Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 13
1.1. Особенности физиологического спортивного сердца.. 15
1.2. Характеристика физических нагрузок различной направленности 19
1.3. Влияние направленности тренировочного процесса на развитие гипертрофии миокарда сердца у спортсменов 24
1.4. Возрастные изменения морфометрических показателей миокарда желудочков сердца человека 32
1.5. Морфометрические изменения сердца у спортсменов 34
1.6. Виды гипертрофии сердца у спортсменов 40
ГЛАВА 2. Организация и методы исследования
2.1. Организация исследований 48
2.2. Характеристика групп обследованных спортсменов 48
2.3. Характеристика методов исследования
2.3.1. Антропометрический метод исследования 51
2.3.2. Эхокардиографический (ультразвуковой) метод исследования сердца 52
2.3.3. Статистические методы обработки данных 57
2.4. Методология исследования 59
ГЛАВА 3. Результаты проведенных исследований 64
3.1. Особенности внутренних размеров сердца легкоатлетов различных спортивных квалификаций 64
3.2. Эхокардиографические параметры сердца легкоатлетов различных спортивных квалификаций 70
3.3. Зависимость морфометрических показателей левого желудочка сердца легкоатлетов от направленности тренировочного процесса 72
3.4. Установление типов гипертрофии миокарда левого желудочка сердца у высококвалифицированных легкоатлетов различных специализаций 79
Выводы 88
Практические рекомендации 90
Заключение 92
Список литературы
- Характеристика физических нагрузок различной направленности
- Возрастные изменения морфометрических показателей миокарда желудочков сердца человека
- Характеристика методов исследования
- Эхокардиографические параметры сердца легкоатлетов различных спортивных квалификаций
Характеристика физических нагрузок различной направленности
Морфофункциональные признаки носят строго индивидуальный характер для каждого вида спорта [100, 121]. В процессе многолетних тренировок организм спортсменов претерпевает компенсаторно-приспособительные изменения согласно закономерностям адаптации [104, 120]. При этом специфика избранного вида спорта определенным образом влияет на эти изменения. В зависимости от специфики спорта и построения тренировочного процесса, развивающего те либо другие физические качества, формируются разные модели адаптации спортивного сердца.
Анализ оценки состояния организма спортсмена и в первую очередь изменений, происходящих в спортивном сердце корректно и перспективно проводить не по видам спорта, а с точки зрения направленности тренировочного процесса [35]. Связано это с тем, что многие виды спорта и, в частности, изучаемая нами легкая атлетика, объединяют спортсменов, тренировочный процесс которых направлен на развитие совершенно разных физических качеств – скорость, сила, выносливость.
Легкая атлетика является циклическим видом спорта, который включает упражнения в ходьбе, беге, прыжках, метаниях и составленные из этих видов многоборья. Данный вид спорта объединяет спортсменов в группы, существенно отличающихся друг от друга по характеру и направленности тренировочного процесса. Это оправдывается историческими традициями развития легкой атлетики. Тренировки спринтера, стайера и метателя молота очень резко отличаются, поэтому рассматривать легкую атлетику как единый вид спорта нецелесообразно [37, 120, 136].
Напряженная мышечная работа обусловливает повышенную нагрузку на сердечную мышцу. Характер этой нагрузки во многом зависит от направленности тренировочного процесса и определяет специфику морфофункциональных изменений сердца спортсмена [54, 164]. Так, у спортсменов с аэробной направленностью тренировочного процесса, благодаря увеличению объема циркулирующей крови, развивается структурная дилатация и пропорциональное утолщение стенки желудочков (так называемая, эксцентрическая гипертрофия миокарда) [54]. Несмотря на сохранение нормальных соотношений между диаметром сечения желудочков и толщиной его стенки у спортсменов, тренирующихся на выносливость, отмечается увеличение массы миокарда левого желудочка [54, 156, 162, 170].
У спортсменов с ациклической направленностью тренировочного процесса миокард адаптируется к периодически повторяющимся эпизодам увеличенного сосудистого сопротивления в сокращающихся мышечных волокнах. Кроме того, при некоторых видах анаэробных тренировок (например, при поднятии тяжестей) нагрузка на миокард усугубляется за счет увеличения внутригрудного давления в связи с натуживанием [49, 54, 110]. Перечисленные особенности кровообращения у спортсменов с анаэробной направленностью тренировочного процесса способствуют непропорциональному увеличению толщины стенки левого желудочка на фоне значительно менее выраженного удлинения волокон миокарда (так называемая, концентрическая гипертрофия) [54].
Таким образом, под влиянием характера и направленности тренировочного процесса формируются морфологические и функциональные особенности организма спортсменов [140, 141, 147]. Характер спортивной деятельности оказывает существенное влияние на размеры сердца спортсменов. Наибольшие размеры сердца свойственны спортсменам, тренирующимся на выносливость (например, лыжники, велосипедисты, бегуны на средние и длинные дистанции). Представители скоростно-силовых видов спорта имеют незначительное увеличение объема сердца по сравнению с нетренированными лицами. Данные литературы по вопросу о влиянии направленности тренировочного процесса на частоту развития гипертрофии миокарда прошлых лет и современные представления расходятся [19, 31, 42, 91, 134].
Согласно данным А.Г. Дембо (1991) наиболее часто гипертрофия миокарда наблюдается в таких видах спорта, тренировочный процесс которых направлен на развитие преимущественно выносливости [34].
По мнению Р.С. Суздальницкого (1973) гипертрофия миокарда при равном спортивном стаже чаще развивается у спортсменов, которые раньше приступили к спортивным занятиям [134]. Автор выдвинул предположение о зависимости между выраженностью процесса гипертрофии, объемом тренировочных нагрузок и сроками начала специализации.
Тренировка на выносливость способствует более частому развитию гипертрофии миокарда в связи с тем, что характер данных тренировок создает условия, при которых гиперфункция сердца становится близкой к постоянной, свойственной патологическим состояниям.
У спортсменов с преобладанием динамического компонента в физической нагрузке отмечается увеличение диаметра полости левого желудочка и умеренное утолщение его стенки. В первую очередь происходит включение релаксационных механизмов, что приводит к увеличению растяжимости миокарда. У данной группы спортсменов при эхокардиографическом исследовании наблюдается небольшое симметричное утолщение стенки левого желудочка в сочетании с увеличенными конечно-диастолическими размерами и нормальными (или даже слегка уменьшенными) конечно-систолическими размерами [169]. Следовательно, для динамически тренированных спортсменов характерна эксцентрическая гипертрофия. Данный тип гипертрофии более характерен для видов спорта, требующих проявления выносливости – бег на длинные дистанции, лыжные гонки, плавание, велосипедные гонки и др. [26, 113, 137, 189].
Большую массу левого желудочка имеют спортсмены с преимущественно статической нагрузкой, а также занятые в игровых видах спорта. При этом у таких спортсменов наблюдается более значительное увеличение толщины стенки левого желудочка без увеличения его объема [165, 193]. Это дает возможность определить у таких спортсменов концентрический вариант гипертрофии левого желудочка. Формированию элементов концентрической гипертрофии сердца способствуют занятия скоростно-силовыми видами спорта – спринтерский бег, тяжелая атлетика, метание диска и др.
Таким образом, у интенсивно и длительно тренирующихся спортсменов развивается естественная адаптивная комбинация, включающая расширение полости левого желудочка и увеличение толщины его стенки, что влияет на увеличение массы миокарда левого желудочка. Данные показатели различаются у спортсменов с силовой направленностью тренировочного процесса и у спортсменов, специализирующихся в видах спорта, где доминирующим является показатель выносливости. Показатели расширения полости левого желудочка имеют большие значения в динамических видах спорта, направленных на развитие выносливости, в то время как увеличение толщины стенки левого желудочка немного превалирует в статических видах спорта и динамических с преимущественным проявлением силы [10, 36, 165].
Выделяют две основные модели формирования спортивного сердца: сердце спортсменов скоростно-силовых видов спорта и сердце спортсменов, тренирующих выносливость [175].
Возрастные изменения морфометрических показателей миокарда желудочков сердца человека
Статистическое исследование было направлено на получение статистических данных, которые являлись основанием для обобщенной характеристики встречаемости типов гипертрофии у спортсменов, занимающихся различными видами легкой атлетики, и имеющих различную спортивную квалификацию. Статистическая обработка материала осуществлялась для оценки достоверности и сравнения полученных результатов, одновременно проводилась проверка репрезентативности результатов исследования, их возможности быть отнесенными на всю генеральную совокупность. Статистический анализ накопленного материала проводился на персональном компьютере с использованием прикладного пакета компьютерных программ обработки данных «Microsoft Excel-2016» и «Statistica 7,0 for Windows» с применением стандартных алгоритмов вариационной статистики [90, 114].
Из числовых характеристик выборок рассчитывались: среднее значение (M), среднее квадратическое отклонение () и стандартная ошибка среднего значения (m). Межгрупповое сравнение полученных данных проводилось с учетом объема выборки. Число спортсменов в большинстве групп сравнения не превышало 60, поэтому применяли непараметрические статистические критерии. Оценку достоверности различий между группами проводили при помощи непараметрического критерия Манна-Уитни [22, 28].
Для установления причинно-следственных взаимоотношений между изученными показателями применяли корреляционный анализ, который проводился при помощи вычисления коэффициента корреляции Браве-Пирсона (коэффициент корреляционного отношения Пирсона, выборочный коэффициент корреляции, коэффициент корреляции Бравайса-Пирсона, r) [90, 96, 114]. Данный показатель измеряет силу линейной корреляционной связи количественных признаков [96]. Различия средних величин и корреляционные связи считались статистически достоверными при уровне значимости 0,05. Различия между средними арифметическими значениями проверялись также на уровне значимости 0,01.
При расчете ММЛЖ по результатам эхокардиографии следует иметь в виду погрешности в измерении толщины миокарда и его КДР, которые составляют от 5 до 10 %, вследствие чего и ММЛЖ может различаться на 8–15 % при наблюдении в динамике [124].
Таким образом, использованные в работе методы научного исследования, позволили получить объективные и достоверные данные о параметрах толщины миокарда желудочков сердца легкоатлетов разного пола, квалификаций и специализаций, об изменениях этих параметров у легкоатлетов при физических нагрузках различной направленности, а также о возможных типах гипертрофии их левого желудочка [67, 69].
Методология является основой любого научного познания. После анализа научной литературы была четко определена основная программа исследования. В качестве методологического фундамента выступала современная философия, благодаря которой удалось объединить разрозненные исследования и системно применить их к изучению такой живой системы, как человек [21, 139].
На первый план был выдвинут диалектический метод, позволивший обеспечить комплексный подход к вопросам изменения геометрии полости ЛЖ легкоатлетов, возможностей максимально снизить опасные для жизни спортсменов варианты ремоделирования ЛЖ, профилактики, проведения мер по предотвращению развития подобных состояний миокарда спортсменов [77]. Благодаря диалектическому подходу, который основывается на целостном системном мышлении [11, 21], в исследовании удалось учесть взаимосвязь общего и локального – при воздействии на организм легкоатлетов физических нагрузок различной направленности в их сердце происходят изменения, которые выражаются в совершенно разных вариантах геометрии полости ЛЖ сердца. Изменения, происходящие в миокарде ЛЖ и его полости оказывают влияние в целом на функционирование сердца, как центрального органа кровеносной системы организма человека.
Методологический подход исследовательской деятельности базировался на главных принципах диалектики: принцип всеобщей связи, на основе которого получены данные, подтверждающие взаимную связь направленности тренировочного процесса легкоатлетов и развития у них определенных изменений морфометрических параметров сердца; принцип причинности, который позволил доказать, что всякое изменение морфометрии ЛЖ имеет свою причину; принцип развития, позволивший объяснить, что развитие определенных типов ГЛЖ зависит от конкретных условий жизнедеятельности организма, в частности, специализации легкоатлета, а значит направленности тренировочного процесса [11, 29, 46, 139].
Опираясь на знания общих закономерностей работы организма человека, а не только на частные знания, создана единая теоретическая база проведенного исследования.
Применение позиций диалектического материализма [21, 46] позволили установить связь между морфометрическими параметрами сердца спортсменов различных специализаций легкой атлетики в развитии определенных типов ГЛЖ. Метод диалектического материализма, используемый на всех этапах научной работы, дает основное направление исследования. Посредством материалистической диалектики изучались вопросы развития различных видов ГЛЖ сердца легкоатлетов в неразрывной связи с видом легкой атлетики и квалификацией спортсменов.
Характеристика методов исследования
Увеличение конечно-диастолического и конечно-систолического размеров левого желудочка сердца свидетельствует о больших размерах этой камеры у высококвалифицированных легкоатлетов.
Таким образом, стаж занятий спортом, а, следовательно, и повышение спортивного мастерства, оказывает влияние на увеличение линейных размеров сердца спортсменов и наличие незначительной дилатации полости левого желудочка. Это можно объяснить как адаптационную реакцию сердца спортсменов на повышенные физические требования. Утолщение стенок сердца связано также с необходимостью обеспечения большей силы сокращения миокарда при физических нагрузках [55, 56].
Большие внутрисердечные размеры высококвалифицированных легкоатлетов приводят к более высоким числовым значениям массы миокарда левого желудочка. Доказательством такого утверждения являются практические результаты проведенного исследования, показывающие, что масса миокарда левого желудочка зависит от антропометрических данных, а также от толщины стенок левого желудочка и размера его полости [60, 76, 78].
При сравнении средних величин массы миокарда ЛЖ сердца у мужчин и женщин в контрольной и экспериментальной группах установлены следующие различия: ММЛЖ у мужчин в КГ составила 199,16±47,07, что достоверно больше таковой в ЭГ – 181,99±38,80 (р 0,05); у женщин в КГ среднее значение ММЛЖ – 158,49±36,04, в ЭГ – 137,75±32,41 (р 0,01). Полученные результаты свидетельствуют о больших значениях ММЛЖ у легкоатлетов (мужчин и женщин) высокой квалификации, что согласуется с данными литературы [35, 99, 156, 162, 168, 170, 203].
Сравнительный анализ внутрисердечных размеров ЛЖ и ММЛЖ показал также, что в обеих исследованных группах (ЭГ и КГ) они достоверно меньше у женщин-спортсменок (различия гендерного характера). Полученные данные находят подтверждение в научной литературе [168, 191, 202]. Такие результаты можно объяснить различием антропометрических данных мужчин и женщин исследованных групп. В экспериментальной группе рост мужчин составил 175,73±6,06 см, женщин – 169,61±5,43 см; средний вес у мужчин был 70,20±9,18 кг, у женщин – 59,55±7,95 кг; площадь поверхности тела мужчин равна 1,85±0,15 м2, женщин – 1,67±0,13 м2. В контрольной группе спортсменов рост мужчин – 176,43±6,43 см, женщин – 166,31±6,48 см; показатель массы тела у мужчин в среднем составил 70,86±12,19 кг, у женщин – 56,23±8,23 кг; ППТ мужчин – 1,86±0,18 м2, женщин – 1,61±0,14 м2 [75, 76, 78].
Приведенные данные позволяют утверждать, что у мужчин контрольной и экспериментальной групп достоверно больше длина тела, его масса, а также площадь поверхности тела, чем у женщин. Следовательно, величины этих параметров оказывают прямое влияние на внутренние размеры ЛЖ и массу его миокарда. У женщин все показатели (внутрисердечные, антропометрические, ММЛЖ) были достоверно меньше по сравнению с таковыми у мужчин. Чем больше рост, вес, а, соответственно, и ППТ, тем больше внутренние размеры сердца спортсменов и его масса [61, 65].
Корреляционный анализ связей между ММЛЖ и толщиной стенок левого желудочка в ЭГ показал, что величина ММЛЖ прямо связана с ростом (r=0,7096), весом (r=0,7251), ТМЖПd (r=0,67), ТМЖПs (r=0,513), ТЗСЛЖd (r=0,486), ТЗСЛЖs (r=0,4), КДР ЛЖ (r=0,7312), КСР ЛЖ (r=0,8) (приложение 4). Прямая связь между этими показателями прослеживается и в КГ легкоатлетов (приложение 4). Следовательно, при утолщении стенок левого желудочка сердца увеличивается и масса его миокарда.
Увеличение массы сердца спортсменов с повышением их спортивного мастерства подтверждено исследованиями других ученых [7, 47, 95, 100].
Помимо установления внутренних размеров левого желудочка легкоатлетов эхокардиографическим методом были определены и другие метрические размеры их сердца (для мужчин и женщин контрольной и экспериментальной групп): диаметр аортального фиброзного кольца (АО), диаметр аорты на уровне створок аортального клапана (АК), передне-задний размер левого предсердия (ЛП), передне-задний размер правого желудочка (ПЖ), размер левого предсердно-желудочкового отверстия в диастолу (МКd) и систолу (МКs) (таблица 8). Таблица 8 - Внутренние размеры сердца легкоатлетов разных спортивных квалификаций в зависимости от пола (М±а) Показатель Экспериментальная группа Контрольная группа мужчины (n=52) женщины (n=48) мужчины (n=35) женщины (n=35) АО, мм 30,77±3,88 26,85±2,48 28,89±3,18 25,34±1,81 АК, мм 21,98±2,52 20,31±3,32 21,00±2,52 18,83±1,52 ЛП, мм 26,58±3,43 24,40±2,55 24,01±2,61 22,46±2,82 ПЖ, мм 17,83±3,72 15,25±3,14 15,84±2,60 14,10±2,53 МКd, мм 38,40±5,13 35,96±4,72 38,80±3,79 35,63±3,01 МКs, мм 28,12±4,98 26,10±4,39 28,23±3,87 25,43±2,81 Примечания: различия показателей достоверны по сравнению с таковыми контрольной группы соответствующего пола p 0,05; различия показателей достоверны по сравнению с таковыми контрольной группы соответствующего пола p 0,01
Полученные результаты свидетельствуют о нарастании показателей АО, АК, ЛП и ПЖ с повышением спортивного мастерства легкоатлетов (как мужчин, так и женщин) [76, 80, 108].
Функциональный (рабочий или фактический) диаметр аорты является важным клиническим и физиологическим показателем. Его повышение указывает на увеличение сократимости левого желудочка и сердца в целом, что, в свою очередь, является характерным признаком гипертрофической кардиомиопатии. Следовательно, вследствие повышения показателя АО легкоатлеты высокой квалификации наиболее подвержены риску возникновения ГКМП по сравнению с легкоатлетами-разрядниками.
Увеличение диаметра аортального фиброзного кольца ведет к увеличению диаметра аорты на уровне створок аортального клапана, что может явиться причиной формирования недостаточности аортального клапана.
Наблюдаемое нарастание величины переднезаднего размера правого желудочка и левого предсердия у высококвалифицированных легкоатлетов можно объяснить увеличением венозного возврата к сердцу. Расширение полости этих камер сердца является следствием больших физических нагрузок, испытываемых спортсменами во время тренировочного процесса, а также в соревновательный период [63].
С повышением уровня спортивного мастерства легкоатлетов размер левого предсердно-желудочкового отверстия как во время систолы, так и диастолы существенных изменений не претерпевает.
Резюмируя полученные данные, можно сделать вывод, что занятия профессиональным спортом в течение длительного времени неизбежно приводят к увеличению метрических параметров сердца и, в частности, левого желудочка (задней стенки, межжелудочковой перегородки), незначительной дилатации левого желудочка, увеличению массы миокарда [56, 57].
Эхокардиографические параметры сердца легкоатлетов различных спортивных квалификаций
Проанализировав распределение вариантов ремоделирования ЛЖ у спортсменов, обнаружено, что во всех подгруппах легкоатлетов высокой спортивной квалификации большая доля лиц (79 %) имела нормальную пространственную форму левого желудочка (приложение А).
Результаты этого этапа исследования позволяют четко определить тип гипертрофии миокарда ЛЖ сердца у легкоатлетов в зависимости от направленности тренировочного процесса.
Геометрические типы ремоделирования левого желудочка у высококвалифицированных спортсменов по подгруппам (в зависимости от направленности тренировочного процесса) распределились следующим образом: в 1 подгруппе (со скоростной направленностью тренировочного процесса) 35 (89,8 %) спортсменов имели НГ левого желудочка, 2 (5,1 %) человека с КГ левого желудочка и 2 (5,1 %) человека с ЭГ левого желудочка; 2 подгруппа (со скоростно-силовой направленностью спортивных тренировок) – 32 (78 %) спортсмена с НГЛЖ, 4 (9,8 %) случая КГЛЖ, 2 (4,9 %) человека с ЭГЛЖ и 3 (7,3 %) легкоатлета с КРЛЖ; у спортсменов 3 подгруппы (с преимущественным развитием выносливости) отсутствовали такие типы геометрического ремоделирования как концентрическая гипертрофия и концентрическое ремоделирование, при этом 8 (40 %) человек имели ЭГЛЖ и только 12 (60 %) легкоатлетов отличались наличием НГ левого желудочка (рисунок 6).
Распределение вариантов ремоделирования ЛЖ легкоатлетов в зависимости от направленности тренировочного процесса Таким образом, из представленных данных следует, что наибольшее количество спортсменов (89,8 %) с нормальной геометрией левого желудочка являются представителями тех видов легкой атлетики, тренировки которых направлены на развитие такого физического качества как скорость. При этом в данной группе спортсменов в одинаковой степени зафиксированы случаи как эксцентрической гипертрофии (5,1 %), так и концентрической гипертрофии (5,1 %).
Концентрическая же гипертрофия наиболее свойственна спортсменам со скоростно-силовой направленностью тренировочного процесса (9,8 %). В этой же группе наблюдается и максимальное количество случаев концентрического ремоделирования левого желудочка сердца (7,3 %).
Эксцентрическая гипертрофия чаще встречалась у легкоатлетов, в тренировочном процессе которых преобладает развитие выносливости (40 %).
Концентрическая ГЛЖ характеризуется увеличением ММЛЖ преимущественно за счет увеличения толщины его стенок при неизмененном КДР. При эксцентрической ГЛЖ увеличивается ММЛЖ преимущественно за счет увеличения размера его полости, при этом происходит незначительное или умеренное утолщение стенок ЛЖ в сочетании с умеренной или значительной дилатацией его полости.
Утолщение стенок левого желудочка сердца и формирование концентрической гипертрофии ЛЖ возникает вследствие увеличения постнагрузки на ЛЖ. Причиной различных вариантов гипертрофии и ремоделирования ЛЖ среди легкоатлетов является применение специфических упражнений, характерных для определенного вида легкой атлетики. Легкоатлеты, тренировки которых направлены на развитие скорости, в равной степени подвержены риску возникновения как эксцентрической, так и концентрической гипертрофии. Следовательно, регулярное использование в упражнениях бега высокой интенсивности ведет к риску развития обоих типов гипертрофии. Упражнения силового характера, применяемые в тренировках легкоатлетов со скоростно 85 силовой направленностью тренировочного процесса, приводят к развитию концентрического типа гипертрофии и ремоделирования левого желудочка. Упражнения на выносливость способствуют развитию эксцентрической гипертрофии у легкоатлетов [84, 108, 178].
Следовательно, указанные изменения морфометрических показателей представляют собой адаптацию сердца к гемодинамической нагрузке, которая вызвана использованием в тренировочной программе легкоатлетов различных специализаций упражнений различной направленности. На основании проведенных исследований можно сделать вывод, что характерная для каждого вида легкой атлетики физическая нагрузка оказывает значительное влияние на геометрию левого желудочка сердца. При этом можно заключить, что индекс массы миокарда левого желудочка связан с содержанием физических нагрузок и значительно зависит (увеличивается) от применения в тренировочном процессе упражнений на развитие выносливости.
Эхокардиографические данные дают основание утверждать, что для спортсменов не характерны выраженные степени гипертрофии миокарда. У всех обследованных легкоатлетов отмечается легкая степень гипертрофии (в зависимости от величины ИММЛЖ) [79, 108].
Корреляционный анализ выявил достоверную линейную зависимость между антропометрическими данными легкоатлетов высокой квалификации и основными показателями геометрии левого желудочка. Коэффициент корреляции (r крит = 0,166) между ИММЛЖ и ростом составил 0,5101; весом – 0,4796; ППТ – 0,5037.
Ремоделирование сердца при физических нагрузках, с одной стороны, является компенсаторной реакцией, дающей сердцу возможность работать в условиях повышенного объема (ЭР) либо давления (КР), а с другой – это один из этапов прогрессирования изменений сердца к формированию дисфункции левого желудочка и развитию сердечной недостаточности.