НеС представлена целиком без разделения по уровню ФА. Спортсмены имели статистически значимо больший конечно-систолический и конечно-диастолический диаметр ЛЖ, УО, массу миокарда ЛЖ, толщину межжелудочковой перегородки и размеры предсердий (p<0,001 для всех случаев). ФВ ЛЖ в группе НеС составила 64% [ 61;67], а у спортсменов — 59% [ 55;62] (p<0,001) (рисунок 1, таблица 1).

Диастолическая функция ЛЖ. Во всех группах показатели, характеризующие диастолическую функцию ЛЖ, не выходили за пределы нормы. Показатель E/A (соотношение пиков Е и А трансмитрального кровотока) был выше в подгруппах с большей ФА (максимальный в подгруппе спортсменов). Статистически достоверная разница наблюдалась между группами спортсмены/неактивные (p=0,027) и спортсмены/умеренно активные (p=0,017). Между группами спортсмены/активные статистически достоверная разница отсутствовала (рисунок 2).

Показатели деформации ЛЖ. Показатели продольной, радиальной и циркулярной деформации не отличались у спортсменов и неспортсменов и соответствовали нормальным значениям (таблица 1). Внутри группы НеС также не наблюдалось статистически достоверных различий по этим параметрам.

Обсуждение

В настоящем исследовании >60% молодых людей (Ме 24,9 лет) в группе НеС имели уровень ФА ниже рекомендуемого ВОЗ в настоящее время. Высокий уровень ФА в группе НеС не вызывал изменения геометрии ЛЖ по сравнению с лицами с уровнем ФА ниже рекомендуемого ВОЗ в настоящее время. Таким образом, вне зависимости от уровня ФА, группа НеС была гомогенной в отношении структурных и функциональных показателей миокарда. В то же время группа НеС выраженно отличалась от группы С в отношении размеров и объемов ЛЖ и предсердий, толщины стенок и массы миокарда ЛЖ, увеличения отношения Е/А, что согласуется с данными других исследований [21-23]. Обращают на себя внимание достоверно более высокие значения ФВ ЛЖ у НеС по сравнению с группой С 64% [ 61;67] и 59% [ 55;62] (p<0,001), в сочетании с почти в два раза более низким КСО: 28 [ 24,25;38] и 44,0 [ 36;57] мл, соответственно (рисунок 3). Показано, что сочетание небольшого размера ЛЖ и низкого КСО у нетренированных людей лимитирует возможности повышения УО при нагрузке, т.к. при увеличении частоты сердечных сокращений наблюдается отсутствие увеличения или даже снижение КДО, в отличие от спортсменов, у которых происходит увеличение КДО в широком диапазоне частоты сердечных сокращений параллельно с выраженным снижением КСО [24][25]. Наблюдалась не достигавшая статистически значимой разницы тенденция к увеличению A_peak (маскимальная скорость позднего диастолического наполнения ЛЖ) и снижению коэффициента Е/А у лиц с более низкой активностью, которая достигала статистически значимых различий при сравнении со спортсменами, но не внутри группы НеС. Показатели деформации миокарда в настоящем исследовании находились в пределах нормы как у лиц с низкой ФА, так и у спортсменов, которые выполняли преимущественно динамические нагрузки. Это согласуется с данным других исследователей, которые у спортсменов обнаружили минимальное различие или не обнаружили его вообще в показателях глобальной деформации ЛЖ по сравнению со здоровыми лицами контрольных групп [26-28]. Выявленные исследователями более низкие или более высокие значения показателей глобальной деформации по сравнению с соответствующими показателями контрольных групп при этом не выходили за пределы нормальных значений [29-31].

Заключение

Таким образом, в настоящем исследовании у молодых людей без известных заболеваний ССС и уровнях ежедневной ФА от крайне низкого до рекомендуемого ВОЗ, структурно-функциональные характеристики миокарда достоверно отличались показателей профессиональных спортсменов видов спорта на выносливость, при этом в обеих группах не выходили за пределы возрастной нормы. Показатели ФВ ЛЖ были достоверно выше в группе НеС, за счет низких показателей КСО. При этом в группе профессиональных спортсменов все показатели также оставались в пределах возрастной нормы. Показатели деформации миокарда находились в пределах нормы у всех обследованных.

Ограничения исследования. Настоящее исследование имеет ряд ограничений и, прежде всего, — это небольшой размер групп, в результате чего, по многим параметрам не удалось достичь статистически достоверных различий, а также не позволило проанализировать показатели в зависимости от пола обследованных. Еще одним существенным ограничением является использование опросника определения уровня ФА. По данным исследований, в настоящее время ни один из имеющихся опросников ФА не демонстрирует достаточного уровня понятийной валидности, чувствительности и надежности. Кроме того, показано, что по сравнению с прямым измерением активности данные опросников неадекватно (в сторону увеличения) оценивают уровень ФА [32]. Кроме того, одномоментный тип исследования, не позволяет установить причинно-следственный характер связей.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.