Синдром перенапряжения у спортсменов: миокардиальные биохимические маркеры
Интенсивные тренировки на выносливость могут приводить к функциональным и структурным изменениям в ССС, при этом патологическое спортивное сердце в такой ситуации развивается намного реже, чем физиологическое. Известно, что существует корреляция между таким физиологическим типом гипертрофии сердца и мягкими формами гипертрофической кардиомиопатии, являющейся наиболее частым генетически обусловленным расстройством ССС с распространенностью 0,2 %. Генез хронического перенапряжения ССС у спортсменов во многом связан с характером и силой воздействия этиологического фактора и определяется, с одной стороны, выраженностью метаболических сдвигов, а с другой – индивидуальным генетически обусловленным порогом чувствительности к действию патогенетического фактора.
Большинство авторов в качестве основной экзогенной причины возникновения патологии миокарда у спортсменов называют именно физическое перенапряжение. Данные последних лет позволяют утверждать, что физические нагрузки – не столько самостоятельная причина, сколько пусковой фактор, способствующий развитию эндогенных экстракардиальных нарушений (вегетативных, эндокринных, иммунных, биохимических и др.), которые на фоне интенсификации обмена веществ инициируют активацию патологических процессов в миокарде.
Многие исследователи ключевым звеном в патогенезе изменений миокарда у спортсменов считают тканевую гипоксию, возникающую при различных стрессовых воздействиях, в том числе и под влиянием длительных интенсивных физических нагрузок. Такие нагрузки часто сопровождаются снижением эффективности субэндокардиального кровообращения с сопутствующим развитием гипоксии и ишемии миокарда, что доказано как в экспериментальных работах, так и в клинических исследованиях спортсменов в динамике реального тренировочного процесса.
Во время интенсивных физических нагрузок возникает тканевая гипоксия, приводящая к сдвигу прооксидантно-антиоксидантного баланса в сторону активации окислительных процессов и угнетению компонентов системы антиоксидантной защиты. В результате этого в организме происходит неконтролируемое образование высокореакционноспособных органических, перекисных и кислородных метаболитов, которые взаимодействуют с биологическими макромолекулами (белками, нуклеиновыми кислотами, липидами), что приводит к возникновению структурных и метаболических нарушений. Это проявляется на клеточном, тканевом и органном уровнях: нарушаются процессы ресинтеза белка, изменяются активность ингибиторов протеиназ, межклеточные контакты, активность гемопоэтических и иммунокомпетентных клеток, уменьшается эффективность детоксикационных процессов.
Важное значение в процессах формирования тканевой гипоксии, в частности гипоксии миокарда при физических нагрузках, имеют нарушения переноса транспорта кислорода эритроцитами. Развитие окислительного стресса как универсального патогенетического механизма, характерного и для интенсивных физических нагрузок, проявляется активацией процессов перекисного окисления макромолекул с одновременным угнетением активности антиоксидантной системы, в том числе, на уровне клеточных мембран эритроцитов. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению структурно-функциональных свойств цитоплазматических мембран и метаболизма клеток.
Известно, что улучшение структурно-функционального состояния мембран эритроцитов сопровождается ростом содержания в них АТФ. Эти два фактора являются непосредственными составляющими улучшения процессов микроциркуляции, которые в основном и обеспечивают доставку кислорода к клеткам скелетных мышц и миокарда. Некоторые авторы считают, что АТФ как мощная вазодилататорная молекула может быть ключевым косвенным регулятором (мессенджером) микрососудистой реакции в различных тканях при изменениях насыщенности их кислородом. Таким образом, можно связать перенос кислорода в сосудах микроциркуляторного русла с изменениями содержания АТФ в эритроцитах, что является одним из важнейших факторов продуктивной функциональной деятельности эритроцитов и, прежде всего, интенсивности переноса кислорода. С другой стороны, рост содержания АТФ в клетках как фактор улучшения их функционального состояния и производительности работы, в частности ионной проницаемости и сократительной способности, характерен во время физических нагрузок также для клеток скелетных мышц и кардиомиоцитов.
Следствием неадекватного насыщения тканей кислородом при гипоксии, в том числе и ассоциированной с физическими нагрузками, также может быть дисфункция митохондриального аппарата, что проявляется фазовыми изменениями как на системном уровне – через активацию симпатоадреналовой системы, так и на клеточном уровне в виде нарушения активности митохондриальных ферментных комплексов. Это приводит к подавлению аэробного синтеза энергии, энергозависимых функций и метаболизма клеток. Выявление ключевых звеньев таких метаболических перестроек открывает путь к разработке патогенетически обоснованных путей профилактики и коррекции перенапряжения сердца у спортсменов.
Биохимические маркеры перенапряжения сердца у спортсменов.
Синдром перенапряжения у спортсменов: миокардиальные биохимические маркеры, изображение №1
В последние годы среди причин формирования перенапряжения миокарда у спортсменов выделяют различные мембранопатии – изменения структуры и функций мембран кардиомиоцита. Одним из первых признаков структурно-функциональной перестройки клеточных и субклеточных мембран является изменение их проницаемости, что проявляется гиперферментемией, которая может быть отражением некроза (или лизиса) клеток и субклеточных органелл (лизосом и митохондрий). Как известно, уровень активности ферментов – очень чувствительный и тонкий показатель состояния организма. Исследование активности ферментов в сыворотке крови позволяет своевременно и с высокой точностью выявить процессы, которые непосредственно отражают биохимические перестройки в организме спортсмена.
Нарушение проницаемости цитоплазматических мембран при интенсивных физических нагрузках сопровождается выходом избытка накопленных при метаболических перестройках лизосомальных ферментов (протеиназ) в экстрацеллюлярный матрикс и, в конечном счете, в кровь. Это приводит к гиперактивации многих гуморальных регуляторных систем, в частности калликреин-кининовой и ренин-ангиотензиновой, различных звеньев регуляции агрегатного состояния крови и др. Все это проявляется в неконтролируемых нарушениях гомеостаза со снижением сократительной способности миокарда и формировании перенапряжения сердца спортсмена.
Показано, что мембрана миокардиоцитов очень чувствительна к проявлениям окислительного стресса и сопутствующей тканевой гипоксии. Согласно результатам экспериментальных исследований, это отражается на функциональном состоянии миокарда со снижением фракции выброса, ударного и минутного объема крови и ростом конечного диастолического объема.
Для лабораторной оценки функционального состояния миокарда используют ряд достаточно специфических биохимических показателей сыворотки крови, например кардиоспецифические белки. Также определяют и так называемые неспецифические маркеры, которые отражают патофизиологические изменения и могут с достаточной достоверностью характеризовать нарушения состояния миокарда.
Важное значение на сегодня в диагностике патологии миокарда придают изменениям уровня сердечных тропонинов, активности креатинфосфокиназы (КФК) и ее миокардиальной фракции (изоформы) КФК-МВ. Повышение уровня кардиоспецифических маркеров КФК-МВ и тропонина I вследствие повреждения кардиомиоцитов наблюдается у спортсменов при инфаркте миокарда, ишемической болезни сердца с яркой клинической симптоматикой, и, что очень важно, гипертрофической кардиомиопатии, являющейся одной из причин внезапной кардиальной смерти при физических нагрузках. Установлено, что выраженность кардиальной дисфункции коррелирует с изменениями уровня КФК-МВ и наличием проявлений окислительного стресса (накоплением в клетках миокарда продуктов перекисного окисления липидов, в частности малонового диальдегида, а в крови – метилгуанидина).
Чувствительным и достаточно ранним тестом в диагностике повреждения миокарда считается определение содержания миоглобина. Однако нужно учитывать, что уровень этого белка в сыворотке крови также повышается при деструкции скелетных мышц, например, при синдроме длительного раздавливания, потому гипермиглобинемия не может считаться абсолютным маркером перенапряжения сердца спортсменов. В клинической практике для диагностики перенапряжения сердца у спортсменов проводят определение изменений активности аспартатаминотрансферазы (АcАТ), общей лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и ее изоферментов. Однако активность АсАТ также повышается при повреждении печени, почек, мышц и приеме алкоголя, а активность ЛДГ в сыворотке крови зависит от ряда факторов (пола, возраста, климата, массы мышц), даже в отсутствие патологии. Безусловно, что неспецифические реакции данных биомаркеров необходимо принимать во внимание при комплексной оценке состояния миокарда у спортсменов.
Считается, что у спортсменов в состоянии относительного покоя большинство биохимических показателей находится в пределах нормальных значений показателей, принятых для здоровых лиц. Физические нагрузки в норме могут вызвать повышение в сыворотке крови только активности КФК, что связано с уменьшением кровоснабжения мышц. Однако опубликованы данные и относительно того, что содержание всех перечисленных выше маркеров в крови может повышаться при интенсивных физических нагрузках (особенно при выполнении нагрузок на выносливость), в связи с чем данные показатели используются в лабораторной диагностике и спортивной медицине для оценки реакции организма спортсмена на физические нагрузки. Повышение содержания или активности этих маркеров в крови не должно непосредственно расцениваться как признак перенапряжения сердца. Это может быть проявлением адаптивных изменений метаболизма тканей сердца при физических нагрузках, а появление в крови кардиоспецифических ферментов и белков, таких, как КФК-МВ и тропонин I, отдельными авторами рассматривается как транзиторная и преходящая реакция на физическую нагрузку.
Доказано, что гиперферментемия покоя у спортсменов – один из первых признаков нарушения клеточной проницаемости и повреждения клеточных мембран. При обследовании спортсменов, которые имели признаки хронического перенапряжения сердца, в сыворотке крови выявлено достоверное (по сравнению со здоровыми спортсменами) повышение общей активности ЛДГ, преимущественно за счет миокардиальных изоферментов. Обнаруженные изменения могут быть свидетельством нарушения целостности плазматических мембран кардиомиоцитов.
Также имеются сведения о повышении уровней КФК-МВ и тропонинов Т и I при сверхинтенсивных физических нагрузках, что является специфическим признаком повреждения миокарда.
В отличие от инфаркта миокарда, при котором рост содержания тропонина и активности КФК-МВ обусловлены гибелью кардиомиоцитов, у спортсменов после длительных физических нагрузок высвобождение миокардиальных ферментов из цитоплазматического бассейна через мембранные везикулы происходит при отсутствии некроза клеток миокарда. Большинство авторов пусковым механизмом высвобождения кардиоспецифических ферментов считают изменения внутриклеточного обмена веществ, внутриклеточной концентрации кальция с активацией протеаз, воздействие свободных радикалов в условиях ишемии, индуцированной физическими нагрузками .
Также показано, что активация протеолитических ферментов при интенсивных физических нагрузках, особенно характерных для этапа непосредственной подготовки к соревнованиям, отображается не только прямыми изменениями активности ферментов протеолиза, но и уровнем транскрипции генов, определяющих активность аутофагоцитоза (повышается на 49–57 %). Одновременно уровень mRNA катепсина L достоверно увеличивается на 23 %, что свидетельствует в пользу ускорения процессов ограниченного протеолиза при участии лизосомальных протеиназ, поступающих в кровеносное русло. Это косвенно подтверждают данные о повышении под влиянием физических нагрузок содержания продуктов незавершенного протеолиза – молекул средней молекулярной массы, которые являются общепринятыми маркерами эндогенной интоксикации.
Накопленные результаты позволяют сделать вывод, что повышение уровня кардиоспецифических маркеров у спортсменов, прежде всего у тех, кто тренируют выносливость (особенно бегуны на длинные дистанции, марафонцы и др.), под влиянием чрезмерных физических нагрузок обусловлены глубокими дистрофическими изменениями в сердечной мышце. Повышенный интерес к этой проблеме связан с тем, что при субмаксимальных физических нагрузках также может отмечаться кратковременный рост содержания в сыворотке крови сердечных тропонинов с последующим возвратом к исходному уровню через 24 ч. В ряде случаев увеличение концентрации тропонина I может наблюдаться и при метаболических кардиомиопатиях у спортсменов. Результаты исследования уровня тропонина в сыворотке крови спортсменов-марафонцев показали, что даже у атлетов с исходными положительными результатами этого показателя уровень тропонина нормализуется в течение 24 ч.
В то же время есть работы, результаты которых свидетельствуют о том, что повышение уровня кардиоспецифических белков в плазме крови спортсменов после интенсивной физической нагрузки коррелирует с выраженностью обратимой кардиальной дисфункции, и, по мнению авторов, может отражать исходные тонкие повреждения миокарда.
Так же имеются результаты свидетельствующие о взаимосвязи нарушений процессов реполяризации у спортсменов с повышением уровня сердечного тропонина в ответ на физическую нагрузку, что, возможно, обусловлено метаболическими нарушениями.
Таким образом можно констатировать, что изменения активности ферментов у спортсменов с хроническим перенапряжением сердца не только свидетельствуют о системных мембранных нарушениях (мембранопатиях), но и служат убедительным доказательством непосредственных биохимических изменений в кардиомиоците. В связи с этим, повышение активности миокардиальных ферментов следует считать биохимическим критерием, который, безусловно, подтверждает наличие перенапряжения ССС у спортсменов. Особенно значимым в этих случаях является увеличение уровня кардиоспецифических ферментов (КФК-МВ) и белков (тропонины Т и I).
Наряду с описанными выше биомаркерами, применяемыми в клинической практике для диагностики инфаркта миокарда, в течение последних 20 лет активно изучается вопрос о возможности оценки риска развития острой и хронической сердечной недостаточности у спортсменов при значительных физических нагрузках с помощью определения уровня в крови натрийуретических пептидов.
Сегодня внимание исследователей сосредоточено на изучении изменений мозгового натрийуретического пептида, поскольку период полураспада двух других типов натрийуретических пептидов не превышает 3 мин, в то время как для мозгового натрийуретического пептида он почти в 7 раз продолжительнее. Установлено, что уровень мозгового натрийуретического пептида и его гормонально-неактивного N-концевого фрагмента у спортсменов повышается прежде всего при состояниях, сопровождающихся нарушением сократительной способности (фракции выброса) левого желудочка, причем такие изменения более характерны для представителей циклических видов спорта.
