Сердце спортсмена. Актуальные проблемы спортивной кардиологии

Хорошо тренированные спортсмены демонстрируют увеличение размеров левого и правого желудочков на 10–15 % по сравнению с малоподвижными людьми. У олимпийских спортсменов размер левого желудочка почти в половине случаев превышает верхние границы нормы (конечный диастолический диаметр ЛЖ – более 54 мм). У некоторых спортсменов в таких видах спорта, как гребля, бег по пересеченной местности и езда на велосипеде, конечный диастолический диаметр ЛЖ может достигать 60 мм (Pelliccia A. et al., 2018).

Следует отметить, что, несмотря на увеличение массы миокарда вслед за ростом объема камер, рост толщины его стенок при успешной адаптации редко выходит за рамки верхних границ для данного возраста и пола (кроме чернокожих атлетов).

Консенсус Европейской ассоциации кардиоваскулярной визуализации (Сonsensus of the European Association of Cardiovascular Imaging) 2015 г. предлагает выявление толщины миокарда, равной 12 мм, и диастолического размера левого желудочка более 60 мм у взрослых спортсменов считать поводом для дальнейшего углубленного обследования и поиска кардиальной патологии (Galderisi M. et al., 2015).

Согласно Олимпийскому руководству по спортивной кардиологии 2017 г. (Wilson M. G., Drezner J. A., Sharma S., 2017), допустимые размеры толщины левого желудочка у белых спортсменов составляют 12 мм для мужчин и 11 мм – для женщин и подростков. Что касается детей, то эхокардиографические параметры занимающихся спортом обычно находятся в пределах возрастного диапазона для общей популяции, редко достигая верхних значений возрастной нормы (Rowland T., 2016). Исключением также являются только чернокожие спортсмены.

Амплитудные характеристики ГМ, выявленные при анализе ЭКГ спортсмена, как правило, свидетельствуют о дилатации левого желудочка, которая, в свою очередь, является благоприятным признаком физиологического ремоделирования сердца спортсмена (Kreso A., et al., 2015; Krenc Z., 2016; Samesina N. I., 2017; Pieles G. E. et al., 2020).

В покое, а также при выполнении субмаксимальной нагрузки при стандартной интенсивности работы сердечный выброс изменяется мало (под влиянием тренировки, направленной на развитие выносливости, он может даже слегка уменьшиться). При работе максимальной интенсивности сердечный выброс значительно повышается (в 5–6 раз) за счет комбинации увеличения конечного диастолического объема левого желудочка, снижения конечного систолического объема и усиления наполнения ЛЖ вследствие повышения эластичности миокарда. В литературе описаны случаи увеличения минутного объема кровотока (МОК) до 40 л/мин при уровне МПК до 96–98 мл/мин/кг у представителей лыжных видов спорта и велогонщиков. Это дает возможность сердцу вытолкнуть максимальное количество оксигенированной крови при минимальных энерготратах.

Гемодинамическая перегрузка, вызванная тренировкой на выносливость, способствует также увеличению объема левого и правого предсердий и правого желудочка. Однако, несмотря на некоторое увеличение размеров корня аорты, они не выходят за рамки популяционной нормы.

В настоящее время получены доказательства эксцентрического ремоделирования правого желудочка (ПЖ), который претерпевает аналогичные левому изменения в массе, объеме и функции у спортсменов, тренирующих выносливость (Prakken N. H., 2010; D’Andrea A., 2013). A. Zaidi et al. (2013) показали, что при эхокардиографии у 61 % спортсменов-мужчин и 46 % женщин большие размеры ПЖ требуют дифференциации с аритмогенной кардиомиопатией правого желудочка. По мнению C. Colombo et al. (2018), эхокардиографическая оценка ПЖ должна опираться не только на размер, но и на другие особенности, в частности, на наличие регионарных аномалий движения стенки или возможных аневризм – чтобы отличить изменения ПЖ, характерные для аритмогенной кардиомиопатии, от тех, которые выявляются у спортсменов в результате интенсивной физической нагрузки.

При тренировке качества выносливости у 20 % спортсменов с большим спортивным стажем часто наблюдается увеличение предсердий, выходящее за пределы нормальных популяционных размеров, как ответ на длительное увеличение сердечного выброса. D. Elliott Adrian et al. (2018) обследовали 99 атлетов, тренирующих выносливость, и на основании оценок самих спортсменов разделили их на три группы по уровню общего количества часов тренировок на протяжении всей жизни: 1-я – низкий уровень (менее 3000 ч), 2-я – средний (3000–6000 ч) и 3-я – высокий уровень (более 6000 ч). Спортсменам проводилась эхо-кардиография и 48-часовое мониторирование ЭКГ. Объем левого предсердия был значительно выше в третьей (+5,1 мл/м2) и второй (+4,2 мл/м2) группах по сравнению с первой группой. Расширение левого предсердия выше нормы по данным ЭхоКГ наблюдалось в 19,4 %, 12,9 % и 0 % случаев в 3-й, 2-й и 1-й группах соответственно. На основании чего авторы исследования сделали вывод о том, что с увеличением стажа тренировок на выносливость происходит дилатация левого предсердия.

Этот вывод был подтвержден мета-анализом 54 исследований, выполненных A. Iskandar et al. (2015) и достоверно показавших, что спортсмены имеют бóльший размер ЛП – с увеличением диаметра ЛП на 13 % и индекса объема на 30 % – по сравнению с лицами, не занимающимися спортом. Средний диаметр ЛП составлял 36 мм у высококвалифицированных спортсменов-мужчин и 34 мм – у женщин и был на 4,1 мм больше в сравнении с контролем.

Для стандартизации измерений правого предсердия (ПП) А. Zaidi et al. (2013) предложили верхний предел площади ПП в 28 см2 у спортсменов-мужчин и 24 см2 – у женщин. Примечательно, что авторы не выявили существенных различий между чернокожими и белыми спортсменами-мужчинами, но обнаружили, что размеры ПП у белых спортсменок оказались больше, чем у чернокожих.

Масса миокарда регрессирует после прекращения тренировок через 9–12 недель, в то время как дилатация ЛЖ сохраняется в 20 % случаев даже после пяти лет прекращения тренировок, не вызывая при этом никаких последствий (Elliott Adrian D. et al., 2018).

Электрическое ремоделирование при тренировке выносливости (динамические нагрузки) тесно связано с развитием брадикардии вследствие повышения тонуса блуждающего нерва. При нагрузках на выносливость увеличиваются аэробные способности – МПК за счет роста систолического объема и увеличения потребления тканями кислорода. После тренировок, направленных на развитие выносливости, артериальное давление в покое незначительно снижается.

Основное различие в сердечно-сосудистой реакции на изометрические (статические) нагрузки, по сравнению с динамическими на выносливость, заключается в их влиянии на активный мышечный кровоток. Во время изометрического сокращения мышечный кровоток уменьшается в ответ на жесткость активных мышечных волокон, что увеличивает внутримышечное давление и вызывает механическое сужение сосудов, увеличивающее периферическое сопротивление. Это, в свою очередь, вызывает перегрузку сердца давлением. Поэтому статические упражнения могут значительно повысить как систолическое, так и диастолическое давление крови при нагрузке, однако в норме это не приводит к увеличению артериального давления в покое. При интенсивной статической нагрузке МПК не меняется или незначительно увеличивается. Ударный объем остается относительно стабильным, однако он может уменьшаться при тренировках высокой интенсивности в связи с ростом постнагрузки. Силовые нагрузки существенно не изменяют размер левого предсердия, корня аорты и правого желудочка (Pelliccia A. et al., 2018).

1.3. Нормы морфологического ремоделирования сердца у спортсменов по данным эхокардиографии

В последние годы в связи с улучшением ЭхоКГ-диагностики и активным внедрением магнитно-резонансной томографии были пересмотрены нормы размеров сердца для спортсменов.

Согласно стандартам Олимпийского руководства по спортивной кардиологии (Wilson M. G., Drezner J. A., Sharma S., 2017), пределом расширения полости ЛЖ для взрослых мужчин-спортсменов считается 64 мм, а толщины миокарда – 12 мм; у женщин – 57 мм и 11 мм соответственно.

Что касается подростков, то характер изменений их ССС под воздействием физических нагрузок аналогичен изменениям у взрослых спортсменов, но количественно меньший. Для юношей-спортсменов предел размера полости левого желудочка составляет 58 мм, а толщины миокарда – 12 мм; для девушек – соответственно 54 мм и 11 мм.

Представленные выше цифры допустимых морфологических изменений были определены преимущественно на основе изучения ССС спортсменов европеоидной расы («белые» спортсмены). Однако большинство исследований, проведенных за последние два десятилетия, показывают, что важным фактором адаптации сердца к физическим нагрузкам является этническая принадлежность спортсменов. Так, если чернокожие спортсмены в сравнении с «белыми» атлетами демонстрируют сходные количественные изменения размеров полости левого желудочка (Wilson M. G., Drezner J. A., Sharma S., 2017), то толщина миокарда у них выше, чем у «белых» (11,3 ± 1,6 мм против 10,0 ± 1,5 мм; р<0,001). По данным М. Papadakis (2011), толщину миокарда более 12 мм имеют 12,4 % чернокожих спортсменов и только 1,6 % – «белых» спортсменов. У подростков эта разница еще существеннее: 5 % у чернокожих юношей-атлетов против 0,4 % у «белых» спортсменов-подростков (что, однако, не касалось представительниц женского пола (Di Paolo F. M., 2012).

Проведенные исследования позволили верхним пределом нормы для толщины миокарда у взрослых чернокожих спортсменов мужского пола считать 15 мм, у женщин – 12 мм, у чернокожих юношей-спортсменов – 14 мм, у девушек – 11 мм (Wilson M. G., Drezner J. A., Sharma S., 2017).

Нормы морфологии миокарда у спортсменов, принятые Олимпийским руководством по спортивной кардиологии (Wilson M. G., Drezner J. A., Sharma S., 2017), приведены в таблице 5.

Таблица 5Допустимые размеры полости и толщины стенки левого желудочка у спортсменов

Имеющиеся на сегодняшний день данные о ремоделировании сердца арабских (ближневосточных), южноазиатских и восточноазиатских спортсменов дают основание считать, что в этих этнических группах структурное и электрическое ремоделирование аналогично тому, которое наблюдается у «белых» спортсменов, соответственно к ним применимы и критерии для «белых» спортсменов (Wilson M. G., Drezner J. A., Sharma S., 2017).

Аналогичные цифры приводятся и в Европейском руководстве по спортивной кардиологии 2019 г. (Pelliccia А. et al., 2019). По мнению авторов, толщина стенки ЛЖ у спортсменов варьирует в зависимости от пола, этнической принадлежности и вида спорта, но в подавляющем большинстве случаев остается в пределах нормы. Наибольшая степень гипертрофии ЛЖ обычно отмечается у спортсменов-мужчин, но значения более 12 мм наблюдаются менее чем у 2 % спортсменов европеоидной расы. У женщин-спортсменок степень гипертрофии не превышает 11 мм.

В соответствии с действующими рекомендациями Американского общества эхокардиографии и Европейской ассоциации кардиоваскулярной визуализации (2015), в общей популяции принято оценивать не только толщину стенки ЛЖ, но и варианты ремоделирования сердца в зависимости от относительной толщины стенки (ОТС) и индекса массы миокарда левого желудочка сердца (ИММЛЖ) (Lang R., 2015). У лиц с нормальной массой ЛЖ (ИММЛЖ 95 г/м2 и менее – у женщин и 115 г/м2 и менее – у мужчин) ремоделирование может быть расценено как нормальная геометрия (при ОТС 0,42 и менее) и как концентрическое ремоделирование (ОТС более 0,42). При увеличении массы ЛЖ отмечается концентрическая (ОТС более 0,42) или эксцентрическая (ОТС 0,42 и менее) гипертрофия ЛЖ (рис. 1).

Рис. 1. Варианты ремоделирования миокарда левого желудочка в зависимости от относительной толщины стенки (ОТС) и индекса массы миокарда левого желудочка сердца (ИММЛЖ) – нормальный или увеличенный

Наиболее неблагоприятным типом ремоделирования у спортсменов является концентрическая гипертрофия. Другие виды ремоделирования с точки зрения их физиологичности в спорте в настоящее время изучены недостаточно (Шарыкин А. С. с соавт., 2019).

В 2015 г. во время летней Универсиады в Кванджоу (Южная Корея) в рамках программы «Проверь свое сердце» было проведено масштабное эхокардиографическое исследование по изучению ремоделирования миокарда левого желудочка сердца у 1185 высококвалифицированных спортсменов (Cho J. Y. et al., 2019). По результатам обследования у 156 спортсменов (13,2 %) была выявлена аномальная геометрия ЛЖ, которая была более распространена у спортсменов африканского происхождения в смешанных и силовых дисциплинах:

• концентрическое ремоделирование – 73 спортсмена (6,2 %);

• концентрическая гипертрофия – 25 спортсменов (2,1 %);

• эксцентрическая гипертрофия – 58 спортсменов (4,9 %) (Cho J. Y. et al., 2019).

Таким образом, увеличение массы миокарда (концентрическая и эксцентрическая гипертрофия) отмечалось у 7,0 % спортсменов, в т. ч. только у 2,1 % – собственно концентрическая гипертрофия, что полностью совпадает с полученными ранее данными по выявлению гипертрофии миокарда по толщине стенки левого желудочка – около 2 % (Spirito P. et al., 1994; Whyte G. et al., 2004; Kasikcioglu E., Akhan H., 2004; Maron B. J. et al., 2006; Carro Hevia А., 2011; Grazioli G., 2014).

Нами (Гаврилова Е. А., Ларинцева О. С., 2018) был проведен анализ эхокардиографического обследования 2245 спортсменов, тренирующих преимущественно выносливость на трех этапах спортивной подготовки (в соответствии с федеральными стандартами) со следующим распределением:

– на этапе спортивной специализации – 1274 спортсменов;

– на этапе совершенствования спортивного мастерства – 776 спортсменов;

– на этапе высшего спортивного мастерства – 195 спортсменов.

Как показали полученные результаты, толщины миокарда более 13 мм ни у одного из 2245 обследованных спортсменов выявлено не было. Однако при расчете ИММЛЖ и ОТС было определено 20 случаев ремоделирования миокарда (0,9 % от общего числа обследованных), из них: 7 случаев – эксцентрической гипертрофии, 4 – концентрической гипертрофии и 9 – концентрического ремоделирования. Все эти случаи изменения геометрии сердца были обнаружены у спортсменов, находящихся на этапе высшего спортивного мастерства, где процент ремоделирования составил уже 10,3 %, что близко к данным J. Y. Cho et al., (2019), полученным при обследовании 1185 высококвалифицированных спортсменов – 13,2 %. Данные по концентрической гипертрофии миокарда в этих двух исследованиях полностью совпали – 2,1 %. Проведенный нами статистический анализ путем расчета критерия χ2 Пирсона показал достоверную связь (р<0,001) между групповым признаком – этап высшего спортивного мастерства и ремоделированием миокарда.

По данным А. Ю. Татариновой с соавт. (2013), даже умеренное увеличение массы миокарда левого желудочка при нормальной диастолической функции у спортсменов сопровождается нарушением скорости движения фиброзного митрального кольца, оцениваемой по результатам тканевой допплерографии.

Нарушение диастолической функции и малые размеры полости левого желудочка являются дополнительными признаками ухудшения адаптации аппарата кровообращения спортсмена к физическим нагрузкам.

Было показано также, что применение спортсменами анаболических стероидов изменяет физиологическое ремоделирование сердца до патофизиологической сердечной гипертрофии с повышенным риском жизнеугрожающих аритмий (Torrisi M. et al., 2020).

В 2020 г. Adea J. B. et al. были опубликованы результаты обследования по программе «Проверь свое сердце» 723-х элитных спортсменов, участвовавших в летней Универсиаде 2017 г. в г. Тайбэе (Тайвань). Это – первое исследование по изучению ЭхоКГ-ремоделирования сердца в соответствии с классификацией спортивных дисциплин, предложенной Pelliccia A. et al. (2018). Результаты исследования представлены в таблице 6.

Таблица 6Результаты ЭхоКГ-обследования 723 элитных спортсменов(по Adea J. B. et al., 2020)

Примечание: n – общее количество обследованных с распределением по каждой группе спортивных дисциплин

Как следует из таблицы, показатели толщины миокарда, а также ИММЛЖ в среднем не выходили за пределы популяционных значений ни в одной из групп спортсменов. Наиболее распространенной аномальной геометрией ЛЖ (которая существенно разнилась по группам спортивных дисциплин) оказалась эксцентрическая ГЛЖ – 7 %.

На рисунке 2 графически представлены данные исследования Adea J. B. et al. (2020) по типам ремоделирования миокарда левого желудочка сердца обследованных спортсменов с их распределением по четырем группам спортивных дисциплин.

Рис. 2. Типы ремоделирования миокарда левого желудочка у спортсменов с распределением по группам спортивных дисциплин (выполнено автором на основании данных исследования J. B. Adea et al. (2020)

Как видно из рисунка, во всех группах дисциплин у спортсменов преобладает нормальная геометрия левого желудочка сердца (71–90 %), со средним значением 84 %. Однако, доля патологического ремоделирования по группам дисциплин значимо отличается (см. рис. 3).

Рис. 3. Структура патологического ремоделирования миокарда левого желудочка у спортсменов (по четырем группам спортивных дисциплин) (в %) (выполнено автором на основании данных исследования J. B. Adea et al. (2020)

Доля спортсменов с концентрической гипертрофией миокарда оказалась минимальной – 1 %, 1 %, 3 % и 7 % соответственно в группах: специальные навыки, сила, смешанные дисциплины и выносливость. В среднем эта цифра составила 3 %, что сопоставимо с данными исследований, основанных на измерении толщины миокарда у спортсменов.

Достоверно различались в 4-х группах атлетов базальный и проксимальный диаметр ПЖ. Базальный диаметр ПЖ у спортсменов в группах выносливости (37,1 ± 6,3 мм) и смешанных видов (36,4 ± 5,4 мм) был больше, чем у спортсменов из группы специальных навыков (34,5 ± 5,0 мм) и силовой группы (34,8 ± 5,9 мм). Группа выносливости имела самый высокий процент дилатации ПЖ (28 %).

1.4. Ремоделирование сердца спортсменов по данным магнитно-резонансной томографии

Наиболее высокое анатомическое разрешение при исследовании сердца обеспечивает магнитно-резонансная томография (МРТ). МРТ дает трехмерное изображение органа, что позволяет проводить более точные морфологические измерения в сравнении с эхокардиографией, и в настоящее время считается эталонным стандартом для количественной оценки морфологии и функции сердца. Как уже отмечалось выше, сопоставление эхокардиографических параметров и параметров, полученных при МРТ сердца, показало, что объемы и размеры предсердий и желудочков при ЭхоКГ спортсменов оказались заниженными, а толщина стенок и масса миокарда – завышенными (Milliken M. C. et al., 2012).

Кроме того, определение и принятие на международном уровне норм морфологических и функциональных параметров МРТ сердца в общей популяции (см.: Maceira A. M. et al., 2006; Kawel-Boehm N. et al., 2015; Petersen S. E. et al., 2017) позволяет в ходе МРТ-обследования более точно оценить структуру и функцию сердца спортсменов, охарактеризовать миокард, выявить ключевые патологические изменения, включая рубцовые и фиброзные изменения в миокарде (Maestrini V. С et al., 2020).

F. D’Ascenzi et al. (2019) проанализировали данные 27 исследований, содержащих в общей сложности результаты МРТ-обследования 983-х спортсменов-мужчин, на основе которых впервые были получены референтные значения для размера ЛЖ (объемы ЛЖ, ММЛЖ и их индексированные значения), размера ПЖ (объемы ПЖ и их индексированные значения) и функции желудочков (фракции выброса ЛЖ и ПЖ). Спортсмены по характеру нагрузок были разделены на 3 группы: 1-я – тренирующие выносливость (бегуны на длинные дистанции, пловцы и лыжники); 2-я – с комбинированными нагрузками (гребцы, велосипедисты и конькобежцы); 3-я – с силовыми нагрузками (культуристы и тяжелоатлеты). К сожалению, только в 4 исследованиях из 27 проанализированных участвовали спортсмены-силовики (в общей сложности 70 испытуемых), поэтому авторам не удалось получить достоверные данные по референтным значениям показателей МРТ сердца у спортсменов данной группы. Помимо дифференциации по характеру нагрузок, среди спортсменов были выделены 4 группы в зависимости от объема тренировок: 1-я – менее 10 ч в неделю; 2-я – от 11 до 15 ч; 3-я – от 16 до 20 ч; 4-я – более 20 ч в неделю.

Исследования МРТ-визуализации сердца, проведенные у спортсменов, подтвердили эхокардиографические данные о вызванном тренировкой ремоделировании камер сердца, характеризующемся дилатацией желудочков. Авторами не было выявлено значимых различий между группами спортсменов по направленности тренировочного процесса, однако продемонстрировано значительное влияние объема тренировок на абсолютные размеры желудочков сердца, особенно правого (D’Ascenzi F. et al., 2019).

В ходе проведенного мета-анализа было установлено, что верхние границы размеров желудочков сердца спортсменов были выше, чем те, которые приняты в современных рекомендациях для общей популяции (Petersen S. E., 2017). Также у спортсменов были отмечены более высокие средние значения, а также верхние и нижние пределы для абсолютных и индексированных значений конечно-диастолического и систолического размеров желудочков и средней ММЛЖ. При этом верхний предел абсолютной и индексированной ММЛЖ оказался в диапазоне референтных значений массы миокарда для общей популяции (Maceira A. M. et al., 2006; Kawel-Boehm N. et al., 2015).

Отмечалось также, что ремоделирование сердца было особенно заметно для размеров ПЖ. По мнению авторов, связано это с тем фактом, что правый желудочек в первую очередь подвержен повышенному объему венозного возврата крови и особенно чувствителен к гемодинамическим изменениям, к тому же имеет более тонкую стенку, чем ЛЖ, что в итоге приводит к более существенному увеличению размера ПЖ. Поэтому у спортсменов с высоким стажем спортивной деятельности отмечаются признаки, удовлетворяющие критериям диагностики АКМП. По данным C. Czimbalmos (2019), дилатация ПЖ у здоровых спортсменов с регулярными и интенсивными тренировками на выносливость может достигать размеров, соответствующих диагностическим критериям АКМП почти в 95 % случаев.

F. D’Ascenzi et al. (2019) впервые заключили, что на размер ПЖ значительное влияние оказывает объем часов нагрузки в неделю (большее, чем на ЛЖ). Другими словами, чем больше объем тренировок, тем больше размер ПЖ. При этом референтные значения функции ПЖ и ЛЖ были сопоставимы с таковыми для общей популяции.

На степень вызванных тренировкой гемодинамических изменений, по мнению авторов, влияет не только вид спорта, но и другие факторы, такие как пол спортсмена, площадь поверхности тела, его этническая принадлежность, возраст, тип тренировки, а также период тренировочного цикла, когда проводится оценка.

Метод МРТ показал большие преимущества в решении вопроса о дифференциации физиологических и патологических изменений в сердце спортсмена, в том числе рубцовых и фиброзных изменений миокарда (Waterhouse D. F. et al., 2012; Andreoulakis E., Swoboda P. P., 2018; D’Ascenzi F. et al., 2019; Maestrini V. et al., 2020).

История изучения фиброза миокарда у спортсменов берет свое начало с конца 2000-х гг., когда F. Breuckmann et al. (2009) представили данные обследования 102-х практически здоровых марафонцев-мужчин, у 12 % из которых на МРТ-визуализации был выявлен миокардиальный фиброз (при аналогичном показателе в контрольной группе физически неактивных ровесников – 4 % (р=0,07). Анатомически были выделены две категории фиброза: ишемический и неишемический паттерны. В 2011 г. M. Wilson et al. сообщили о выявлении фиброза миокарда у 6 из 12 ветеранов-спортсменов (средний возраст 56± 6 лет), продолжающих тренировать выносливость. А в 2012 г. A. La Gerche et al. подтвердили данную находку на МРТ сердца у 15 % обследованных спортсменов 37±8 лет, продолжающих соревновательную деятельность в видах спорта на выносливость. Авторы выявили у этих спортсменов также дилатацию и дисфункцию ПЖ и связали эти процессы с формированием фиброза миокарда. С тех пор были опубликованы серии МРТ-наблюдений. C. Colombo et al. (2018) показали корреляцию между продолжительностью тренировок, количеством марафонов и наличием фиброза миокарда.

Е. Tahir et al. (2018) связали фиброз миокарда у спортсменов, помимо ишемии и субклинического миокардита, с нагрузочной систолической гипертензией и кумулятивным воздействием физических перегрузок, а также влиянием допинговых веществ, снижающих утомление и способствующих перегрузке сердца, возможно, на фоне генетической предрасположенности.