Клинико-генетические аспекты формирования «патологического спортивного сердца» у высококвалифицированных спортсменов

Федотова А. Г., Астратенкова И. В., Линде Е. В., Орджоникидзе З. Г., Ахметов И.И.

Вестник спортивной науки (журнал), 6/2009, стр. 32 - 37

Введение

В последнее десятилетие самое пристальное внимание мировой спортивно-медицинской науки было обращено на выявление факторов риска внезапной сердечной смерти у спортсменов (ВСС). Известно, что высококвалифицированные спортсмены имеют выраженные структурно-функциональные изменения сердца, которые связаны с видом спорта, полом, и, возможно, генетическими факторами [4-6,15]. Степень физиологических изменений «спортивного сердца» может быть столь существенной, что ее приходится дифференцировать с патологическими структурными изменениями при кардиомиопатиях [9,12,16-18]. К сожалению, печальные факты зарубежной статистики подтверждают недостаточную изученность вопросов «нормы» и «патологии» в спорте [16-18]. В ряде известных популяционных исследований наглядно показано, что смертность от сердечно-сосудистых заболеваний среди спортсменов от 12 до 35 лет в 2,5 раза превышает данный показатель для лиц, не занимающихся спортом [18]. К числу наиболее частых причин ВСС большинство зарубежных авторов относят гипертрофическую кардиомиопатию (60%), аномалии строения коронарных артерий (25%) и миокардиты (10%) [18].

В настоящее время для изучения границ индивидуальной адаптации к физическим нагрузкам используются современные молекулярно-генетические технологии. Уже найдено более 130 наследственных детерминант успешности в проявлении целого ряда физических качеств, комбинации которых дают возможность индивидуализировать физические нагрузки в большинстве видов спорта [8]. С другой стороны, отмечена ассоциация некоторых из «спортивных» генетических полиморфизмов (АСЕ, PPARA, PPARD и NFATC4) с рядом заболеваний, таких, как гипертоническая и ишемическая болезнь сердца, аритмии, сахарный диабет 2-го типа и ожирение [1, 2, 7, 15]. Возможно, специфические комбинации этих генетических факторов не только влияют на рост спортивных показателей, но и под воздействием спортивных перегрузок способствуют патологической трансформации спортивного сердца.

Таким образом, целью нашего многоэтапного исследования было изучение влияния наследственных факторов, связанных с физической активностью (полиморфизмов генов АСЕ, PPARA, PPARD и NFATC4) на морфофункциональные характеристики сердечнососудистой системы высококвалифицированных спортсменов.

Экспериментальная часть

В исследовании приняли участие 68 спортсменов (37 мужчин и 31 женщина) в возрасте от 20 до 25 лет, специализирующихся в академической гребле (n = 48) и конькобежном многоборье (n = 20). Все спортсмены являлись членами или ближайшим резервом олимпийских сборных команд России по академической гребле и конькобежному многоборью и имели высокие спортивные разряды: МС (n=56), МСМК (n=7), ЗМС (n=5). Контрольная группа для сравнения результатов генетического тестирования состояла из 1073 человек (без стажа занятий спортом), жителей Санкт-Петербурга, Москвы и Набережных Челнов (женщины 18±0,1 лет, n = 585; мужчины 18,6±1,1 лет, n = 488).

Электрокардиографическое (ЭКГ) исследование в покое проводилось с использованием цифрового электрокардиографа «Альтон» (Россия) по общепринятой методике, включающей анализ 12 стандартных отведений. Эхокардиографическая (Эхо-кг) оценка морфофункциональных характеристик миокарда спортсменов проводилась на ультразвуковом сканере Aloka-3500 фазированным датчиком с частотой импульсации 3,5 МГц. Миокард, клапаны и подклапанные структуры изучали в M- и B-режимах. Основные измерения проводились в М-режиме на изображении длинной оси левого желудочка (ЛЖ), полученном при стандартном парастернальном положении датчика. Определяли толщину межжелудочковой перегородки в диастолу, толщину задней стенки ЛЖ в диастолу, конечно-диастолический размер ЛЖ, конечно-систолический размер ЛЖ, конечно-диастолический объем ЛЖ, конечно-систолический объем ЛЖ, массу миокарда ЛЖ (ММЛЖ, г) и индекс ММЛЖ (ИММЛЖ, г/м2).

Определение максимального потребления кислорода у гребцов в тесте с нарастающей нагрузкой производили на механическом гребном эргометре PM 3 (Concept II, США). Определение максимального потребления кислорода (МПК, л/мин либо мл/мин/кг) у конькобежцев в тесте с нарастающей нагрузкой производили на велоэргометре. Во время теста постоянно регистрировали показатели газообмена и частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин) (газоанализатор MetaMax 3B, Cortex, Германия). Содержание лактата определяли электрохимическим методом (Super GL easy, Dr. Mueller, Германия); капиллярную кровь (20 мкл) брали из пальца после каждой ступени и сразу же после окончания работы (La , ммоль/л).

Выделение ДНК: для молекулярно-генетического анализа использовали образцы ДНК испытуемых, выделенных сорбентным методом либо методом щелочной экстракции в зависимости от способа забора биологического материала [1].

Генотипирование: Полиморфизмы генов ACE, NFATC4, PPARA и PPARD определяли с помощью полимеразной цепной реакции и последующего рестриктного анализа по методикам, описанным ранее [1, 2, 4, 7].

Статистическая обработка данных была выполнена с применением компьютерной программы «GraphPad InStat». Определяли: средние значения (M), стандартную ошибку (±SEM) и среднее квадратическое отклонение (s). Значимость различий в частоте аллелей между сравниваемыми выборками определяли с использованием критерия хи-квадрат. Сравнение групп по количественному признаку (эхокардиографические и физиологические показатели) проводили с помощью непарного теста. Различия считались статистически значимыми при p<0,05.

В статье использовали следующие сокращения: IVSD (см) - толщина межжелудочковой перегородки в диастолу; LVIDd (см) - внутренний диаметр левого желудочка (ЛЖ) в диастолу; LVPWd (см) - толщина задней стенки ЛЖ; LVIDs (см) - внутренний диаметр ЛЖ в систолу; VO2/^ - отношение максимального потребления кислорода к весу спортсмена.

Результаты и их обсуждение

Нормальные ЭКГ имели 48% обследуемых спортсменов; незначительные изменения в виде миграций суправентрикулярного водителя ритма (СВВР) предсердного ритма и единичных предсердных экстрасистол выявлены у 42%. ЭКГ-признаки гипертрофии левого желудочка имели 5 (7%) спортсменов, синдром Вольфа - Паркинсона - Уайта (WPW) был выявлен у 3 (3%) обследуемых. При эхокардиографическом обследовании 17 (25%) спортсменов (5 мужчин и 12 женщин) имели толщину ЗСЛЖ и МЖП до 12,0 мм и КДД от 45 до 55,0 мм, что принято расценивать как вариант «физиологического спортивного сердца»; 51 (75%) спортсмен (31 мужчина и 20 женщин) имели гипертрофию ЗСЛЖ и МЖП от 12 до 17 мм и КДД от 41 до 58 мм.

Основное внимание в нашем исследовании уделялось изучению функциональных характеристик физиологического и патологического спортивного сердца. Как было сказано выше, главной особенностью спортивного сердца является наличие физиологической гипертрофии миокарда, которая, по мнению ведущих спортивных кардиологов, не должна превышать 12 мм [16-18]. Другой не менее важной характеристикой физиологического спортивного сердца является незначительное увеличение КДД левого желудочка (до 55 мм), но не превышающее критического значения, равного 60 мм. В нашем исследовании физиологическое (до 12 мм) увеличение толщины ЗСЛЖ было обнаружено лишь у 25% спортсменов. 75% имели увеличение ЗСЛЖ от 12 до 17 мм. Ни у одного из обследуемых спортсменов мы не обнаружили увеличение КДД, превышающее критический уровень, равный 60 мм. При сравнении результатов электро- и эхо-кардиографических исследований мы обратили внимание на то, что при электрокардиографическом анализе признаки гипертрофии правого и левого желудочка были выявлены лишь у 5 спортсменов, что вступает в противоречие с результатами эхокардиографического обследования, подтвердившего наличие значительного (более 12,0 мм) увеличения толщины ЗСЛЖ и МЖП у 51 спортсмена. Такое несоответствие можно объяснить тем, что, согласно большинству исследований, формирование физиологического «спортивного сердца» сопровождается гипертрофией как левых, так и правых его отделов. Симметричность гипертрофических изменений, как правило, приводит к отсутствию на ЭКГ клинически значимых изменений и формированию практически нормальной ЭКГ [17, 19]. Наличие электрокардиографических признаков гипертрофии миокарда у спортсменов при отсутствии у них эхокардиографически подтвержденной асимметричной гипертрофии может свидетельствовать о доморфологическом вовлечении в процесс либо правого, либо левого отделов сердца и являться предиктором формирования патологического спортивного сердца у спортсменов [17, 18]. В нашем случае подгруппа с электрокардиографическими признаками гипертрофии миокарда состояла исключительно из мужчин, имеющих высокий спортивный разряд (3 - МСМК и 2 - ЗМС) и входящих в состав сборных России по гребле (4) и конькобежному спорту (1).

Таким образом, в процессе функционального обследования нами были выявлены 5 групп спортсменов: 2 подгруппы (мужчины и женщины) с ЗСЛЖ до 12 мм, 2 подгруппы (мужчины и женщины) с гипертрофией ЗСЛЖ более 12 мм и 1 подгруппа (мужчины) с ЭКГ-признаками гипертрофии ЗСЛЖ. Характеристика вышеназванных подгрупп и результаты их клинического обследования представлены в табл. 1 и 2.

Характеристика подгрупп сравнения по виду спорта, квалификации, возрасту и данным антропометрии

Результаты эхокардиографического и эргоспирометрического обследования спортсменов 5 подгрупп

Анализ результатов генетического исследования выявил у высококвалифицированных спортсменов значимые различия в распределении двух из четырех исследуемых полиморфизмов: I/D полиморфизма гена АСЕ и Gly160Ala полиморфизма гена NFATC4. Как у женщин, так и у мужчин частота аллеля I (ACE) была выше в подгруппе с гипертрофией миокарда левого желудочка более 12 мм. Анализ распределения Gly160Ala полиморфизма гена NFATC4 выявил значимо более высокую частоту аллеля Ala у мужчин в подгруппе с гипертрофией по сравнению как с подгруппой без гипертрофии миокарда, так и с контролем (табл. 3 и 4).

Сравнение распределения частот аллелей генов ACE, PPARA, PPARD и NFATC4 у женщин с гипертрофией миокарда более 12 мм, без нее и в контрольной группе

*P < 0,05 (различия между подгруппами и контролем).

Сравнение распределения частот аллелей генов ACE, PPARA, PPARD и NFATC4 у мужчин с гипертрофией миокарда более 12 мм, с признаками асимметричной гипертрофии на ЭКГ, без нее и в контрольной группе

*P < 0,05 (различия между подгруппами и контролем).

Эта ситуация подтверждает мнение ряда авторов об особой роли вышеназванных генов в ремоделировании миокарда под влиянием функционального стресса [4-6,11,14,15]. Известно, что гипертрофия миокарда характеризуется существенным изменением генетической экспрессии в кардиомиоцитах [14]. Как показывают исследования, функциональный стресс потенцирует экспрессию многих генетических программ, среди которых наиболее важное значение имеют гены ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС) и гены сигнального пути кальциневрина. Существует мнение, что в генезе как физиологического, так и патологического ремоделирования миокарда у спортсменов важную роль играет перестройка гормональной регуляции по типу стресс-реакции с повышением активности ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС) [10]. Развивающийся при этом гемодинамический стресс, вызванный гиперактивацией РААС, способствует пролиферации соединительнотканных элементов миокарда (коллагена I типа) с последующим снижением его эластичности, приводящим к неэффективной гипертрофии и патологической дилатации «спортивного сердца» со снижением его функциональной активности. В исследовании нами получена достоверная корреляция (г = 0,62) I аллеля гена АСЕ с конечно-диастолическим диаметром полости левого желудочка, что подтверждает данные о возможном влиянии гена АСЕ на процессы ремоделирования миокарда, в том числе и у спортсменов. С другой стороны, выявленные нами более высокое процентное содержание Ala аллеля гена NFATC4 у спортсменов с гипертрофией миокарда ЗСЛЖ более 12 мм, а также статистически достоверная его корреляция (г = 0,65) с толщиной ЗСЛЖ позволяет предположить участие Ala (NFATC4) в развитии гипертрофии миокарда левого желудочка у спортсменов. Наши результаты согласуются с мнением современных исследователей о том, что специфическая активация кальциневрина и его нисходящего эффектора NFATC4 является достаточным фактором для индукции развития гипертрофического ответа у млекопитающих [2, 14]. К генам-мишеням транскрипционных факторов семейства NFAT относят гены интерлейкинов-1, -4, -5 (IL1, IL4, IL5; иммунный ответ), фактор некроза опухоли альфа (TNF; иммунный ответ), ген натрийуретических факторов (ANF, BNF; гипертрофический ответ миокарда), ген инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1; рост и регенерация скелетных мышц) и другие [2]. Как показано в исследованиях Molkentin с соавт. [13], в ответ на действие факторов роста кардиомиоциты увеличивают уровень цитоплазматического Ca2+, активирующего кальциневрин кальмодулинзависимую протеиновую фосфатазу - кальциневрин. Он, в свою очередь, активирует цитоплазматический фактор NFATC4, который путем его транслокации в ядро приводит к активации транскрипции различных структурных и регуляторных генов, в том числе и генов цитоки-нов ФНО-а и IL-1, 4, 5. Выявленная ранее взаимосвязь гена NFATC4 с физической активностью [2], а также полученная в исследовании значимо более высокая частота Ala аллеля NFATC4 у высококвалифицированных спортсменов с гипертрофией миокарда более 12 мм и значимая корреляция этого аллеля с толщиной ЗСЛЖ и инверсией Т подтверждают данное предположение.

Особое внимание в нашей работе было уделено анализу причин появления выраженных ЭКГ-изменений у 5 высококвалифицированных спортсменов с подтвержденной симметричной гипертрофией миокарда. В процессе интерпретации результатов исследования мы учитывали мнение ведущих зарубежных кардиологов, считающих, что физиологическими изменениями у спортсменов является только умеренная симметричная гипертрофия как правого, так и левого отделов сердца [18]. Наличие электрокардиографических признаков гипертрофии миокарда у спортсменов при отсутствии у них эхокардиографически подтвержденной асимметричной гипертрофии свидетельствует о доморфологическом вовлечении в процесс либо правого, либо левого отделов сердца и может являться предиктором формирования патологического спортивного сердца [16-18]. Сравнение антропометрических показателей и структурно-функциональных характеристик сердечно-сосудистой системы этих спортсменов с аналогичными данными спортсменов с гипертрофией миокарда, но без ЭКГ-изменений значимых различий между подгруппами не выявило (т.е группы по этим показателям значимо не различались). Однако при анализе распределения генотипов была выявлена значимо более высокая частота NFATC4 Ala аллеля в этой подгруппе (табл. 5).

Сравнение распределения частот аллелей генов ACE, PPARA, PPARD и NFATC4 у мужчин с инверсией зубца Т на ЭКГ (n = 5) и без нее (n = 26)

 0,07