Як біг на довгі дистанції впливає на серце бігуна
Ця стаття не дає відповіді на запитання, на кшталт «а як мені пробігти марафон з 3 годин», «як мені покращити рекорд Western States 100», «як треба тренуватися», «у якому взутті мені бігати», «чи корисно бігати босоніж», «чи потрібно взагалі бігати».
Хочу нагадати, що жодні більш-менш серйозні заняття спортом не дають індульгенції на регулярне поїдання тонн майонезу, кількох відер картоплі в McDonalds, кілограмів солодощів за тиждень, чарочки за вечерею та цигарки на свята, мотивуючи це тим, що «я заслужив, вибігаю завтра».
При проблемах із серцем треба звертатися до лікаря, а не до інтернету чи бабці-цілительки. Список використаної літератури наведено наприкінці матеріалу.
Прискорений курс біології, фізіології та трошки анатомії
Максимально просто і коротко нагадаю шановному читачеві, що серце — це порожнистий м’язовий орган, який умовно поділяється на праве та ліве серце. Кожна така «половина» складається з передсердя та шлуночка (разом, у нас два передсердя та два шлуночки). Основна функція серця — доставка кисню у вигляді гемоглобіну (що міститься в еритроцитах) та поживних речовин до органів та тканин, а також видалення продуктів обміну (вуглекислий газ, продукти розпаду клітин тощо).
Передсердя виконує роль своєрідного провідника для крові, допомагаючи заповнювати шлуночок. Заповнений шлуночок є основною камерою, що викидає кров у систему кровообігу. Правий шлуночок викидає кров у мале коло кровообігу (воно міститься в легенях, там кров збагачується киснем, а «відходи виробництва» у вигляді вуглекислого газу видаляються), а велике коло кровообігу отримує кров, що викидається лівим шлуночком, який і є головним «двигуном» серця, саме на нього пильно дивляться люди, які займаються спортивною фізіологією.
Трохи історії
Серце атлета досліджується багато десятиліть. Найбільш ранні роботи з вивчення роботи серця під час занять спортом документовані кінцем 18, початком 19 століття, коли дослідники стали відзначати зміну розмірів серця і виникнення порушень ритму у атлетів, які регулярно тренуються, не супроводжуються, втім, погіршенням функції серцево-судинної системи.
У 1899 році, шведський вчений Henschen опублікував роботу, описавши зміни зі сторони серця в елітних норвезьких лижників (1). Подібні зміни були відзначені Eugene Darling у веслярів з Гарвардського університету (2). На початку 1900-х років, Paul Dudley White був першим, хто описав брадикардію (низький пульс) у спокої у бігунів на довгі дистанції, вивчаючи частоту та зміни пульсу в учасників Бостонського марафону (3).
Впровадження у практику лікаря рентгенографії підтвердило знахідки Henschen та Darling, продемонструвавши глобальне збільшення розмірів серця у тренованих атлетів (4, 5). Поява електрокардіографії (ЕКГ), а пізніше і двовимірної ехокардіографії (ЕХО-КГ) слугувало подальшим поштовхом до вивчення змін серця у атлетів. Опис порушень ритму, змін камер і стінок серця, клапанів, великих судин — це призвело до глибшого розуміння фізіологічної адаптації серцево-судинної системи, що розвивається під впливом бігу.
На початку 20 століття було зібрано значний матеріал, який показав сприятливий характер змін серця під впливом фізичних навантажень. Однак у 1902 році було зроблено висновок, що тривале «перебування у спорті» призводить до передчасного колапсу серцево-судинної системи, а зміни серцево-судинної системи в атлетів, набувають форми «патології від надмірного використання» (6). Ця концепція, що отримала назву «серце атлета», неодноразово переглядалася за останні 113 років, а прямого підтвердження їй досі не знайдено. У цьому контексті досить важливим є дослідження, проведене на 114 італійських атлетах рівня Олімпійської збірної. Робота не показала погіршення функції лівого шлуночка чи наростання кількості небажаних порушень із боку серцево-судинної системи впродовж тривалого (5-11 років) періоду інтенсивних занять спортом (7).
І хоча суперечки щодо користі зміни функції серця у спортсменів продовжуються досі, більшість дослідників сходяться на думці, що всі зміни з боку серцево-судинної системи є варіантом природної адаптації, а не патологією.
Фізіологічні зміни серця, пов’язані з бігом
Для допитливих читачів доступні кілька чудових робіт, присвячених детальному розбору спортивної фізіології (8, 9, 10), тому в цьому розділі будуть представлені лише загальні зміни зі сторони серця.
Під час занять бігом створюється прямий зв’язок між інтенсивністю роботи (зовнішньою роботою) та потребою організму в кисні. Ця потреба реалізується за рахунок збільшення захоплення кисню легенями (показник VO2).
Серцево-судинна система відповідальна за транспорт багатої на кисень крові з легень до скелетної мускулатури та інших тканин та внутрішніх органів. Цей процес забезпечується серцевим викидом (кількість крові, що викидається шлуночком за одну хвилину, в нормі 4-8 л/хв). Формула для розрахунку серцевого викиду виглядає досить просто — ЧСС (частота серцевих скорочень, у нормальної людини це 60-100 уд/хв) помножити на УО (ударний об’єм, або об’єм крові, що викидається шлуночком за одне скорочення, зазвичай 60-100 мл/уд).
Попри простоту, на кожен з показників у цьому рівнянні впливає величезна кількість факторів, а сам серцевий викид здатний легко збільшуватися в 5-6 разів при інтенсивних фізичних навантаженнях. Наприклад, Miguel Indurain, чи «Великий Міг», п’ятиразовий переможець легендарної велогонки «Тур де Франс» мав у спокої ЧСС 28 уд/хв. При навантаженні ЧСС та СВ спортсмена підвищувалися відповідно до 220 уд/хв та 50 л/хв!
Частота серцевих скорочень у спортсменів змінюється в широкому діапазоні: від менше 40 уд/хв у спокої до понад 200 уд/хв у молодих, добре тренованих спортсменів. Саме підвищення ЧСС сприяє збільшенню серцевого викиду за фізичних навантажень.
Максимальна частота пульсу природно варіюється у різних людей, проте неухильно знижується з віком, і не підвищується за допомогою тренувань (11, 12). Загалом, ЧСС у спокої знижуватиметься приблизно на 5-25 ударів за хвилину під час занять будь-яким спортом. Природа цього феномена до кінця не з’ясована, але швидше за все зниження ЧСС є результатом складних взаємодій нервової системи та хімічних речовин, що регулюють швидкість скорочення серця та тонусу судин.
При зниженні частоти серцевих скорочень у спокої залишається більше часу на заповнення серця. При збільшенні об’єму і маси шлуночків, що викидають кров, відбувається поліпшення доставки кисню і поживних речовин як до органів і тканин, так і до серцевого м’яза — міокарда. Все це робить міокард більш ефективним і дозволяє йому підтримувати наші потреби навіть у непростих бігових ситуаціях (привіт, ультрамарафонці!).
На противагу цьому, ударний об’єм (обсяг крові, що викидається шлуночком за одне скорочення) може досить суттєво збільшуватися як у стані спокою, так і за фізичного навантаження, за умови регулярних і тривалих занять спортом. Збільшення камер серця, а також набута здатність до збільшення ударного об’єму є результатом тренувань на витривалість. На жаль, нині невідомо, який із багатьох чинників, що впливають ударний об’єм, відіграє провідну роль у його збільшенні.
Перебудова серцево-судинної системи, зокрема зміна серцевого викиду та тонусу судин, залежать від виду спорту, які умовно можна поділити на дві категорії (за видами домінуючої активності):
Ізотонічні види спорту, де, перш за все, відбувається розвиток витривалості (динамічний спорт) — сюди відносяться біг на довгі дистанції, велосипед, веслування, плавання. Цей вид характеризується високою руховою активністю та мінімальною силовою. Основні зміни з боку серця — підвищення ЧСС та ударного об’єму, тоді як тонус судин падає, але загалом у атлетів відзначається невелике підвищення артеріального тиску. Навантаження серця здійснюється переважно об’ємом крові.
Ізометричні види спорту, або тренування сили, характеризуються насамперед підвищенням судинного тонусу та нормальним чи трохи підвищеним серцевим викидом. До цих видів спорту можна зарахувати важку атлетику, легка атлетика зі штовханням або метанням снарядів та американський футбол.
Комбінація ізотонічного та ізометричного спорту зустрічається, наприклад, у хокеї, баскетболі, футболі для того, щоб почали розвиватися вищезазначені зміни (незалежно, чи займаєтесь ви ізотонічним або ізометричним видом спорту) необхідно займатися регулярно.
Як часто та як багато? На малюнку 2 видно, що при загальному фізичному навантаженні понад 3 години на тиждень починають з’являтися основні зміни в роботі серця та судин — знижується частота серцевих скорочень, збільшується аеробне навантаження та маса лівого шлуночка (13). І хоча рідко буває так, що спортсмен займається видом спорту, який потрапляє в якусь одну категорію, біг на довгі дистанції можна вважати ідеальним прикладом динамічної активності.
Лівий шлуночок (ЛШ) можна назвати «робочою конячкою» серця, оскільки саме він виконує основну роботу з викидання крові у велике коло кровообігу, звідки вона розподіляється по органах та тканинах. І саме лівий шлуночок швидше реагує на підвищення фізичної активності, змінюючись і підлаштовуючись до потреб свого власника.
Довгий час вважалося, що основна зміна ЛШ, що відбувається під впливом бігу на довгі дистанції — це його дилатація, або розширення, тоді як збільшення його маси або гіпертрофія не виражена сильно. Однак публікації, що з’явилися останнім часом, говорять про те, що біг на довгі дистанції призводить до збільшення маси лівого шлуночка, його гіпертрофії. Порівняно зі здоровими добровольцями, у бігунів маса лівого шлуночка була більшою приблизно на 12%.
На малюнку 3 видно збільшення товщини стінки ЛШ як у чоловіків (чорні стовпці), і у жінок-спортсменок (білі стовпці) (16).
На малюнку 4 показано збільшення розмірів лівого шлуночка залежно від виду спорту (білий стовпець — вплив на розмір камери ЛШ, чорний стовпець — вплив на товщину стінки ЛШ), звідки видно, що біг на довгі дистанції призводить як до збільшення товщини ЛШ (гіпертрофія), та і до збільшення розміру камери (дилатація) (17).
Можливою причиною вищезгаданих змін є той факт, що біг на довгі дистанції «обростає» низкою додаткових активностей, які отримали загальну назву «крос-тренінг» (14, 15).
Регулярний тренувальний стрес викликає зміни не лише лівого шлуночка. Для прийому та викиду великих об’ємів крові необхідно, щоб і правий шлуночок (ПШ) зазнав змін, що й було підтверджено низкою досліджень. Низка робіт з використанням ехокардіографії та магнітно-резонансної томографії підтвердив, що під впливом регулярних тренувань на витривалість відбувається збільшення як ЛШ, так і ПШ (18, 19).
Подальші дослідження атлетів, тренування яких скеровані на підвищення витривалості, виявили потовщення (гіпертрофія) стінки ПШ під час регулярних навантажень (20).
Аорта, як найбільша артерія організму, зазнає величезного навантаження під час тренування. Природа цього навантаження залежить від виду спорту, при тренуваннях на витривалість аорта розтягується переважно великим обсягом крові, тоді як тиск підвищується не сильно. Вочевидь, що такі навантаження призведуть до змін аорти, що було підтверджено у низці досліджень (21, 22). Збільшення розмірів аорти, клапанів та інших структур, пов’язаних з цією артерією — ось основні знахідки у атлетів, що тренуються на витривалість.
Зміни, що відбуваються в серцево-судинній системі у атлетів, подібні як у чоловіків, так і у жінок. Однак існуючі дані свідчать, що у жінок ці зміни виражені менше, ніж у чоловіків.
Швидше за все, це пов’язано з меншою площею тіла у жінок, хоча чітко пояснити цей феномен поки що не можуть (23, 24). Расова приналежність теж відіграє роль вираженості змін серцево-судинної системи. Доведено, що у темношкірих атлетів товщина стінки ЛШ виражена сильніше (25).
Список використаної літератури:
1. Henschen S. Skidlauf und skidwettlauf: eine medizinische sportstudie. Mitt Med Klin Upsala. 1899;
2. Darling EA. The effects of training: a study of the Harvard University crews. Boston Med Surg J. 1899;161:229–233.
3. White PD. The pulse after a marathon race. JAMA. 1918;71:1047–1048.
4. Roskamm H, Reindell H, Musshoff K, Koenig K. Relations between heart size and physical efficiency in male and female athletes in comparison with normal male and female subjects. Arch Kreislaufforsch. 1961;35:67–102.
5. Bulychev VV, Khmelevskii VA, Rutman l. Roentgenological and instrumental examination of the heart in athletes. Klin Med. 1965;43:108–114.
6. Moritz F. Uber orthodiagraphische untersuchungen am herzen. Med Wochenschr. 1902;49.
7. Pelliccia A, Kinoshita N, Pisicchio C, Quattrini F, Dipaolo FM, Ciardo R, Di Giacinto B, Guerra E, De Blasiis E, Casasco M, Culasso F, Maron BJ. Long-term clinical consequences of intense, uninterrupted endurance training in Olympic athletes. J Am Coll Cardiol. 2010;55: 1619–1625.
8. Thompson PD. Exercise prescription and proscription for patients with coronary artery disease. Circulation. 2005;112:2354–2363.
9. Rowell LB. Human Circulation: Regulation During Physical Stress. New York, NY: Oxford University Press; 1986.
10. Levine BD. Exercise and Sports Cardiology. New York, NY: McGraw Hill; 2001.
11. Jose AD, Collison D. The normal range and determinants of the intrinsicheart rate in man. Cardiovasc Res. 1970;4:160–167.
12. Uusitalo AL, Uusitalo AJ, Rusko HK. Exhaustive endurance training for 6–9 weeks did not induce changes in intrinsic heart rate and cardiac autonomic modulation in female athletes. Int J Sports Med. 1998;19: 532–540.
13. Fagard R, Aubert A, Staessen J, et al. Cardiac structure and function in cyclists and runners. Comparative echocardiographic study. Br Heart J 1984;52:124–9.
14. Fagard RH. Athlete’s heart: a meta-analysis of the echocardiographic experience. Int J Sports Med 1996;17(suppl 3):S140–4.
15. Fagard RH. Impact of different sports and training on cardiac structure and function. Cardiology Clinics 1997;15:397–412.
16. Pelliccia A, Maron BJ, Spataro A, Proschan MA, Spirito P. The upper limit of physiologic cardiac hypertrophy in highly trained elite athletes. N Engl J Med. 1991;324:295–301.
17. Milliken MC, Stray-Gundersen J, Peshock RM, Katz J, Mitchell JH. Left ventricular mass as determined by magnetic resonance imaging in male endurance athletes. Am J Cardiol. 1988;62:301–305.
18. Hauser AM, Dressendorfer RH, Vos M, Hashimoto T, Gordon S, Timmis GC. Symmetric cardiac enlargement in highly trained endurance athletes: a two-dimensional echocardiographic study. Am Heart J. 1985; 109:1038–1044.
19. Scharhag J, Schneider G, Urhausen A, Rochette V, Kramann B, Kindermann W. Athlete’s heart: right and left ventricular mass and function in male endurance athletes and untrained individuals determined by magnetic resonance imaging. J Am Coll Cardiol. 2002;40:1856–1863.
20. Henriksen E, Landelius J, Wesslen L, Arnell H, Nystrom-Rosander C, Kangro T, Jonason T, Rolf C, Lidell C, Hammarstrom E, Ringqvist I, Friman G. Echocardiographic right and left ventricular measurements in male elite endurance athletes. Eur Heart J. 1996;17:1121–1128.
21. Babaee Bigi MA, Aslani A. Aortic root size and prevalence of aortic regurgitation in elite strength trained athletes. Am J Cardiol. 2007;100: 528–530.
22. D’Andrea A, Cocchia R, Riegler L, Scarafile R, Salerno G, Gravino R, Vriz O, Citro R, Limongelli G, Di Salvo G, Cuomo S, Caso P, Russo MG, Calabro R, Bossone E. Aortic root dimensions in elite athletes. Am J Cardiol. 2010;105:1629–1634.
23. Pelliccia A, Maron BJ, Culasso F, Spataro A, Caselli G. Athlete’s heart in women: echocardiographic characterization of highly trained elite female athletes. JAMA. 1996;276:211–215.
24. George KP, Wolfe LA, Burggraf GW, Norman R. Electrocardiographic and echocardiographic characteristics of female athletes. Med Sci Sports Exerc. 1995;27:1362–1370.
25. Basavarajaiah S, Boraita A, Whyte G, Wilson M, Carby L, Shah A, Sharma S. Ethnic differences in left ventricular remodeling in highlytrained athletes: relevance to differentiating physiologic left ventricular hypertrophy from hypertrophic cardiomyopathy. J Am Coll Cardiol. 2008;51:2256–2262.
Автор: Євген Суборов (оригінал статті)
Переклад українською: Наталя Сколоздра
Фотографії: time.com, runmerigrun.blogspot.com, rankingz.com.
