Структурно-функціональні аспекти адаптації серця до фізичних навантажень

Досліджено структурно-функціональні особливості перебудови відділів міокарда експериментальних тварин при систематичних фізичних навантаженнях. Встановлено, що останні супроводжуються гіпертрофією і дилятацією, причому ці процеси переважають у лівому шлуночку. Артеріальний тиск під впливом фізичних тренувань зменшується, а також відбуваються зрушення в регуляції серцевого м’яза в сторону переважання впливу вагуса.

Ключові слова: серце, адаптація, фізичне навантаження.

In this experiment it is investiigated structural – functional peculiarities of the reformation of sections of myocardial – experimental animals during dynamic physical loadings. It is ascertained that those the last are accompanied by hypertrophy and dylatation, and the se processes predominate in the left ventricular. Arterial pressure descreases under the influence of physical training and some displacements also take place in regulation of the heart muscle to the prevalence of vagus influence.

Key words: heart, physical loadings, adaptation.


Адекватна оцінка структурно-функціональних особливостей адаптаційних змін серця при фізичних навантаженнях є однією з найстаріших та далеко ще не вивчених проблем спортивної медицини і морфо­логії.

Незважаючи на численні роботи, присвячені цій проблемі, в науковій літературі й нині є протиріччя в поглядах на гіпертрофію серцевого м’яза у спортс­менів і на функціональні та морфологічні зрушення гіпертрофованого серця.

Враховуючи вищесказане, завданням цієї ро­боти стало дослідження структурно-функціональних особливостей перебудови відділів міокарда експе­риментальних тварин при динамічних фізичних навантаженнях.

Матеріал та методи досліджень

Досліди проведені на 70 статевозрілих щурах-самцях лінії Вістар масою 182,0-190,0 г, які протягом 2-х місяців плавали у воді при температурі близько 30°С. Час разового перебування тварин у воді збільшувався поступово з 3 до 60 хвилин. 17 тварин аналогічної статі, віку та маси, які перебували у звичайних умовах віварію, склали контрольну групу.

При вивченні функціонального стану серцево-судинної системи вимірювали артеріальний тиск з допомогою плетизмометричного апарату, прово­дили запис електрокардіограм на електрокардіографі ЕК 2Т-02 в 3-х відведеннях при швидкості руху стрічки 100 мм/с. При цьому для розрахунку та аналізу різних показників серцевого ритму реєст­рували не менше 100 кардіоінтервалів у другому відведенні.

Методом варіаційної статистики визначали середнє значення інтервалів R-R (M), середнє квад­ратне відхилення (d), варіаційний розмах (DX), моду (Мо), амплітуду моди (АМо), коефіцієнти асиметрії (As) і ексцесу (Ех), які широко застосовуються для оцінки кардіоритму. За формулами вичисляли індекс напруги (ІН) регулюючих систем, індекс вегетативної рівноваги (ІВР), показник адекватності процесів регуляції (ПАПР), вегетативний показник ритму.

Евтаназію тварин проводили за допомогою швидкої декапітації. Серце розрізали за І.К.Єсиповою (1981), окремо зважували відділи міокарда, проводи­ли планіметрію ендокардіальних поверхонь серця, гістометричні виміри ізольованих кардіоміоцитів. При цьому враховували такі морфометричні показники: чисту масу серцевого м’яза (ЧМС) – маса серцевого м’яза без клапанів та великих судин, абсолютну масу лівого (МЛШ) і правого (МПШ) шлуночків – маса шлуночка з пропорційною його масі частиною міжшлункової перегородки, шлуночковий індекс (Ш І) – відношення МПШ до МЛШ, індекс Фултона (ІФ) – відношення маси лівого шлуночка з міжшлунковою перегородкою до маси правого, серцевий індекс (СІ) – відношення ЧМС до маси тіла, масу лівого (МЛП) і правого (МПП) передсердь, індекс передсердь (ІП) – відношення МЛП до МПП, відсотковий вміст маси лівого і правого шлуночків та передсердь (% ЛШ, % ПШ, % ЛП, % ПП), площу ендокардіальної поверхні лівого і правого шлуночків (ПЕПЛШ, ПЕППШ), планіметричний індекс (ПІ) – відношення ПЕПЛШ до ПЕППШ, діаметри кардіоміоцитів і ядер шлу­ночків та передсердь (ДКЛШ, ДЯЛШ, ДКПШ, ДЯПШ, ДКЛП, ДЯЛП, ДКПП, ДЯПП), ядерно-цитоплаз­матичні індекси (ЯЦІЛШ, ЯЦІПШ, ЯЦІЛП, ЯЦІПП). Зв’язок між функціональними та структурними пара­метрами визначали методом кореляційного аналізу з визначенням коефіцієнтів кореляції (r). Силу зв’язку між ними оцінювали за чотирма ступенями: сильний (r = 0,7-0,9), значний (r =0,5-0,7), помірний (r=0,3-0,5), слабкий (r <0,3). Експери­ментальні тварини були розділені на 3 групи. 1-а група включала 19 щурів, у яких не знайдено переважання одного з відділів вегетативної нервової системи; 2-а – 39 тварин, в яких спостерігалося посилення парасимпатичних впливів на серце; 3-я – 12 щурів з явним переважанням симпатичного відділу вегетативної нервової системи в регуляції діяльності серцевого м’яза. Кількісні показники об­робляли статистично, різницю між порівнювальними параметрами визначали за Стьюдентом.

Результати та їх обговореня

Отримані дані кардіометрії представлені в табл. 1. Аналіз даних таблиці показав, що у всіх 3-х групах ЧМС була збільшеною. При цьому гіпертрофія серця проходила за рахунок зростання маси всіх частин серця. Гіпертрофічний процес у відділах міокарда був виражений неоднаково, про що свідчили зміни МІ та ІФ. Статистично достовірне зростання ІФ та зниження ШІ вказували на те, що при динамічних фізичних навантаженнях гіпертрофія лівого шлуночка переважала.

Систематичні фізичні навантаження супроводжу­валися також розширенням камер серця, про що свідчила динаміка ПСЛШ, ПСПШ, ПСЛП, ПСПП. Зростання при цьому ПІ вказувало на те, що в цих експериментальних умовах переважала дилятація лівого шлуночка.

Слід зауважити, що гіпертрофія частин серця проходила за рахунок потовщення кардіоміоцитів. Останнє підтверджується зростанням їхніх діаметрів та збільшенням діаметрів ядер. Ядерно-цитоплазма­тичні співвідношення при цьому не порушувалися, що вказувало на стабільність структурного гомео­стазу на клітинному рівні.

Ступінь гіпертрофії частин серця був наймен­шим у 1-й групі спостережень (нормотоніки). Так, у цих тварин маса лівого шлуночка зростала на 13,9 %, правого – на 7,0 %, лівого передсердя на 12,9 %, правого передсердя – на 9,1 %. Майже аналогічно відбувалося збільшення просторових характеристик частин серця (ПСЛШ, ПСПШ, ПСЛП ПСПП). Це свідчить про те, що в серцях даної групи не було порушень між масометричними і просторовими параметрами їхніх частин.


Таблиця 1

Динаміка морфометричних параметрів частин серця білих щурів

при фізичних навантаженнях (M±m)

Показник

Група спостережень

контрольна

1-а

2-а

3-я

1

2

3

4

5

ЧМС, мг

776,0±13,2

868,60±12,9**

908,10±12,60**

916,20±12,30**

МЛШ, мг

482,7±8,7

550,10±8,4**

578,4±9,3

582,20±8,1

МПШ, мг

212,3±4,5

227,20±4,2*

235,6±5,1

237,8±4,8

МЛП, мг

33,4±0,9

37,70±0,81*

38,74±0,84

39,40±0,90

МПП, мг

35,1±0,9

38,30±0,84*

39,30±0,78

39,80±0,81

ШІ

0,439±0,009

0,410±0,008*

0,407±0,009*

0,408±0,012*

СІ

0,00430±0,00012

0,00480±0,00004*

0,00490±0,00005

0,00492±0,00005*

ІФ

3,10±0,02

3,60±0,05**

3,62±0,06**

3,64±0,06**

ІПр

0,951±0,021

0,984±0,024

0,986±0,018

0,990±0,015

% ЛШ

62,2±1,5

63,30±1,20

63,70±1,40

63,50±1,33

% ПШ

27,3±0,7

26,10±0,84

25,94±0,69

25,95±0,63

% ЛП

4,30±0,12

4,34±0,15

4,26±0,14

4,30±0,15

% ПП

4,50±0,12

4,41±0,14

4,32±0,15

4,34±0,16

ПСЛШ, см²

1,06±0,03

1,21±0,04*

1,29±0,03*

1,15±0,04

ПСПШ, см²

1,27±0,03

1,36±0,03*

1,46±0,04*

1,33±0,03

ПІ

0,830±0,018

0,889±0,021*

0,883±0,019*

0,865±0,018

ПСЛП, см²

0,320±0,006

0,358±0,008*

0,381±0,009**

0,346±0,006*

ПСПП, см²

0,370±0,007

0,403±0,009*

0,425±0,008***

0,390±0,006*

ПІПр

0,860±0,018

0,888±0,021

0,896±0,019

0,877±0,024

ДКЛШ, мкм

15,0±0,30

18,30±0,42*

18,60±0,39**

18,90±0,45**

ДЯЛШ, мкм

6,00±0,09

6,0±0,08**

6,96±0,09**

7,14±0,08**

ЯЦІЛШ

0,140±0,002

0,142±0,003

0,140±0,004

0,143±0,005

ДКПШ, мкм

12,40±0,18

13,90±0,19**

14,10±0,21**

14,15±0,18**

ДЯПШ, мкм

4,8±0,06

5,30±0,05**

5,39±0,06**

5,50±0,07**

ЯЦІПШ

0,149±0,002

0,148±0,003

0,146±0,004

0,149±0,005

ДКЛП, мкм

9,50±0,15

10,70±0,18**

10,90±0,19**

11,20±0,16**

ДЯЛП, мкм

3,72±0,06

4,17+0,05**

4,24±0,05**

4,36±0,06**

ЯЦІЛП

0,1518±0,0027

0,1520±0,0030

0,1515±0,0036

0,1520±0,0033

ДКПП, мкм

8,70±0,12

9,50±0,15*

9,80±0,14*

9,90±0,16*

ДЯПП, мкм

3,35±0,06

3,70±0,05*

4,83±0,06**

4,96±0,07**

ЯЦІПП

0,1520±0,003

0,1517±0,0033

0,153±0,004

0,152±0,005

 

Примітка: *** - Р< 0,001; ** - Р<0,01; * - Р<0,05 у порівнянні з контрольними величинами.


В експериментальних тварин, у яких пере­важали парасимпатичні впливи в регуляції серцевої діяльності, ступінь зростання мас частин серця був більшим в порівнянні з попередніми спостере­женнями. Так, маса лівого шлуночка в цих щурів зростала на 19,8 %, правого – на 10,9 %, лівого передсердя – на 15,9 %, правого – на 11,9 %. Ще більше при цьому зростали просторові характерис­тики камер серця. Площа ендокардіальної поверхні лівого шлуночка збільшувалася на 21,7 %, правого – на 14,9 %, лівого передсердя – на 19 %, правого – на 14,9 %. Це свідчить про переважання розши­рення камер серця в порівнянні із зростанням їхньої маси.

У тварин, у яких виявлено переважання сим­патичних впливів на роботу серця, масометричні та просторові зміни його камер були іншими. При цьому маса лівого шлуночка зростала на 20 %, правого – на 12 %, лівого передсердя – на 17,1 %, правого – на 13,5 %. Динаміка просторових змін частин серця відрізнялася від вищенаведеної. Так, ПСЛШ при цьому збільшувалася на 8,5 %, правого – на 4,7 %, лівого передсердя – на 8,1 %, правого – на 5,4 %. Тобто, у цієї групи щурів гіперфункція міокарда супроводжувалася переважаючим зростан­ням мас частин серця в порівнянні із їхнім розширенням.

Артеріальний тиск під впливом фізичних наван­тажень знижувався. Найбільше він зменшився у тварин, у яких парасимпатична нервова система домінувала у регуляції кардіоритму. Так, у даних щурів він досягав 96,8±3,6 мм рт.ст. (контроль – 123,3±4,2 мм рт.ст., Р<0,01), у тварин 1-ої групи – 107,4±3,9 мм рт.ст. Остання величина також статистично достовірно відрізнялася від анало­гічних контрольних параметрів (Р<0,05). У 3-й групі спостережень артеріальний тиск досягав 112,6±3,3 мм рт.ст. Даний показник статистично достовірно відрізнявся від артеріального тиску у інтактних тварин (Р<0,05).

Кореляційним аналізом встановлено, що існує сильний зв’язок між значенням інтервала R-R і ЧМС (r =0,91±0,03) і аналогічний від’ємний зв’язок між R-R і ШІ (r =0,796±0,012) у 1-й та 2-й групах спостережень. У 3-й групі експериментальних тварин ці зв’язки виявилися послабленими (r 0,60-0,68).

Майже аналогічні показники простежувалися між названим кардіоінтервалом і просторовими характеристиками шлуночків серця (ПСЛШ, ПСПШ).

Результати досліджень також свідчать про те, що для більшості експериментальних тварин характерним було зниження впливу симпатичної нервової системи в сторону переважання ваго­тонічного типу ритмічної діяльності серця. Така динаміка структури серцевого ритму під впливом фізичних навантажень оцінюється багатьма дослід­никами як сприятлива.

1. Систематичні фізичні навантаження динаміч­ного характеру викликають істотну перебудову частин серця, яка характеризується їхньою гіпер­трофією і розширенням.

2. Залежно від вегетативної регуляції сер­цевого м’яза спостерігаються різні варіанти адаптаційних процесів в частинах міокарда.

3. При збалансованих впливах симпатичної та парасимпатичної ланок вегетативної нервової сис­теми на роботу серця відзначається рівномірна гіпертрофія та дилятація частин серця з перева­жанням цих явищ у лівому шлуночку. При домінуванні вагусно-холінергічних впливів виявлено більший ступінь розширення камер серця в порівнянні із зростанням їхньої маси; посилення симпатичних впливів супроводжується переважа­ючим зростанням маси досліджуваних частин на відміну від просторових характеристик.