Структурно-функциональные особенности и показатели деформации левого желудочка сердца спортсменов по данным Speckle Tracking эхокардиографии



Высокоинтенсивные тренировки у профессиональных спортсменов способны приводить к структурно-функциональным изменениям в их сердечно-сосудистой системе.

В отличие от патологических процессов, которые происходят в сердце человека вследствие заболеваний, в сердце спортсмена происходит адаптивное ремоделирование сердечной ткани для выполнения повторяющихся физических перегрузок [1]. Ремоделирование сердца может быть различным в зависимости от вида спорта. Преобладающие динамические (на выносливость) виды спорта, такие как бег на длинные дистанции, лыжные гонки, езда на велосипеде, требуют быстрого и объемного кровоснабжения работающих мышц. Это достигается за счет увеличения сердечной преднагрузки, которая, как правило, может привести к эксцентрической гипертрофии желудочков (пропорциональному расширению камер [2] и увеличению толщины стенки желудочков [3]). В таких видах спорта, как тяжелая атлетика, боевые искусства, бобслей, толкание ядра, преобладают высокостатические нагрузки. Это сопровождается увеличенной постнагрузкой, что приводит к утолщению стенок левого желудочка (ЛЖ) при отсутствии его дилатации с развитием концентрической гипертрофии [4, 5].

Однако гипертрофия миокарда у спортсменов высокой квалификации встречается в среднем только в 2% случаев и преимущественно у мужчин [6].

Развитие современных ультразвуковых технологий привело к появлению совершенно иных подходов к оценке функционального состояния сердечно-сосудистой системы, которые позволяют выявлять минимальные изменения функции сердца. Одной из таких технологий является speckle tracking эхокардиография, которая позволяет неинвазивно выполнять количественную оценку глобальной и региональной функции миокарда на основе ее деформации [7].

Целью работы было проведение сравнительной оценки различных показателей деформации миокарда ЛЖ (продольной, циркулярной и радиальной) и скручивания ЛЖ, используя speckle tracking эхокардиографию, у профессиональных спортсменов в зависимости от вида нагрузки.

Материал и методы

В исследование были включены 146 профессиональных спортсменов (средний возраст — 21,40±4,98 года), из них 76 (52%) женщин, представителей 5 видов спорта [велоспорт-трек (n =42), велоспорт-шоссе ( n =31), велоспорт-маунтинбайк ( n =25), велоспорт-ВМХ ( n =26) и боулинг ( n =22)]. Все спортсмены на момент включения в исследование являлись членами сборных Российской Федерации и проходили углубленное медицинское обследование на базе Федерального научно-клинического центра специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий ФМБА России (ФГБУ ФНКЦ ФМБА России). Все спортсмены подписали информированное согласие. Работа была одобрена локальным этическим комитетом ФГБУ ФНКЦ ФМБА России.

Эхокардиография

Трансторакальную эхокардиографию (ЭхоКГ) проводили на ультразвуковом оборудовании VIVID-7 с мультичастотным фазированным датчиком 3S (1,7–4,0 МГц) с параллельной записью электрокардиограммы (ЭКГ). Основные позиции двухмерного изображения записывали из парастернального доступа по длинной и короткой оси из верхушечного доступа на 2 (А2С), 4 (А4С) камеры и по длинной оси (LAX). Определение конечного систолического (КСО) и конечного диастолического объемов (КДО) левых камер сердца проводили методом дисков. Расчет фракции выброса (ФВ) ЛЖ осуществляли по формуле: ФВ ЛЖ=(КДО–КСО)/КДО×100%. Массу миокарда ЛЖ рассчитывали 2D методом, нормальными значениями индекса массы миокарда ЛЖ (ИММ ЛЖ) принимались значения менее 88 г/м2 у женщин и менее 102 г/м2 у мужчин [8, 9].

Геометрия ЛЖ каждого спортсмена была отнесена к одному из 4 типов: концентрической или эксцентрической гипертрофии (относительная толщина стенки — ОТС> или <0,42 соответственно при увеличенном ИММ ЛЖ), концен- трическому ремоделированию (ОТС>0,42 при нормальном ИММ ЛЖ) или норме.

Оценка деформации миокарда ЛЖ

Всем спортсменам проводилась оценка деформации ЛЖ в продольном, радиальном направлении по окружности на уровне митрального клапана, папиллярных мышц и верхушки по короткой оси ЛЖ. Скручивание (Twist) ЛЖ оценивали по стандартной методике. Оценку деформации ЛЖ на основе отслеживания пятен серой шкалы (speckle tracking) осуществляли с использованием программного обеспечения рабочей станции General Electric. Сегментарную оценку деформации ЛЖ проводили по видеоизображениям, зарегистрированным из апикальной позиции на уровне 2 и 4 камер (А2С, А4С) и по длинной оси ЛЖ (LAX). Частота кадров поддерживалась в интервале 40–80 в секунду. Трассировку полости ЛЖ по границе эндокарда проводили вручную в конце систолы, после чего миокард ЛЖ автоматически разбивали на 6 сегментов в каждой позиции. Затем вновь вручную выполняли корректировку ширины и формы зоны интереса, после чего программа автоматически рассчитывала значения деформации для каждого сегмента ЛЖ. Сегменты с неоптимальной визуализацией исключались из расчетов программой или исследователем. В результате усреднения всех значений получали показатели глобальной продольной деформации для каждой из трех позиций (GLPS_A2C, GLPS_A4C и GLPS_LAX), а также глобальную продольную деформацию для всего ЛЖ (GLPS_Avg) в виде «бычьего глаза». Значения радиальной и циркулярной деформации миокарда ЛЖ расcчитывались по видеоизображениям короткой оси на уровне митрального клапана, папиллярных мышц и верхушки.

Статистическую обработку полученных данных проводили с использованием пакета программы SPSS 17.0. Количественные данные представляли в виде средних значений ± стандартное отклонение (M±SD).

При оценке различий количественных показателей использовали критерий Манна — Уитни с поправкой Бонферрони, cтатистически значимыми считали различия при р <0,05.

Результаты

Увеличение ИММ ЛЖ было выявлено у 35 мужчин (55,6%) и 20 женщин (32,7%) в группе велоспорта. У 20 (31,7%) мужчин была выявлена эксцентрическая гипертрофия миокарда ЛЖ (ОТС≤0,42), у 15 мужчин — концентрическая гипертрофия (ОТС>0,42), у 3 мужчин выявлено концентрическое ремоделирование, у 25 мужчин (39,6%) — нормальная геометрия ЛЖ. В группе женщин эксцентрическая гипертрофия была определена у 18 (29,5%), концентрическая гипертрофия — у 2, у 41 (67,2%) спортсменки была нормальная геометрия ЛЖ. Таким образом, у спортсменов-велосипедистов выявлялась преимущественно эксцентрическая гипертрофия миокарда ЛЖ. В группе боулинга гипертрофии миокарда ЛЖ не выявлено.

Группы спортсменов велоспорта и боулинга не различались по половому составу, средним показателям возраста, роста и веса, ФВ (табл. 1). Показатели ЛЖ у спортсменов, занимающихся велоспортом, отличались от соответствующих показателей спортсменов, занимающихся боулингом ( p <0,05). Эти различия наблюдались для таких структурных показателей, как КДО (153,8±28,5 мл — велоспорт–шоссе, 132,0±28,7 мл — велоспорт-трек и 103,0±28,3 мл — группа боулинга соответственно); КДР ЛЖ, толщина стенок ЛЖ были в большей степени выражены среди спортсменов-мужчин. У всех групп спортсменов-велосипедистов (мужчин и женщин) был значимо выше показатель ИММ ЛЖ. Наиболее выраженные структурные изменения наблюдались в группах спортсменов, занимающихся велоспортом-ВМХ и велоспортом-шоссе, то есть в наиболее нагрузочных видах спорта.

Снижение продольной систолической деформации ниже 18% было зарегистрировано у мужчин-велосипедистов из подгрупп ВМХ и велоспорт-шоссе (табл. 2). Однако при сравнении значений глобальной продольной деформации у групп велоспорта с группой боулинга статистически значимых различий выявлено не было. У спортсменов-мужчин значения глобальной продольной систолической деформации были меньше по сравнению со спортсменами-женщинами, но они также не были значимыми.

Таблица 1. Основные эхокардиографические показатели ЛЖ у спортсменов (M±a)

Table 1. Main echocardiography characteristics of the left ventricle in athletes (M±σ)

Вид спорта	Велоспорт-маунтинбайк		Велоспорт-трек		Велоспорт-ВМХ		Велоспорт-шоссе		Боулинг
Пол ( n )	м (11)	ж (14)	м (20)	ж (22)	м (13)	ж (13)	м (19)	ж (12)	м (7)	ж (15)
Возраст, лет	20,9±5,1	20,6±4,9	21,0±5,0	20,6±4,9	20,2±4,9	17,7±4,8	21,5±5,0	24,2±5,0	24,5±5,3	22,1±5,0
Площадь поверхности тела, м2.	1,79±0,24	1,59±0,25	2,02±0,24	1,66±0,25	1,97±0,24	1,67±0,24	1,91±0,24	1,62±0,24	1,99±0,24	1,69±0,2
КДР ЛЖ, см	5,30±0,44*	4,80±0,44	5,20±0,43	4,70±0,40	5,40±0,40*	4,80±0,44	5,50±0,43	4,80±0,44*	4,80±0,42	4,60±0,44
КДО ЛЖ, мл	122,0±28,5*	92,0±28,3*	132,0±28,7*	98,0±28,3	128,0±28,6*	92,4±28,5	153,8±28,5*	96,0±28,6	103,0±28,3	88,0±28,8
ФВ ЛЖ, %	58,1±4,2	60,0±4,0	60,1±4,2	62,0±4,2	58,1±4,2	61,2±4,1	56,7±4,1*	62,0±4,0	61,4±4,0	63,4±4,0
ИММ ЛЖ, г/м2	107,5±16,0*	88,9±16,5*	100,1±17,2*	84,0±16,9*	88,2±17,1	82,5±17,1*	116,1±17,1*	90,4±17,4*	71,8±16,9	69,9±17,0
Толщина межжелудочковой перегородки в диастолу, см	1,10±0,15*	0,94±0,15*	1,08±0,15*	0,87±0,10	1,01±0,14	0,86±0,15	1,11±0,14*	0,89±0,15	0,89±0,14	0,83±0,14
Толщина задней стенки в диастолу, см	1,06±0,12*	0,92±0,14	1,06±0,13*	0,85±0,13	0,97±0,13	0,87±0,13	1,07±0,13*	0,89±0,13	0,90±0,13	0,83±0,13

Примечание: * — при р <0,05 по сравнению с соответствующей по полу группой боулинга.

Note: * р <0.05 compared with the corresponding gender-adjusted group of bowling.

Таблица 2. Показатели деформации с использованием speckle tracking эхокардиографии (STE) у спортсменов (M±a)

Table 2. Parameters of deformation based on the use of speckle tracking echocardiography (STE) in athletes (M±σ)

Вид спорта	Велоспорт-маунтинбайк		Велоспорт-трек		Велоспорт-ВМХ		Велоспорт-шоссе		Боулинг
Группа по Mitchell	IIIС		IIIС		IIIС		IIIС			IА
Пол (n)	м (11)	ж (14)	м (20)	ж (22)	м (13)	ж (13)	м (19)	ж (12)	м (7)	ж (15)
Продольная деформация, глобальная, %	18,50±2,39	20,20±2,40	19,60±2,40	20,20±2,46	17,70±2,40	19,70±2,46	17,50±2,39	19,90±2,43	20,60±2,39	20,80±2,43
Циркулярная деформация, базальная, %	17,50±6,97	17,90±6,98	17,20±7,13	17,40±6,97	15,20±7,11	17,00±7,00	15,60±7,24	16,20±7,06	15,60±7,21	17,70±7,18
Циркулярная деформация, апикальная, %	18,30±6,28	17,60±6,29	19,70±6,36	18,10±6,28	14,50±6,23*	17,50±6,23	18,00±6,28	17,10±6,20	18,40±6,32	16,60±6,27
Циркулярная деформация, глобальная, %	17,70±6,38	17,90±6,39	18,10±6,47	17,20±6,38	14,70±6,42*	16,90±6,37	16,20±6,50	16,50±6,38	16,90±6,43	16,80±6,46
Радиальная деформация, глобальная, %	38,60±17,70*	48,70±18,30	37,40±17,68	40,70±17,65	31,00±17,61	34,30±17,50	40,50±17,78*	37,70±17,59	32,20±17,90	36,60±17,70
Скручивание (TWIST),°	7,60±3,30	8,10±3,18	8,90±3,29	7,30±3,28	8,60±3,20	6,30±3,25	8,70±3,20	7,90±3,20	8,30±3,10	6,90±3,18

Примечание: * — при р <0,05 по сравнению с соответствующей по полу группой боулинга.

Note: * р <0.05 compared with the corresponding gender-adjusted group of bowling.

Показатели циркулярной апикальной и циркулярной глобальной деформации были статистически значимо ниже в группе велоспорт-ВМХ (мужчины) по сравнению с группой боулинга ( p <0,05). Показатели глобальной радиальной деформации были статистически значимо выше в группах вело-спорт-маунтинбайк и велоспорт-шоссе у мужчин по сравнению с группой боулинга ( p <0,05). Показатели скручивания в группах велоспорта и боулинга статистически значимо не отличались.

Обсуждение

В нашем исследовании проводилось изучение влияния интенсивных физических нагрузок на работу ЛЖ. Согласно классификации J.H. Mitchell [10], к видам спорта, в которых сочетается максимальная динамическая и статическая нагрузка, относятся бокс, каноэ, велоспорт, гребля, конькобежный спринт и ряд других. В противоположность перечисленным видам выделяют низкоинтенсивный по обоих компонентам спорт, к которому относят крикет, боулинг, гольф, йогу и ряд других. Таким образом, сравнение структурно-функциональных особенностей ЛЖ сердца проводилось между спортсменами, занимающимися велоспортом и боулингом, которые входят в прямо противоположные группы как по динамической, так и статической нагрузкам (IIIС и IА группы по классификации J.H. Mitchell).

Значения глобальной продольной деформации были снижены у спортсменов из группы велоспорта (велоспорт-шоссе, велоспорт-ВМХ). Это группа спортсменов, занимающихся длительными динамическими нагрузками — нагрузками на выносливость. В группе этих спортсменов у 55,6% мужчин и 45,9% женщин выявлялась гипертрофия миокарда ЛЖ. По данным A. Santoro et al. (2015) [11], значения глобальной продольной деформации у велосипедистов были снижены и составили 16,5±1,7%, что сопоставимо с нашими данными. По данным E. Donal et al. (2010) [12], значения глобальной продольной деформации у спортсменов-велосипедистов составили 17,0±1,3%, однако в сравнении с группой контроля (здоровые добровольцы, сопоставимые по возрасту) значения не были снижены, что совпадает с нашими данными. Также не были снижены значения глобальной продольной деформации у велосипедистов и по данным A.T. Cote et al. (2013) [13].

Наша работа имела отличия от других подобных исследований. Во-первых, мы сопоставили структурно-функциональные характеристики ЛЖ спортсменов-велосипедистов не с контрольной группой здоровых лиц [11] или лиц, ведущих сидячий образ жизни [12], а со спортсменами же, но не имеющими высоких динамических и статических нагрузок. Все подгруппы велоспорта относятся к одной категории по J.H. Mitchell, однако в нашем исследовании они различались между собой, что вполне объяснимо. Велосипедисты, занимающиеся шоссейными гонками, имеют самые тяжелые нагрузки по сравнению с велоспортом-ВМХ и велоспортом-маунтинбайк. Велогонки на шоссе иногда длятся до недели, что требует от спортсменов повышенной выносливости и увеличения ударного объема ЛЖ, что ведет к увеличению КДО и эксцентрической гипертрофии ЛЖ, а также снижению продольной деформации в этой группе спортсменов.

Таким образом, согласно полученным нами данным, можно предположить, что характер изменений деформации ЛЖ у спортсменов, занимающихся велосипедным спортом, может быть обусловлен структурными изменениями исходной длины ЛЖ и толщины стенок. В результате эксцентрической перестройки ЛЖ у спортсменов-велосипедистов происходит увеличение исходной (диастолической) длины ЛЖ в продольном и циркулярном направлениях, что может приводить к снижению продольной и циркулярной деформации, так как это относительная величина. Радиальная деформация увеличивается за счет меньшей исходной (диастолической) толщины стенки на фоне эксцентрической перестройки ЛЖ, так как это также относительная величина. Это лишь предположение, и оно требует дальнейшего изучения.

Выводы

• 1.    У спортсменов элитного уровня с высокими динамическими и статическими нагрузками (велосипедисты) в 31,7% случаев у мужчин и в 29,5% у женщин выявлялась эксцентрическая гипертрофия ЛЖ.