Патофизиологические механизмы снижения и восстановления толерантности к физической нагрузке под влиянием физических тренировок на разных стадиях сердечно-сосудистого континуума

ОПЫТ КЛИНИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ

Патофизиологические механизмы снижения и восстановления толерантности к физической нагрузке под влиянием физических тренировок на разных стадиях сердечно-сосудистого континуума

Суджаева О.А., Суджаева С.Г.

Республиканский научно-практический центр «Кардиология», Минск, Беларусь

Sujayeva V.A., Sudzhayeva S.G.

Republican Scientific and Practical Center "Cardiology", Minsk, Belarus

Pathophysiological mechanisms of deereasing and restoration of tolerance

to physical loading under the influence of physical trainings

at different stages of a cardiovascular continuum

Резюме. Изучены различия в механизмах снижения толерантности к физической нагрузке и механизмы ее восстановления под влиянием физических тренировок на разных стадиях сердечно-сосудистого континуума. Обследованы 98 пациентов с различными болезнями системы кровообращения (БСК). Газообмен, метаболизм и толерантность к физической нагрузке (ТФН) оценивали в условиях спировелоэргометри-ческой пробы. Установлено, что под влиянием физических тренировок у всех пациентов отмечался рост ТФН, но механизмы ее роста были различны у пациентов с БСК на разных стадиях сердечно-сосудистого континуума.

Ключевые слова.: спировелоэргометрическая проба, толерантность к физической нагрузке, максимальное потребление кислорода, физические тренировки, сердечно-сосудистый континуум.

Медицинские новости. —2016. — №6. — С. 45-48. Summary. Aim of study - to reveal differences in mechanisms of decreasing and restoration of tolerance to physical loading (TPL) under the influence of physical trainings at different stages of a cardiovascular continuum. Object of study 98 patients with different heart diseases. Gas exchange, metaboiism and TPL were estimated in the conditions of spirobicycleergometrytest. We established that TPL increased under the influence of the physical trainings. Increasing of TPL was reached wtth different mechanisms at patients wtth cardiovascular diseases at different stages of cardiovascular continuum. Keywords: spirobicycleergometrytest, tolerance to physical loading, maximal oxygen consumption, physical trainings, cardiovascular continuum. Meditsinskie novosti. - 2016. - N6. - P. 45-48.

Физиологические процессы, происходящие в организме во время физической нагрузки (ФН), связаны с повышенным потреблением энергии (аденозинтрифосфата - АТФ) скелетными мышцами, которое может возрастать с 1,2 до 30 ккал/мин, т. е. в 25 раз. Поскольку непосредственно измерить потребление АТФ во время ФН нельзя (оно происходит на субклеточном уровне), используется косвенная оценка энергетических затрат - измерение поглощаемого при дыхании кислорода [1, 3].

Во время динамической работы у каждого человека существует свой предел максимальной мышечной нагрузки, при которой поглощение кислорода не увеличивается. Этот предел называется максимальным потреблением кислорода

и зависит как от центральных, так и от периферических факторов. Лимитирование нагрузки возможно за счет каждого из компонентов. Центральные факторы обусловливают высокие возможности сердца по доставке кислорода к работающим клеткам. К ним относят частоту сердечных сокращений (ЧСС), ударный объем (УО), давление наполнения левого желудочка, ригидность желудочков, сократимость и постнагрузку. Периферические факторы, лимитирующие потребление кислорода: альвеолярная вентиляция, диффузионная способность легких, плотность капилляров, региональный кровоток [9, 11, 12].

Таким образом, в обеспечении ФН в условиях нормальной физиологии принимают участие система тканевого образования энергии, система поддержания гомеостаза, дыхательная и сердечно-сосудистая, мышечная и костно-суставная, центральная и периферическая нервная системы.

При развитии патологии сердечно-сосудистой системы в той или иной степени неизбежно нарушается нормальное функционирование всех вышеописанных систем, вследствие чего происходит снижение

толерантности к физической нагрузке (ТФН) и аэробной ФРС. Патофизиологические механизмы снижения аэробной ФРС и их динамика под влиянием регулярных физических тренировок (ФТ) у пациентов с болезнями системы кровообращения (БСК) разных стадиях сердечно-сосудистого континуума изучены недостаточно.

Вышеизложенное определило цель работы по изучению различия в механизмах снижения толерантности к физической нагрузке и исследованию механизмов ее восстановления под влиянием физических тренировок на разных стадиях сердечнососудистого континуума.

Были обследованы 98 пациентов, из них 27 - с метаболическим синдромом (МС) в возрасте 44,1±8,5 года (9 (33%) женщин, 18 (67%) мужчин); 28 пациентов с артериальной гипертензией (АГ) в возрасте 41,9±11,6 года (7 (25%) женщин, 21 (75%) мужчина); 33 - с инфарктом миокарда (ИМ) после выполнения чрескожных коронарных вмешательств (ЧКВ) в возрасте 49,7±1,3 года (4 (12%) женщины, 29 (88%) мужчин) и 10 пациентов с хронической сердечной недостаточностью (ХСН) после трансплантации сердца (ТС) в возрасте

42,2±12,5 года (женщины - 10%, мужчины -90%). Таким образом, все пациенты были сопоставимы по возрасту и полу (р>0,05).

В соответствии с целью исследования проанализированы только данные пациентов с различными БСК, проходивших разработанную для каждой нозологической форм оригинальную программу ФТ которые подробно описаны ранее [4-7].

Спировелоэргометрическая проба (спироВЭП) проводилась с использова-

нием аппаратно-программного комплекса фирмы «SchillerAG» AT-104 Ergo Spiro по стандартному протоколу Брюса, начиная с мощности нагрузки 25 Вт в течение 3 минут, с увеличением мощности каждые 3 минуты на 25 Вт вплоть до достижения критериев прекращения нагрузочных тестов [10]. I тест проводился перед включением в исследование у лиц с ИМ после ЧКВ на 6-14-е сутки от момента развития заболевания (в среднем на 12,1±1,1 сутки),

у пациентов с ХСН после ТС - после купирования осложнений послеоперационного периода, являвшихся противопоказанием для проведения нагрузочных тестов, в среднем через 4,9±1,9 месяца после операции. II тест выполнен после окончания курса ФТ через 6 месяцев после включения в исследование.

Полученные данные о функциональном состоянии системы кровообращения пациентов с заболеваниями системы

Динамика функционального состояния системы кровообращения под воздействием физического аспекта реабилитации на разных этапах сердечно-сосудистого континуума

Показатель МС АГ ИМ ХСН после ТС

I тест, n=27 II тест, n=21 I тест, n=28 II тест, n=27 I тест, n=33 II тест, n=18 I тест, n=10 II тест, n=8

ЧСС исходно, уд./мин 79,5±10,8 70,9±10,5 79,5±14,3 70,7±13,31 68,4±1,834 66,3±12,634 80,0±10,07 75,8±13,5

Максимально достигнутая ЧСС, уд./мин 128,0±20,6 131,5±16,2 133,3±18,0 127,3±39,4 104,7±1,834 119,4±12,5134 103,8±11,756 112,6±19,015,67

САД исходно, мм рт. ст. 135,8±15,7 127,3±13,91 137,5±14,0 131,2±11,9 117,7±2,434 130,2±14,21 122,8±11,156 138,0±15,81

ДАД исходно, мм рт. ст. 88,4±8,9 81,8±10,01 88,8±11,3 85,5±8,6 77,1±1,934 86,3±10,5 79,4±8,256 92,0±13,315,67

Максимально достигнутое САД, мм рт. ст. 217,0±17,6 197,0±24,91 207,1±22,0 200,0±17,61 172,8±4,234 197,6±28,31 156,2±17,4567 192,0±27,015,67

Максимально достигнутое ДАД, мм рт. ст. 107,2±22,3 98,3±16,01 103,8±13,7 98,5±14,21 92,0±2,334 101,9±12,61 86,1±9,6567 90,0±7,856

Максимально достигнутая мощность нагрузки, Вт 120,4±44,0 143,8±47,21 128,0±40,4 140,0±39,41 89,4±2,434 118,1±42,3134 86,1±25,656 105,0±20,715,67

Мощность нагрузки, % от ожидаемой 61,5±16,2 77,2±21,91 71,2±29,72 81,0±20,4 52,0±1,834 66,6±21,6134 49,1±17,656 64,8±12,1156

Мощность нагрузки при анаэробном пороге, Вт 90,6±32,0 104,2±45,61 58,8±21,52 82,5±33,412 49,2±3,434 76,7±30,913 61,1±16,67 68,8±21,156

Ишемия миокарда, абс., (%) 4 (15%) 1 (5%) 2 (7%) 1 (4%) 11 (33%)4 4 (22%) 0 0

Гипертензивная реакция, абс., (%) 8 (27%) 2 (10%) 6 (21%) 1 (4%)1 8 (24%) 6 (33%) 0 0

VO, , мл/кг/мин 2max' в момент прекращения теста 16,2±5,1 17,9±5,41 16,0±4,0 15,6±4,42 14,8±0,634 16,0±4,31 16,2±3,37 18,8±5,7167

VO2max, % от ожидаемой 65,3±14,9 74,9±17,91 56,8±15,12 60,6±18,412 51,8±2,334 58,8±13,7134 49,7±12,77 56,6±15,515

VO2. 12,4±2,7 13,4±3,71 9,6±2,02 11,4±4,312 10,3±0,534 11,6±3,5 12,6±1,9 14,1±4,2167

Примечание: 1р<0,05 - достоверность различия показателей всех групп, полученных при II тесте в сравнении с I тестом; 2р<0,05 - достоверность различия показателей АГ в сравнении с МС при I, II, III тестах; 3р<0,05 - достоверность различия показателей МС в сравнении с ИМ при I, II, III тестах; 4р<0,05 - достоверность различия показателей аГ в сравнении с ИМ при I, II, III тестах; 5р<0,05 - достоверность различия показателей МС в сравнении с хСн после ТС при I, II, III тестах; 6р<0,05 - достоверность различия показателей АГ в сравнении с ХСН после ТС при I, II, III тестах; 7р<0,05 - достоверность различия показателей ИМ в сравнении с ХСН после ТС при I, II, III тестах.

кровообращения на разных этапах сердечно-сосудистого континуума при I тесте (в исходном состоянии) представлены в таблице.

В процессе тщательного анализа установлены различия в гемодинамиче-ском обеспечении ФН у лиц с БСК на разных стадиях сердечно-сосудистого континуума.

У пациентов с МС и АГ результирующий показатель деятельности сердца как насоса в условиях спироВЭП - максимально достигнутая мощность нагрузки - не различался, однако мощность нагрузки при анаэробном пороге у лиц с АГ была уже существенно ниже, чем у лиц с МС (см. таблицу).

С учетом установленных фактов о том, что такие параметры, как ЧСС в состоянии покоя, САД в покое, ДАД в покое, максимально достигнутая ЧСС при ФН, максимально достигнутые в процессе ФН САД и ДАД у лиц с МС и АГ не различались (см. таблицу, р>0,05), но значение V02max при ФН у лиц с АГ было ниже, чем прги МС (см. таблицу), можно констатировать интенсификацию процессов анаэробного гликолиза у лиц с АГ в сравнении с лицами с МС при нагрузке.

Последнее свидетельствует о неадекватном обеспечении миокарда кислородом и невыполнении в полной мере принципа «потребность в кислороде - адекватное удовлетворение возросшей при ФН потребности» уже на второй стадии континуума.

Потребление кислорода при ФН является закономерным процессом и направлен на адекватное обеспечение кислородом как миокарда, так и скелетной мускулатуры в условиях роста метаболизма миокарда [1]. Подтверждением вышеобозначенного тезиса является появление признаков ишемии миокарда на ЭКГ у 15% лиц с МС и у 7% - с АГ. Снижение эффективности функционирования системы кровообращения лиц с МС и АГ в условиях ФН подтверждается также тем, что 27% лиц с МС и 21% с АГ прекратили выполнение теста в связи с гипертензивной реакцией. Приблизительно одинаковый удельный вес пациентов с гипертензивной реакцией при наращивании мощности ФН среди больных МС и АГ обусловили равнозначный уровень максимально достигнутой мощности ФН.

У лиц с ИМ после ЧКВ при I тесте в покое ЧСС, САД, ДАД меньше, чем при МС и АГ (см. таблицу). Максимально достигнутые при ФН уровни САД и ДАД также ниже, чем у лиц с МС и АГ. Указанный факт объясняется наличием сниженной локальной сократительной функцией миокарда вследствие инфарцирования определенных зон.

Максимально достигнутая мощность при ФН у лиц с ИМ после ЧКВ, как и мощность

нагрузки при анаэробном пороге, становится меньше, чем при АГ и, тем более, МС.

Таким образом, на этой стадии континуума наблюдается не только существенное снижение насосной функции миокарда, не обеспечивающее дальнейшее наращивание мощности ФН, но и дальнейшая интенсификация процессов анаэробного гликолиза. Максимальное потребление кислорода миокардом меньше не только в сравнении с лицами с МС, но и с АГ.

Важно подчеркнуть, что, несмотря на достоверно более низкую максимально достигнутую мощность нагрузки в условиях спироВЭП и более низкую достигнутую мощность нагрузки при анаэробном пороге, у каждого третьего (33%) пациента с ИМ развивалась ишемия миокарда. Все это указывает на еще более выраженное, чем при АГ и МС снижение эффективности работы системы кровообращения и сердца как насоса прежде всего и на невысокую эффективность включения механизмов компенсаторного анаэробного гликолиза с целью компенсации дефицита кислорода в периферических тканях организма и миокарда в условиях физической нагрузки. Интересно, что у 24% пациентов с ИМ причиной прекращения теста послужила гипертензивная реакция (чрезмерный рост САД). Таким образом, можно констатировать, что у каждого четвертого пациента с ИМ после ЧКВ при физической нагрузке средней мощности (около 90 Вт, что соответствует подъему на 2 лестничных пролета) через 2 недели после развития ИМ с целью компенсации неполноценной функции миокарда левого желудочка сердца как насоса развивается гипертензивная реакция в условиях повышенной потребности в кислороде при наращивании мощности ФН.

Еще более выраженные нарушения гемодинамического обеспечения физической нагрузки выявлены у лиц с ХСН после ТС. Максимально достигнутая мощность ФН, а также мощность нагрузки при анаэробном пороге ниже в сравнении с лицами с МС, АГ и ИМ. Насосная функция миокарда при ФН страдает максимально: самая невысокая мощность нагрузки достигается при самых низких уровнях САД и ДАД среди всего континуума (см. таблицу). У лиц с ХСН после ТС отмечаются самые низкие значения V02max при ФН. Указанные факты в совокупности свидетельствуют о самой низкой эффективности функционирования системы кровообращения в целом и работе сердца как насоса прежде всего. Миокард страдает от низких резервов биохимических систем организма, призванных обеспечить компенсаторный анаэробный

гликолиз для компенсации дефицита кислорода в периферических тканях скелетной миокарда и скелетной мускулатуры в условиях физической нагрузки.

При изучении механизмов восстановления ФРС под влиянием ФТ на разных этапах континуума установлено следующее. При II тесте под влиянием ФР у всех включенных в исследование пациентов вне зависимости от стадии сердечно-сосудистого континуума отмечался значительный рост ТФН (см. таблицу).

При анализе данных с помощью метода попарно связанных вариант установлено, что прирост максимально достигнутой мощности у лиц с МС составил +33,8±13,2 Вт (р<0,05), с АГ -+36,4±14,4 Вт (р<0,05), у пациентов с ИМ после ЧКВ - +33,8±13,2 Вт (р<0,05), с ХСН после ТС - +33,3±3,3 Вт (р<0,05).

Рассмотрим влияние физической реабилитации на ТФН с точки зрения эффективности и экономичности функционирования системы кровообращения лиц с различными БСК.

У пациентов с МС после курса ФТ достоверно увеличивается и максимальная мощность нагрузки, и мощность нагрузки при анаэробном пороге (см. таблицу, р<0,05). Увеличение этих двух результирующих параметров достигается при достоверно более низких уровнях САД и ДАД при II тесте в сравнении с I (см. таблицу, р<0,05). Это тем более важно, что в покое при II тесте как САД, так и ДАД стали достоверно меньше, чем перед I тестом (см. таблицу, р<0,05).

Таким образом, можно говорить о том, что среди всего континуума при МС максимально достигаемая мощность нагрузки и мощность нагрузки при анаэробном пороге после курсовых тренировок более высокие, чем перед тренировками достигаются при более низком среднем гемодинамическом давлении (СрГД, мм рт. ст.) и, следовательно, при более низком уровне расхода энергии на перемещение 1 л минутного объема крови (Рэ, Вт/л) (В.Н. Артамонов, 1970).

Закономерное достоверное более высокое максимальное потребление миокардом кислорода в условиях ФН после курса ФТ происходит при более низком уровне СрГД - и это также указывает на формирование эффективного и экономичного ответа системы кровообращения у лиц с МС после курса ФТ. На рост эффективности системы кровообращения указывает

3-кратное снижение числа лиц с ишемией миокарда в условиях повторного теста.

Следовательно, курс ФТ у пациентов с МС приводит к повышению эффективности и экономичности функционирования системы кровообращения. Это свидетельствует, с одной стороны, о высоких резервах как сократительной функции миокарда, так и биохимических резервах образования энергии - возможности потенцирования процессов анаэробного гликолиза с повышением порога при существенном росте ФРС.

Однако у лиц с МС после курса ФТ гипертензивная реакция в ответ на спиро-ВЭП выявлена у 10%, что отличает пациентов с МС от здоровых. Анализируемые 10% составляют группу риска для формирования следующих стадий континуума.

При Аг в результате курса Фт максимальная мощность нагрузки также увеличивается, растет и мощность нагрузки при анаэробном пороге аналогично тому, как это происходит у лиц с МС (см. таблицу). Однако достигнутая мощность нагрузки при анаэробном пороге после курса ФТ у лиц с АГ остается ниже, чем у пациентов с МС при равнозначной максимально достигнутой мощности ФН. Максимальное потребление миокардом кислорода у лиц с АГ становится ниже, чем у пациентов с МС, при том что до курса ФТ разницы в этом показателе не отмечалось. В отличие от лиц с МС при АГ как систолическое, так и диастолическое АД в покое после курса тренировок перед проведением второго теста не снизились. Тем не менее достижение более высокой максимальной мощности нагрузки и мощности нагрузки при анаэробном пороге происходит при достоверно более низких уровнях САД и ДАД, чем до проведения курса ФТ. Указанная совокупность доказательств свидетельствует о следующем. У лиц с АГ недостаточно интенсивно включаются процессы потенцирования процессов анаэробного гликолиза при росте физической работоспособности. Все-таки, несмотря на то что VO2max у лиц с АГ при II тесте достоверно не отличается от I, такой параметр, как VO2max, % от ожидаемой, при II тесте становится достоверно выше, чем при I до проведения курса ФТ (см. таблицу). Последнее свидетельствует о том, что Фт хотя и в меньшей мере, чем у лиц с МС, но способствуют росту эффективности и экономичности функционирования системы кровообращения при АГ. Эффективность влияния ФТ у последних подтверждается и пятикратным снижением числа лиц с гипертензивной реакцией в ответ на ФН в сравнении с I тестом и снижением

числа лиц с ишемией миокарда в ответ на спироВЭП.

Анализ функционального состояния системы кровообращения пациентов с ИМ после ЧКВ показал следующее. Во-первых, у лиц с ИМ после ЧКВ в состоянии покоя перед II тестом при равнозначной с I тестом ЧСС растет САД (см. таблицу). Последнее свидетельствует об улучшении сократительной способности миокарда у пациентов с ИМ после ЧКВ под влиянием курса ФТ уже в покое. Улучшение сократительной функции миокарда привело к увеличению как максимальной мощности выполненной нагрузки, так и мощности нагрузки при анаэробном пороге. Данный положительный и важный результат достигался при более высоких уровнях САД и ДАД, что может свидетельствовать об улучшении насосной функции миокарда. Увеличились также VO2max и VO2max, % от ожидаемой (см. таблицу). (Последний! факт свидетельствует об улучшении коронарного кровотока у лиц, подвергавшихся курсу ФТ в результате потенцирования механизмов метаболической вазодилатации. Высокая эффективность курса ФТ у лиц с ИМ после ЧКВ подтверждается тем, что при возросших максимальной мощности выполненной нагрузки и мощности нагрузки при анаэробном пороге процент пациентов с ишемией миокарда в ответ на тест снизился.

У лиц с ХСН после ТС ЧСС в покое перед II тестом осталась такой же, как и перед I тестом (см. таблицу, р>0,05). Однако САД стало выше, так же как и ДАД. Это может быть обусловлено тем, что в результате курса ФТ у пациентов с ХСН вырос тонус системного артериального русла и, следовательно, повысилось сопротивление путей оттока из левого желудочка. Повышение САД в этих условиях является закономерным процессом и свидетельствует о достаточности насосной функции миокарда преодолеть возросшее сопротивление путей оттока, что само по себе уже положительный феномен. Под влиянием ФТ выросла максимальная мощность выполненной нагрузки. Это очень важная результирующая характеристика влияния ФТ на систему кровообращения анализируемой стадии континуума. Мощность нагрузки при анаэробном пороге осталась такой же, как и при прежнем тесте.

Рост САД и ДАД в покое наряду с более высоким уровнем САД при нагрузке при возросшей максимальной мощности ФН у лиц с ХСН после ТС свидетельствует о существенном улучшении пропульсивной функции миокарда, что подтверждается ростом показателя VO2max, % от ожидаемой при II тесте в сравнении с I (см. таблицу).

Таким образом, активизация имевшихся до курса ФТ функциональных резервов у пациентов с МС, АГ ИМ и появление новых резервов у лиц с ХСН после ТС происходит различными путями. Выводы:

1. Под влиянием мероприятий физической реабилитации у всех включенных в исследование пациентов отмечался рост ТФН в среднем на 30 Вт.

2. Активизация имевшихся до курса ФТ функциональных резервов у лиц с МС, АГ ИМ и появившихся резервов у лиц с ХСН после ТС происходит различными путями.

3. Под влиянием Фр у пациентов всех анализируемых групп наблюдался существенный рост аэробной ФРС. Это может быть объяснено тем фактом, что среди лиц с АГ под влиянием ФР отмечается некоторое уменьшение числа пациентов с глюкозозависмым дисбалансом образования энергии (от 26 до 10%) в пользу увеличения числа лиц с требующим больших затрат кислорода для образования энергии путем окисления свободных жирных кислот (от 0 до 10%).

4. Рост ТФН и аэробной ФРС происходит за счет перестройки гемодинамики в покое и при нагрузке и существенно различается у пациентов с БСК на разных стадиях сердечно-сосудистого континуума, что отражает разницу имеющихся функциональных резервов и различия в исходных механизмах снижения переносимости ФН в начале и в конце формирования сердечно-сосудистого континуума.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Гайтон А. Физиология кровообращения. Минутный объем крови и его регуляция / Пер. с англ. -М.,1969. - 471 с.

2. Иверц И.Ю., Полтавская М.Г, Бранд А.В. и со-авт. // Кардиология. - 2013. - №12. - С.33-40.

3. Нормальная физиология: Учебник / Орлов Р.С., Ноз-драчев А.Д. - 2-е изд., исправл. и доп. - 2010. - 832 с.

4. Суджаева ОА. // Сборник статей. Материалы VII Междунар. научно-практич. конфер. «Дисфункция эндотелия», 24-25 мая 2012 г., Витебск. - С.101-103.

5. Суджаева О.А., Островский Ю.П. // Вестник трансплантологии и искусственных органов. -2013. - Ï.XV №1. - С.45-50.

6. Суджаева О.А., Суджаева С.Г., Губич Т.С., Казае-ва НА // Лечебное дело. - №3 (25). - 2012. - С.49-56.

7. Суджаева О.А., Сукало Т.И. // Лечебное дело. -2011. - №1 (17). - С.19-26.

8. Arena R, Myers J., Aslam S.S., et al. // Am. Heart J. - Vol.147, N2. - P.354-360.

9. Cohen-Solal A., Carre F Practical Guide to Cardiopulmonary Exercise Testing. - Esevier Masson SAS, 2009. - P.168.

10. Mezzani A., Agostoni P., Cohen-Solal A., et al. // Eur. J. Cardiovasc. Prevention Rehabil. - 2009. -Vol.16, N3. - P.249-267.

11. Wonisch M, Hofman P., Pokan R., et al. // J. Kardiol. - 2003. - N10. - P.383-390.

12. Wonisch M, Kraxner W, Hodl R, et al. // J. Kardiol. - 2003. - Vol.10. - P.440-446.

Поступила 11.12.2015 г.