Работа небольшой мышечной массы и выносливость у людей с сердечной недостаточностью

Две последние работы у нас на канале посвящены физиологическим факторам, определяющим выносливость. Первая работа посвящена изменению лимитирующих факторов в процессе тренировок, вторая работа - ответным реакциям на тренировку людей с болезнью легких.

А сегодня мы рассмотрим третью работу от того же коллектива авторов, посвященную уже адаптациям в ответ на тренировку у людей с хронической сердечной недостаточностью. Уж больно интересные вопросы ставят перед собой эти ученые и методы измерений у них фундаментальные.

Идея исследования

Определить физиологические механизмы, ответственные за ожидаемое повышение физической работоспособности после 8 недель разгибания колена у пациентов с хронической сердечной недостаточностью (ХСН).

Была выдвинута гипотеза, что тренировка с участием небольшой мышечной массы будет:

• стимулировать внутримышечные структурные изменения, которые способствуют транспорту и утилизации кислорода (увеличение плотности капилляров и митохондрий);
• улучшать диффузионную проводимость кислорода мышцами;
• улучшать доставку кислорода к мышечным волокнам;
• и, как результат, улучшать максимальное потребление кислорода (МПК), оцениваемое как локально (через мышцу), так и центрально (через легкие), несмотря на минимальную центральную гемодинамическую нагрузку при таких упражнениях.

Испытуемые и дизайн эксперимента

6 клинически стабильных пациентов мужского пола с ХСН (II–III функциональный класс) и 6 здоровых мужчин приняли участие в этом исследовании.

Фракция выброса левого желудочка у пациентов с ХСН составила 25 ± 3%. Пациенты с ХСН и участники контрольной группы были сопоставлены по возрасту, полу и, особенно, по физической активности.

На 8 недель испытуемых разделили на две группы:

• Группа "ХСН" - 3 раза в неделю выполняли разгибания колена каждой ногой отдельно, обследовалась до и после эксперимента;
• Группа "КОНТРОЛЬ" - не тренировалась и обследовалась 1 раз.

После серии ознакомительных процедур, участникам были установлены катетеры в лучевой артерии и бедренной вене. Также у участников была взята биопсия латеральной широкой мышцы бедра.

Рисунок 1. Изменение тренировочной нагрузки в процессе эксперимента и результаты двух тестирований.

Что измеряли

• Показатели газообмена, легочной вентиляции и электрокардиограммы;
• Образцы крови из лучевой артерии и общей бедренной вены собирались в состоянии покоя и на третьей минуте каждой нагрузки во время тестирования;
• Из этих образцов крови оценивались следующие переменные: парциальное давление О2 и СО2, показатель pH, сатурация оксигемоглобина, концентрация гемоглобина и концентрация лактата;
• Измерялся кровоток в бедренной вене, артериальное и венозное давление;
• Рассчитывались диффузионная проводимость мышц O2 и среднее капиллярное напряжение О2;
• Сердечный выброс (минутный объем кровообращения) в состоянии покоя и во время нагрузки;
• Концентрацию катехоламинов (адреналин и норадреналин);
• Работоспособность тестировали в двух упражнениях - как при разгибании колена, так и при работе на велоэргометре.

Результаты

Результаты при разгибании колена

• Максимальная мощность нагрузки при разгибании колена существенно увеличилась в первые 2 недели эксперимента и продолжала расти в течение следующих 4 недель, с небольшим измеримым увеличением в последние 2 недели тренировки (рис. 1), в среднем почти удвоившись с 19 до 37 Вт и сравнявшись с показателями контрольной группы (рис. 2);
• До тренировки сердечный выброс, достигнутый во время разгибания колена у пациентов с ХСН, существенно не отличался от показателей контрольной группы и не изменился под воздействием тренировок (рис. 2);

Рисунок 2. Изменение ряда показателей после эксперимента в двух упражнениях: на велоэргометре и при разгибании колена, а также сравнение их с контрольными значениями.

• До тренировок доставка кислорода к мышцам при разгибании колена в группе ХСН была значительно ниже, чем в контрольной группе. После тренировок этот показатель у пациентов увеличился до уровня контрольной группы, это было обусловлено различиями в кровотоке, а не в содержании кислорода (рис. 3);
• До тренировок диффузионный транспорт О2 при разгибании колена был значительно ниже у пациентов с ХСН, чем в контрольной группе. После тренировок этот показатель, хоть и имел тенденцию к превышению, но, статистически достоверно не отличался от показателей контрольной группы (рис. 3);
• До тренировок максимальное потребление О2 мышцами при разгибании колена было значительно ниже у пациентов с ХСН по сравнению с контрольной группой. Однако после тренировок этот показатель у пациентов с ХСН увеличился и был значительно выше, чем в контрольной группе (рис. 3).

Рисунок 3. Изменение ряда показателей после эксперимента в двух упражнениях: на велоэргометре и при разгибании колена, а также сравнение их с контрольными значениями.

Результаты при велоэргометрии

• До тренировок максимальный сердечный выброс при велоэргометрии был значительно ниже у пациентов с ХСН, чем в контрольной группе, и не изменился после эксперимента (рис. 2);
• Доставка кислорода к мышцам при велоэргометрии до тренировок также была значительно ниже у группы ХСН, чем в контрольной группе, но после тренировок этот показатель увеличился до уровня контрольной группы. Это было обусловлено различиями в кровотоке, а не изменениями в содержании кислорода (рис. 3);
• До тренировок диффузионный транспорт О2 при велоэргометрии у пациентов с ХСН был значительно ниже, чем в контрольной группе. После тренировок этот показатель, хотя и имел тенденцию к превышению, статистически не отличался от уровня контрольной группы (рис. 3);
• Как легочное, так и мышечное максимальное потребление О2 было значительно ниже у пациентов с ХСН по сравнению с контрольной группой во время максимальной велоэргометрии перед экспериментом. После тренировок оба эти показателя увеличились до уровня контрольной группы (рис. 2 и 3);
• На рисунке 4 показаны изменения ряда гемодинамических параметров и сравнение их с контролем при двух тестовых упражнениях в группе ХСН.

Рисунок 4. Изменение гемодинамических параметров в группе ХСН на всех этапах транспорта и утилизации кислорода при выполнении двух тестовых упражнений: велоэргометрии и разгибании колена.

Структурные изменения в мышцах

• До тренировок почти все характеристики мышечных волокон (МВ) у пациентов с ХСН и у участников контрольной группы были схожими (рис. 4). Но, объёмная плотность митохондрий у пациентов с ХСН была значительно ниже;
• После эксперимента у пациентов с ХСН наблюдалось значительное увеличение площади поперечного сечения МВ, соотношения капилляров к МВ, количества капилляров вокруг МВ и объёмной плотности митохондрий (рис. 4);
• Увеличение объёмной плотности митохондрий было настолько значительным, что после тренировки различий между пациентами с ХСН и контрольной группой, как и по всем другим измеряемым структурным переменным, не наблюдалось (рис. 4);

Рисунок 4. Морфологические изменения в мышечных волокнах у пациентов с ХСН и сравнение их с контролем.

Корреляционный анализ

• С включением всех исследованных сценариев (пациентов с ХСН и контрольной группы на велоэргометре и при разгибании колена до эксперимента, а также пациентов после эксперимента), наблюдался широкий диапазон значений диффузионного транспорта и пикового потребления кислорода в мышцах ног;
• Корреляционный анализ выявил сильную и значимую связь (r = 0,85) между диффузионным транспортом кислорода и пиковым потреблением кислорода мышцами ног во всех этих сценариях (рис. 5);

Рисунок 5. Взаимосвязь индивидуальных значений параметров потребления и диффузионной проводимости кислорода во всех тестах эксперимента у двух групп.

• Дополнительной корреляцией, заслуживающей внимания, была связь между объемом митохондрий и количеством капилляров вокруг волокна;
• В частности, объединение данных до и после разгибания колена у пациентов с ХСН выявило значимую корреляцию между этими двумя физиологически важными переменными (рис. 6).

Рисунок 6. Взаимосвязь митохондриального объема и количества капилляров вокруг МВ у группы ХСН.

Выводы

• Как и предполагалось, разгибание колена не повлияло на максимальный сердечный выброс, поскольку данный вариант тренировок минимально нагружает сердце и, следовательно, вряд ли стимулирует центральные гемодинамические адаптации;
• Но, наблюдалось множество периферических структурных и функциональных адаптаций, способствующих улучшению толерантности к физической нагрузке пациентов с ХСН как при разгибании колена, так и при велоэргометрии;
• Несмотря на сохраняющиеся ограничения центральной гемодинамики, выраженное улучшение структуры мышц, периферического конвективного и диффузионного транспорта кислорода, а следовательно, и его утилизации, раскрывает механизмы и подтверждает эффективность локальной тренировки мышц как способа снижения непереносимости физических нагрузок у пациентов с ХСН.

Дополнительные комментарии

• Мы видим, как и в предыдущей работе этого коллектива авторов, что возможно повышение работоспособности без изменения центральных факторов - при работе на велоэргометре выносливость повысилась, а производительность сердца как насоса не изменилась (люди с ХСН);
• Произошло это, как уже отмечено выше, за счет изменений в самих мышцах - немного гипертрофировались волокна, увеличилось количество капилляров и митохондрий, и снова эта таинственная диффузионная проводимость кислорода в клетку. То есть произошли те самые периферические перестройки;
• По-прежнему непонятно как определять вклады всех этапов кислородного каскада от атмосферы в митохондрию в общее потребление кислорода мышцей и организмом без инвазивных измерений. Это вопрос будем продолжать изучать;
• А так такие работы очень полезны для понимания физиологии упражнений.

Получить доступ к неопубликованным лекциям, статьям и другим материалам, а также поддержать нашу работу можно на Boosty

Сейчас там опубликованы следующие материалы:

1. Конкурентный тренинг (лекция).

2. Весогонка в единоборствах (лекция).

3. Плиометрика в фитнесе (лекция).

4. Метаболические эффекты упражнений (доклад).

5. Зона жиросжигания - что мы о ней знаем (лекция).

6. Физиология аэробного и анаэробного порогов, МПК (лекция).

7. Все про Дроп-Сет (лекция).

8. Локальное жиросжигание (лекция).

9. Ишемический тренинг. Часть 1 и 2 (научный доклад).

10. Физподготовка в волейболе (три лекции).

11. Биоэнергетика спорта (обзорная лекция).

12. Классификация аэробных и анаэробных упражнений (лекция).

13. Статодинамика: 30 лет обсуждений Часть 1 (лекция).

14. Семинар «Физиология жиросжигания» (3 лекции по 3 часа).

15. Разное количество повторений. Обзор эффектов для массы, силы и выносливости (лекция).

16. Предпосылки для локального жиросжигания (доклад).

17. Концепция физподготовки на примере игрового вида спорта (лекция).

18. Теория и методика интервальной тренировки (лекция 2 часа).

19. Некоторые экспериментальные факты о физической подготовке боксера (доклад).

20. Дефицит калорий: диета или упражнение? (лекция).

21. Влияние физкультуры на здоровье. Новые научные данные (лекция).

22. Теория и методика силовой тренировки. (Лекция. Часть 1 и 2).

23. NEW! Физиология мышечной деятельности с акцентом на хоккей (Лекция, часть 1).

Дополнительные материалы по этой теме:

Тренировки на выносливость и здоровье. Что говорят ученые

Борьба со старостью. Силовые тренировки для пожилых людей

Силовые тренировки и здоровье. Что говорит современная наука

Факторы, влияющие на изменение выносливости у пациентов с хронической обструктивной болезнью лёгких

Источник: Esposito F, Reese V, Shabetai R, Wagner PD, Richardson RS. Isolated quadriceps training increases maximal exercise capacity in chronic heart failure: the role of skeletal muscle convective and diffusive oxygen transport. J Am Coll Cardiol. 2011 Sep 20;58(13):1353-62.