Как известно, физические нагрузки оказывают положительное влияние на общее состояние организма и могут выступить в качестве вполне доступного профилактического средства для сохранения здоровья, в частности сердечно-сосудистой системы.

В ряде работ показана эффективность реабилитационных программ с включением физических нагрузок на основе динамики мозгового натрийуретического пептида у здоровых людей. При этом на фоне уже существующих сердечно-сосудистых заболеваний физические нагрузки вызывают выраженное повышение уровня мозгового натрийуретического пептида, что может быть связано с усугублением симптомов [1, 2]. Кроме того, физические нагрузки также рекомендуют как преабилитацию для пациентов, которым предстоит хирургическое вмешательство на сердце и сосуды для улучшения его функциональных возможностей [3].

В то же время в настоящее время нет единого мнения о том, какие упражнения и как долго нужно выполнять, чтобы улучшить состояние сердечной деятельности [4], а механизмы влияния физических нагрузок разной интенсивности на сердечно-сосудистую систему на сегодняшний день остаются недостаточно изученными [5–7], особенно у людей в пожилом возрасте.

Возрастные изменения при естественном старении организма наряду с другими признаками сопровождаются также существенными сдвигами в нейрогормональной регуляции сердечно-сосудистой системы, в частности, появляются значительные функциональные изменения в гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системе. Возникающие нейрогормональные дизрегуляции сердечно-сосудистой системы обусловлены увеличением базальных уровней адренокортикотропного гормона (АКТГ) и кортизола, также происходит неадекватное повышение уровней этих гормонов при физическом стрессе. Эти изменения обусловливают непосредственное увеличение риска развития сердечно-сосудистых заболеваний даже на фоне непродолжительной терапии низкими дозами глюкокортикоидов, что отражается на дальнейшей жизни, прогнозе и исходах основного заболевания. Увеличение уровня этих гормонов создает более высокие риски сердечно-сосудистых событий, таких как инфаркт миокарда, инсульт, ишемическая болезнь сердца и хроническая сердечная недостаточность [8, 9]. Несомненно, что любые процессы в организме, приводящие к изменениям в сердечно-сосудистой системе, активируют эндокринную функцию миокарда. Кардиомиоциты в предсердиях вырабатывают натрийуретические пептиды, известные как предсердный натрийуретический фактор (или предсердный натрийуретический пептид) и мозговой натрийуретический пептид (или натрийуретический пептид B-типа). Натрийуретические пептиды обладают множеством физиологических эффектов и участвуют в многочисленных патофизиологических процессах. Кроме того, уровни натрийуретических пептидов в плазме крови, в частности мозгового натрийуретического пептида, являются мощными диагностическими и прогностическими биомаркерами заболеваний сердца [10–12].

Целью данной работы было оценить адаптационные возможности сердечно-сосудистой системы при хронической сердечной недостаточности на фоне умеренных физических нагрузок в разных возрастных категориях.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование проводили на 72 крысах-самцах линии Вистар в возрасте 6 месяцев (репродуктивный период) и 19 месяцев (стареющие крысы). Животных содержали в условиях естественного освещения при температуре 20–22 °С и относительной влажности воздуха 60–70%, они имели свободный доступ к питьевой воде и стандартному для вивариев корму.

Животные каждого возрастного периода были разделены на четыре группы: в первую группу включили интактных крыс (контроль); во вторую — крыс, подвергавшихся умеренным физическим нагрузкам; в третью — крыс, которым моделировали хроническую сердечную недостаточность; в четвертую — крыс, которым моделировали хроническую сердечную недостаточность на фоне умеренных физических нагрузок.

Моделирование хронической сердечной недостаточности крысам проводили путем внутрибрюшинного введения кардиотоксичной дозы антрациклинового антибиотика доксорубицин (Teva) в кумулятивной дозе 15 мг/кг, разделенной на шесть инъекций в течение 14 дней [13].

В качестве контроля на внутрибрюшинное введение была группа животных, которым вводили внутрибрюшинно физиологический раствор. При сравнении и анализе полученных данных с показателями у контрольных интактных животных достоверно значимых различий не выявлено. Поэтому в работе данные экспериментальных животных сравнивали с показателями интактных контрольных животных.

Умеренные физические нагрузки моделировали принудительным плаванием животных в ванне с водой температурой 32–34 °С. Тренировки проводили ежедневно пять дней в неделю на протяжении трех недель. Цикл включал в себя 15 дней с сеансами тренировок. Первый сеанс тренировки длился 2 мин; длительность каждого последующего сеанса до 21-го дня увеличивали на 4 мин. В эксперимент животных брали через 1, 2 и 3 недели в процессе тренировок. У всех крыс под ингалляционным эфирным  наркозом из хвостовой вены отбирали 1 мл крови в пробирки с активатором свертывания в соответствующие сроки исследования. Центрифугировали при 3000 об./мин в течение 15 мин, затем отбирали и хранили при –35 °С.

Для определения мозгового натрийуретического пептида (NT-proBNP) применяли «sandwich»-вариант иммуноферментного анализа с набором реагентов «NTBNP- ИФА- БЕСТ», а кортикостерона — набор реагентов DRG («ДРГ ИНСТРУМЕНТ, Г.М.Б.Х.», Германия). Оптическую плотность исследуемых гормонов измеряли на спектрофотометре планшетном, с кюветным блоком, в комплекте с ПО и планшетом µDrop, Thermo для анализа в микрообъеме (Multiskan SkyHigh, США). Уровень достоверности различий изучаемых показателей определяли с помощью t-критерия Стьюдента в соответствии с нормальным распределением вариационных рядов. Нормальность распределения определяли с помощью критерия Шапиро–Уилка.

Результаты считали статистически значимыми при p < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

У крыс репродуктивного периода в первые две недели тренировок содержание мозгового натрийуретического пептида в сыворотке крови не имело достоверных различий по сравнению как с их исходными данными, так и с показателями у крыс контрольной группы. В процессе адаптации к выполняемым тренировкам у этих животных происходило достоверное снижение его уровня в сыворотке крови по сравнению с данными у крыс контрольной группы (рис. 1).

В группе крыс этого же возрастного периода, которым моделировали хроническую сердечную недостаточность, наблюдались существенно высокие значения уровня мозгового натрийуретического пептида в сыворотке крови на протяжении всего эксперимента по сравнению как с исходными показателями, так и с данными у крыс контрольной группы (рис. 1).

При моделировании хронической сердечной недостаточности на фоне умеренных физических нагрузок выявлено достоверно высокое содержание мозгового натрийуретического пептида в сыворотке крови на первой неделе тренировок, а в последующие недели тренировок его уровень достоверно снижался по сравнению с данными у крыс с хронической сердечной недостаточностью (рис. 1). Выявленные изменения позволяют считать, что на фоне умеренных физических нагрузок адаптация миокарда к возможным нарушениям сердечной деятельности значительно увеличивается.

В процессе адаптации к умеренным физическим нагрузкам у крыс репродуктивного периода выявлено достоверное снижение содержания кортикостерона в сыворотке крови на второй и третьей неделях эксперимента относительно как исходных значений его уровня, так и значений у крыс контрольной группы (рис. 2). У крыс репродуктивного периода, у которых моделировали хроническую сердечную недостаточность, значения кортикостерона в сыворотке крови были достоверно высокими на начальном этапе эксперимента по сравнению как с исходными данными у этих же крыс, так и по сравнению с показателями у крыс контрольной группы. В дальнейшем у этих животных значительно снижались адаптационные процессы, о чем свидетельствует достоверно низкое содержание кортикостерона в сыворотке крови в конце третьей недели исследования (рис. 2).

При моделировании хронической сердечной недостаточности у крыс в репродуктивном периоде на фоне тренировок в начале эксперимента происходило достоверное увеличение уровня кортикостерона в сыворотке по сравнению с исходными показателями и с данными у крыс контрольной группы. В последующее время эксперимента происходило снижение его содержания в сыворотке крови до уровня показателей у крыс контрольной группы, а в конце третьей недели исследования уровень кортикостерона в сыворотке крови был достоверно ниже по сравнению с данными у крыс контрольной группы, но выше, чем у крыс с хронической сердечной недостаточностью (рис. 2). Следовательно, у животных репродуктивного периода при возникновении нарушений сердечной деятельности на фоне умеренных физических нагрузок адаптационные возможности организма все же оказываются выше, чем в условиях отсутствия тренировок.

Как показывают далее результаты исследования, у крыс в период старения регулярные умеренные тренировки начиная с первой недели эксперимента способствовали достоверному снижению содержания мозгового натрийуретического пептида в сыворотке крови по сравнению как с их исходными данными, так и с показателями у крыс контрольной группы (рис. 3). Учитывая возрастное повышение данного пептида у стареющих крыс, можно считать, что умеренные физические нагрузки в условиях отсутствия нарушений в работе сердечно-сосудистой системы оказывают благоприятное воздействие на состояние миокарда.

В группе стареющих крыс, которым моделировали хроническую сердечную недостаточность наблюдалось существенное увеличение значений уровня мозгового натрийуретического пептида в сыворотке крови на протяжении всего эксперимента по сравнению с исходными показателями у этих же животных и с данными у крыс контрольной группы (рис. 3).

При моделировании хронической сердечной недостаточности на фоне умеренных физических нагрузок у стареющих крыс выявлено достоверно высокое содержание мозгового натрийуретического пептида в сыворотке крови по сравнению как с его исходными значениями, так и с данными у крыс контрольной группы. Однако после первой недели тренировок его уровень достоверно снижался по сравнению с данными у крыс с хронической сердечной недостаточностью (рис. 3). Выявленные изменения позволяют считать, что регулярные тренировки у стареющего организма улучшают сердечно-сосудистые функции и повышают эффективность работы сердца даже при возникновении нарушений сердечной деятельности.

В процессе адаптации к регулярным тренировкам у стареющих крыс выявлено умеренно достоверное повышение содержания кортикостерона в сыворотке крови на протяжении эксперимента по сравнению как с исходными значениями его уровня, так и с данными у крыс контрольной группы (рис. 4). У стареющих крыс, которым моделировали хроническую сердечную недостаточность, значения кортикостерона в сыворотке крови были достоверно высокими на первой неделе эксперимента по сравнению как с исходными данными у этих крыс, так и по сравнению с показателями у крыс контрольной группы. В последующие недели эксперимента и, особенно, в конце третьей недели исследования у этих крыс значительно снижалось содержание кортикостерона в сыворотке крови, что указывает на снижение адаптационных процессов на фоне нарушения сердечной деятельности (рис. 4).

При моделировании хронической сердечной недостаточности у стареющих крыс на фоне тренировок в начале эксперимента происходило достоверное увеличение уровня кортикостерона в сыворотке по сравнению как с исходными показателями, так и с данными у крыс контрольной группы. В последующее время эксперимента вплоть до конца третей недели происходило снижение его содержания в сыворотке крови до уровня показателей у крыс контрольной группы (рис. 4). Следовательно, у стареющих крыс при возникновении нарушений сердечной деятельности на фоне умеренных физических нагрузок адаптационные возможности организма оказываются выше, чем в условиях отсутствия тренировок.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Как известно, с возрастом в организме происходят существенные изменения во всех системах, что приводит к ограничению возможности адаптироваться к факторам среды, к истощению энергетических ресурсов. При этом, несомненно, активируются патолого-физиологические механизмы, приводящие в конечном счете к развитию сердечно-сосудистых и других заболеваний. Все это способствует ограничению двигательной активности пожилого человека, что также может усугубить усиление деструктивных процессов в организме.

В настоящее время одним из широко используемых маркеров состояния сердечной деятельности является семейство сердечных гормонов, в частности мозговой натрийуретический пептид, уровень которого повышается при растяжении стенок желудочков, вызванном перегрузкой или дисфункцией. Мозговой натрийуретический пептид выступает как важный биомаркер для диагностики и мониторинга сердечной недостаточности, поскольку увеличение его концентрации в крови у пациентов коррелирует со степенью тяжести сердечной недостаточности [1, 2, 10].

Как известно, сердечная недостаточность возникает из-за нарушений в структуре и функциях сердца, характеризуется задержкой воды и натрия, нарушением электролитного баланса и ухудшением функции почек. В наших ранее проведенных исследованиях также показано, что экспериментальная хроническая сердечная недостаточность приводила к прогрессивному увеличению содержания альдостерона, натрия и калия в сыворотке крови [14]. Действие же мозгового натрийуретического пептида направлено на уменьшение нагрузки на миокард через усиление диуреза, увеличение экскреции натрия. Повышение концентрации мозгового натрийуретического пептида в крови свидетельствует о снижении сократительной способности мышцы сердца и позволяет судить о сердечной недостаточности даже без использования эхокардиографии. Основным стимулом секреции натрийуретических пептидов являются повышение напряжения миокарда при увеличении давления или объема крови в левом желудочке сердца и механическое растяжение предсердий [15]. Глюкокортикоиды в свою очередь оказывают многофакторное воздействие на миокард за счет метаболических изменений, способствуют повышению давления, что является независимым фактором риска многих сердечно-сосудистых заболеваний [8].

Особенность нашего исследования в том, что мы моделировали умеренные физические нагрузки до появления каких-либо значимых нарушений в работе сердечно-сосудистой системы в репродуктивном периоде онтогенеза и в период старения организма. Установлено, что в обеих возрастных группах при адаптации к умеренным физическим нагрузкам происходило снижение уровня мозгового натрийуретического пептида в сыворотке крови. При создании модели хронической сердечной недостаточности на фоне проводимых умеренных нагрузок адаптация миокарда к возможным нарушениям сердечной деятельности значительно увеличивается в обеих возрастных группах, что особенно более ярко проявляется у стареющих крыс. При этом как у крыс репродуктивного периода, так у стареющих крыс адаптационные возможности организма при возникновении нарушений сердечной деятельности на фоне умеренных физических нагрузок оказываются выше, чем в условиях отсутствия тренировок, о чем свидетельствует динамика содержания кортикостерона в сыворотке крови на протяжении всего эксперимента. Положительное влияние умеренных физических нагрузок на физиологические процессы в организме установлено и другими исследователями. В этих работах отмечается, что физическая активность — это источник веществ с терапевтическим действием, которые вырабатывает сам организм. Регулярная физическая активность благоприятно влияет на гомеостаз, функцию и взаимодействие тканей [5].

Однако длительные и тяжелые физические нагрузки могут неблагоприятным образом сказываться на состоянии кардиомиоцитов, о чем свидетельствует значимое повышение мозгового натрийуретического пептида, связывающего жирные кислоты, копептин, тропонин [16, 17]. Несомненно, физическая нагрузка оказывает многогранное воздействие на уровень мозгового натрийуретического пептида, которое зависит от интенсивности и продолжительности нагрузки, а также от исходного состояния сердечно-сосудистой системы [1]. Как видно и из наших исследований, регулярные умеренные физические нагрузки должны присутствовать в жизни с молодого возраста еще до наступления возрастных изменений в деятельности сердечно-сосудистой системы, что позволит улучшить качество жизни стареющего организма.

ВЫВОДЫ

Установлено, что при создании модели хронической сердечной недостаточности на фоне проводимых умеренных нагрузок адаптация миокарда к возможным нарушениям сердечной деятельности значительно увеличивается в обеих возрастных группах, что более ярко проявляется у стареющих крыс. Как у крыс репродуктивного периода, так у стареющих крыс адаптационные возможности организма при возникновении нарушений сердечной деятельности на фоне умеренных физических нагрузок оказываются выше, чем в условиях отсутствия тренировок, о чем свидетельствует динамика содержания кортикостерона в сыворотке крови на протяжении всего эксперимента.