Структурно-функціональні аспекти адаптації серця
до фізичних навантажень
Роботу виконано на кафедрі нормальної анатомії Тернопільської державної медичної академії
В експерименті 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, physicalloadings,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 [1,3,4].
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 [3,8].
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 [10], 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 [5].
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) [5], 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 [5].
Евтаназію тварин проводили за допомогою швидкої декапітації. Серце розрізали за І.К.Єсиповою (1981), окремо зважували відділи міокарда, проводили планіметрію ендокардіальних поверхонь серця [2], гістометричні виміри ізольованих кардіоміоцитів [6]. 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 [2] з визначенням коефіцієнтів кореляції (r). Силу зв’язку між ними оцінювали за чотирма ступенями [2]: 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 [11].
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.