Профилактика сердечно-сосудистых заболеваний посредством физической активности и тренировок: нагрузка как лекарство
За последние 50 лет, прошедшие со времен новаторской работы проф. J. Morris и соавт. [1], многочисленные проспективные эпидемиологические исследования неизменно показывали обратную зависимость между физической активностью и ишемической болезнью сердца (ИБС). Доказательства роли физической активности и тренировок в предотвращении ИБС неоспоримы [2]. Физическая активность во время отдыха связана с 30—50% снижением риска развития ИБС, причем взаимосвязь эта дозозависимая [3]. Рандомизированные исследования показали, что физическая активность воздействует на такие факторы риска развития атеросклероза, как ожирение, инсулинорезистентность, артериальное давление (АД) и липидный состав крови [4]. Малоподвижный образ жизни сейчас считается одним из главных факторов риска развития ИБС. По мере увеличения в большинстве стран распространенности ожирения и малоподвижного образа жизни на повестке дня в большинстве правительственных инициатив по охране здоровья уже многие годы стоит продвижение физической активности [5, 6]. В этой статье рассматриваются сердечно-сосудистые эффекты физической активности и тренировок и их влияние на состояние сердечно-сосудистой системы (ССС) и смертность.
Физическая активность — любые производимые скелетными мышцами движения тела, которые приводят к расходу энергии больше, чем в покое.
Тренировка (упражнение) — один из видов физической активности, который спланирован, структурирован, повторяем и направлен на улучшение или поддержание физической формы.
Физическая форма (тренированность) включает кардиореспираторную выносливость, мышечную силу, состав тела и гибкость и подразумевает набор качеств, которые люди имеют или добиваются и которые относятся к способности заниматься физической активностью. При определении количества физической активности или упражнений существует важная взаимосвязь между общей дозой активности и интенсивностью, с которой активность осуществляется.
Доза относится к общему количеству энергии, затраченной при физической активности, в то время как интенсивность отражает степень энерготрат во время такой активности. Интенсивность может быть определена в абсолютном или относительном выражении. Абсолютная интенсивность отражает степень энерготрат во время упражнения и обычно выражается в метаболических эквивалентах, или MET, где 1 MET равен обмену веществ в покое ~ 3,5 мл O2 · кг-1 · мин-1. Относительная интенсивность относится к проценту аэробной мощности, утилизируемой во время упражнений, и выражается в процентах от максимальной частоты сердечных сокращений или в процентах от VO2max. Активность умеренной интенсивности — это та, которая выполняется при относительной интенсивности 40—60% VO2max (или абсолютной интенсивности в 4—6 METs). Активность высокой интенсивности — это та, которая выполняется при относительной интенсивности >60% VO2max (или абсолютной интенсивности >6 METs).
За прошедшие несколько десятилетий в многочисленных крупных когортных исследованиях пытались количественно определить защитное влияние физической активности на сердечно-сосудистую смертность и общую летальность. Чтобы определить риск, связанный с сидячим образом жизни и у мужчин, и у женщин, в этих больших когортных исследованиях использовали субъективную оценку физической активности, объективную оценку физической тренированности, учитывали повседневную активность и систематические тренировки. Первые научные доказательства, касающиеся благоприятного воздействия физического труда, опубликованы J. Morris [1] в 1953 г. Он изучал частоту развития ИБС у мужчин, работающих на лондонских автобусах. Автор четко показал, что у кондукторов среднего возраста заболеваемость ИБС была меньше, чем у ровесников среди малоподвижных водителей. В 1975 г. R. Paffenbarger и соавт. [7] выявили похожую взаимосвязь между трудовой деятельностью и смертностью от ИБС у докеров по сравнению с офисными работниками. Значимая связь между физической активностью во время отдыха и смертностью показана в финском когортном исследовании близнецов (Finnish Twin Cohort Study) [8]. В нем изучалась взаимосвязь физической активности во время отдыха и смертности в отношении к семейным здоровым привычкам, приобретенным в детстве, и факторам, которые могут позволить некоторым достичь более высокого уровня тренированности. Отношение риска (ОР) смерти, нормализованное по возрасту и полу, составило 0,71 (при 95% доверительном интервале — ДИ от 0,6 до 0,81) для иногда тренирующихся и 0,57 (при 95% ДИ от 0,45 до 0,74) для постоянно тренирующихся по сравнению с теми, кто вел малоподвижный образ жизни. Благоприятный эффект физической активности сохранялся после учета других факторов риска смерти. Главный результат исследования заключается в том, что физическая активность во время отдыха связана со снижением смертности, даже после учета наследственных и других семейных факторов.
В дальнейшем исследования, проведенные в группе из более 1000 человек, четко показали, что чем выше уровень физической тренированности, тем меньше вероятность преждевременной смерти от сердечно-сосудистого заболевания (ССЗ) [9]. J. Myers и соавт. [10] наблюдали 6213 мужчин, направленных на тредмил-тест по клиническим показаниям, в течение 6,2±3,7 года. Обследуемые были разделены на 2 группы: у 3679 нагрузочная проба была положительная и/или в анамнезе имелась ИБС, а у 2534 — нормальная нагрузочная проба, в анамнезе указаний на ИБС не было. Оцениваемым исходом была смерть от любых причин. После поправки на возраст максимальная переносимость физических нагрузок, измеренная в метаболических эквивалентах, была самым значимым прогностическим фактором риска смерти как у здоровых лиц, так и у лиц с заболеванием ССС (см. рисунок).
Абсолютная максимальная переносимость физических нагрузок была более значимым прогностическим фактором риска смерти, чем достигнутый процент нагрузки от возрастной нормы. Прогностическая способность переносимости нагрузок не зависела от факта приема β-адреноблокаторов. Увеличение переносимости нагрузок на каждый 1 MET реализовывалось в повышение выживаемости на 12%.
Необходимо отметить, что переносимость физических нагрузок для мужчин оказалась более мощным прогностическим фактором, чем любые другие факторы риска развития ИБС. В наиболее крупном и важном метаанализе исследований физической активности и состояния ССС показано, что защитный эффект физической активности реализуется в широких возрастных рамках независимо от возраста, пола и расовой/этнической принадлежности и приводит к среднему снижению смертности примерно на 30% [11]. На основании этих исследований все главные сердечно-сосудистые профессиональные общества во всем мире сделали физическую активность (по крайней мере, 30 мин аэробной нагрузки умеренной интенсивности 7 дней в неделю, минимум 5 дней) частью своих методических указаний по профилактике ССЗ (I класс рекомендаций).
Научные данные четко свидетельствуют о том, что физическая активность имеет выраженное благоприятное воздействие не только на переносимость физических нагрузок, поведение и качество жизни, но также и на обмен веществ, состав тела, рост коллатеральных сосудов и мобилизацию эндотелиальных клеток-предшественников. Положительное и защитное действие тренировок на ССС опосредуется, главным образом, через эндотелий, вегетативную нервную систему (ВНС), систему свертывания крови, а также через противовоспалительное действие.
Один из самых важных эффектов регулярных физических нагрузок на молекулярном уровне — абсолютное увеличение концентрации в сосудистой стенке оксида азота (NO). Оксид азота отвечает за вазодилатацию, которая приводит к снижению периферического сопротивления и увеличению перфузии. Эндотелиальная синтаза оксида азота (eNOS), главный источник NO, активируется при увеличении напряжения тока крови на сосудистую стенку на фоне физической нагрузки. В этом участвует сложная система внутриклеточного регулирования — ацетилирование, фосфорилирование и перенос eNOS в кавеолы. Нагрузки и повышенное напряжение тока крови повышают активность eNOS как в клеточной культуре, так и в исследованиях на животных и у человека. В недавней обзорной статье суммированы данные о молекулярных изменениях, которые происходят в сосудистой системе в ответ на физические упражнения [12].
Считается, что многие из главных эффектов физических тренировок на ССС опосредованы их действием на тщательно организованное взаимодействие между симпатической и парасимпатической частями ВНС. В частности, показано, что физические упражнения увеличивают парасимпатический тонус в покое и снижают симпатический тонус и у людей, и у животных [13]. Замедленное восстановление частоты сердечных сокращений (ЧСС) после нагрузки отражает сниженный парасимпатический тонус и имеет доказанное прогностическое значение в различных популяциях больных. Это влияние на прогноз не зависит от переносимости нагрузок, наличия ишемии и результатов коронарографии. Положительные изменения в ВНС на фоне физических упражнений отмечаются и у здоровых людей, и у больных с сердечной недостаточностью и острым инфарктом миокарда (ИМ) [14].
Уже более 80 лет известно о взаимосвязи между тренировками и различными показателями свертывающей системы крови. Взаимосвязь упражнений и гемостаза заслуживает внимания, поскольку механизмы гемостаза вовлечены в патогенез ИБС и на них воздействует терапия. Физическая активность повышает в плазме активность тканевого активатора плазминогена (tPA) и тем самым фибринолиз, снижает активность ингибитора-1 активатора плазминогена (PAI-1), активность фибриногена, факторов свертывания VII и IX, фактора Виллебранда и уровень D-димера. Показано, что даже однократная тренировка в виде ходьбы усиливает эндогенный фибринолиз путем повышения активности tPA в плазме и снижения активности PAI-1 [15].
Известна стойкая взаимосвязь тренированности и концентрации С-реактивного белка. Высокая переносимость нагрузок коррелирует с низким уровнем С-реактивного белка [16]. Данные получены в ходе поперечных исследований у здоровых людей. Благоприятное воздействие физических упражнений и тренированности также показано для таких маркеров воспаления, как интерлейкин-6, α-фактор некроза опухоли, миелопероксидаза, ассоциированная с липопротеином фосфолипаза А2, матричная металлопротеиназа-9 и др. [17]. Вторичная профилактика при реабилитации кардиологических больных, основанная на физических тренировках, также приводила к уменьшению воспаления, что наглядно показано с помощью значительного снижения уровня С-реактивного белка независимо от массы тела и уровня холестерина в крови [18].
Отсутствие физической активности усиливает окислительный стресс, дисфункцию эндотелия и выраженность атеросклероза [19], в то время как регулярные нагрузки предотвращают эти негативные явления. Физическая активность также помогает воздействовать на многие известные факторы риска развития атеросклероза, включая повышенное АД, резистентность к инсулину и нарушение толерантности к глюкозе, высокий уровень триглицеридов, низкий уровень липопротеидов высокой плотности и ожирение. Упражнения в сочетании со снижением массы тела могут понижать содержание липопротеидов низкой плотности и ограничивать снижение липопротеидов высокой плотности, которое часто встречается при снижении содержания в рационе насыщенных жиров. На фоне ожирения повышенная доставка жирных кислот в миоциты повреждает механизмы регуляции системы инсулина. Резистентность к инсулину в мышцах приводит к генерализованной резистентности к инсулину и повышенному высвобождению жирных кислот из жировой ткани. Печень синтезирует и выделяет повышенное количество триглицеридов и аполипопротеина B в виде липопротеинов очень низкой плотности. При повышенном уровне триглицеридов в липопротеинах очень низкой плотности они обмениваются на холестериловые эфиры в липопротеидах низкой плотности и липопротеидах высокой плотности. Последующий липолиз приводит к уменьшению размера частиц. Упражнения могут частично вызывать обратное развитие этих нарушений путем перенаправления жирных кислот в мышцах по пути митохондриального окисления. Другие механизмы изменений липопротеидов высокой и низкой плотности включают увеличение активности липопротеидлипазы и снижение печеночной липазы и белка-переносчика эфиров холестерина CETP [20].
Воздействие физических упражнений на АД в покое изучалось в 44 рандомизированных контролируемых исследованиях [21]. Среднее уменьшение систолического и диастолического АД составляло 3,4 и 2,4 мм рт.ст. соответственно. Уровень АД в покое является важным определяющим фактором эффекта тренировок. Среднее систолическое и диастолическое АД снижалось на 2,6 и 1,8 мм рт.ст. у здоровых и на 7,4 и 5,8 мм рт.ст. у больных с артериальной гипертензией. Это указывает на то, что физические упражнения могут служить в качестве единственного вида лечения у больных с умеренной артериальной гипертензией. Связи между частотой тренировок, продолжительностью или интенсивностью и величиной снижения АД не показано. Это свидетельствует о том, что дозозависимая кривая для упражнений и АД плоская.
В нескольких исследованиях изучено дополнительное действие тренировок на отказ от курения [22]. Через 2 мес длительный отказ от курения может быть достигнут примерно у 20% больных в группе тренировок по сравнению с 10% в контрольной группе, а через 12 мес наблюдения — у 12 и 5% соответственно. Эти результаты предварительные, однако они позволяют полагать, что физическая активность облегчает полное прекращение курения, увеличивая долю отказавшихся от курения сразу.
Эндотелиальные клетки-предшественники (EPCs) и мезенхимальные стволовые клетки (MSCs) обладают способностью к стимуляции регенерации сосудов и восстановлению эндотелия [23]. Существуют веские доказательства того, что физические упражнения мобилизуют EPCs из костного мозга, улучшая и функциональную способность этих клеток. Сниженную способность EPCs обнаруживают с увеличением возраста, числа факторов риска и при наличии ИБС. При этом EPCs мобилизуются ишемией, упражнениями, хемокинами и цитокинами (например, при сосудистой травме или остром ИМ), ангиогенным фактором роста VEGF и ингибиторами редуктазы HMG-CoA. Главный механизм мобилизации EPC из костного мозга, судя по всему, зависит от активации eNOS при наличии нескольких мобилизующих факторов, таких как VEGF или плацентарный фактор роста.
Увеличение жесткости сосудов связано с такими заболеваниями, как систолическая артериальная гипертензия, гипертрофия левого желудочка и застойная сердечная недостаточность. Клинические исследования показали, что жесткость сосудов ниже у тех, кто выполняет регулярные физические упражнения, по сравнению с теми, кто ведет малоподвижный образ жизни [24, 25]. Несмотря на явный положительный эффект аэробных тренировок, его молекулярные механизмы до конца неясны. Главную роль в повышении жесткости артерий играют структурные изменения, в частности, касающиеся коллагена и эластина. Однако результаты исследований воздействия физических тренировок на эти структурные компоненты противоречивы. Тем не менее в клинических исследованиях показано снижение жесткости аорты после тренировок на выносливость у больных гипертонической болезнью [26] и ИБС [27].
В контексте первичной профилактики ССЗ существует зависимость между уровнем физической активности и риском развития ИБС [28]. Высокий уровень физической активности, по-видимому, умеренно снижает относительный риск развития ИБС, тогда как небольшая физическая активность все же лучше, чем ничего. В рамках вторичной профилактики показано, что 12-месячная программа физических тренировок/физической активности замедляют прогрессирование атеросклероза коронарных артерий у пациентов с ИБС. Более высокие уровни физических тренировок/физической активности связывают с прекращением прогрессирования коронарного атеросклероза или даже его регрессом [12]. Кроме того, более высокие уровни физических нагрузок и тренированности снижают общую и сердечно-сосудистую смертность. Пиковая переносимость аэробных физических нагрузок служит наиболее сильным независимым прогностическим фактором смертности по сравнению с другими факторами риска, как в здоровой популяции, так и среди больных ИБС [10]. Установлено, что пиковое потребление кислорода (VО2 peak), которое напрямую отражает пиковую толерантность к аэробным физическим нагрузкам, является среди прочих наилучшим прогностическим фактором общей и сердечно-сосудистой смертности у пациентов с установленной ИБС [29]. Эти данные указывают на то, что прирост VО2 peak в ходе тренировок предполагает не только увеличение толерантности к нагрузкам, но и повышение выживаемости. Гемодинамически обусловленное напряжение тока крови является связующим звеном между интенсивностью нагрузки и сложными механизмами внутриклеточной регуляции. В исследованиях на клеточных культурах, животных и у человека показано, что возрастание интенсивности нагрузки приводит к увеличению напряжения тока крови и регулирует активность эндотелиальной eNOS [12].
Современные рекомендации по кардиореабилитации и физическим тренировкам для пациентов с ИБС и хронической сердечной недостаточностью (ХСН) рекомендуют аэробные нагрузки умеренной интенсивности при достижении 50—80% (чаще всего 75—80%) от пиковой ЧСС. При этом в одной из работ продемонстрированы возможности аэробных интервальных тренировок высокой интенсивности (90—95% от пикового ЧСС) из 4 циклов по 4 мин у пациентов с ХСН [30]. Через 3 мес тренировок прирост пикового VO2 в группе тренировок высокой интенсивности был выше, чем в группе тренировок с умеренной постоянной нагрузкой ( 46% против 14%). Это исследование вызвало бурные дебаты относительно выбора оптимального режима и интенсивности тренировок. Помимо больных с ХСН доказано, что аэробные интервальные тренировки могут быть полезны для пациентов с ожирением, ИБС, тяжелой хронической обструктивной болезнью легких и метаболическим синдромом. Тем не менее обоснованность назначения интервальных тренировок высокой интенсивности пациентам с ХСН должна быть подтверждена в крупных многоцентровых исследованиях.
Кардиореабилитация больных, перенесших острые коронарные события или страдающих ХСН, приводит к снижению общей и сердечно-сосудистой смертности. При этом важно отметить, что кардиореабилитация также является экономически эффективной медицинской технологией, позволяющей повысить переносимость физических нагрузок и улучшить психологическое здоровье таких пациентов [31—39]. Несмотря на значительное количество профессиональных рекомендаций по профилактике ССЗ, стратегии, нацеленные на профилактику, по-прежнему недостаточно активно внедряются в ежедневную клиническую практику. В различных регионах Европы всего около 1/3 больных с ИБС участвуют в тех или иных программах реабилитации [40].
Физические упражнения служат краеугольным камнем кардиореабилитации; они оказывают прямое действие на миокард и коронарные сосуды. Тем не менее данные ряда обзоров по реабилитации больных ИБС подтверждают гипотезу о том, что снижение смертности может быть также связано с тем, что на фоне физических упражнений снижается интенсивность влияния и число факторов риска развития атеросклероза [41]. Наиболее поздний и всеобъемлющий метаанализ объединил результаты рандомизированных контролируемых исследований по физической реабилитации [42]. Работы включали мужчин и женщин всех возрастов, перенесших ИМ, АКШ и коронарную ангиопластику, страдающих от стенокардии или имеющих коронарный атеросклероз по данным ангиографии. Этот обзор позволил проанализировать 47 исследований, включивших 10 794 пациента, которые были рандомизированы в группу физической реабилитации либо обычного лечения. В конце среднего и длительного периода наблюдения (12 мес и более) в группе физической кардиореабилитации наблюдалось снижение общей и сердечно-сосудистой смертности (ОР 0,87 при 95% ДИ от 0,75 до 0,99 и 0,74 при 95% ДИ от 0,63 до 0,87 соответственно), а в конце краткосрочного периода наблюдения (менее 12 мес) — уменьшение числа повторных госпитализаций (ОР 0,96 при 95% ДИ от 0,51 до 0,93). При этом существенной гетерогенности между результатами отдельных исследований не отмечено. Кардиореабилитация не снижала риск развития повторного ИМ, АКШ и ангиопластики.
В последнее время опубликовано несколько обсервационных исследований, касающихся связи между участием в программах кардиореабилитации и прогнозом течения ССЗ у пациентов, перенесших ИМ и ангиопластику, а также пожилых пациентов с ИБС [43—51]. В крупном анализе J. Suaya и соавт. [46], включившем 600 000 пациентов с ИБС в возрасте старше 65 лет, показано 21—34% снижение 5-летней смертности больных, участвующих в программе кардиореабилитации (Medicare), при сравнении их с пациентами, не участвующими в данной программе [41]. К сожалению, остается неясным влияние физических упражнений на наблюдаемое снижение смертности в данной мультидисциплинарной программе реабилитации. В другом исследовании проанализирована связь между числом сеансов кардиореабилитации и 4-летним риском смерти и ИМ среди пожилых пациентов с ИБС [47]. В результате исследования авторами отмечена обратная связь между количеством и интенсивностью тренировок и риском смерти и ИМ. Схожие результаты получены группой канадских авторов. В проспективном когортном исследовании В. Martin и соавт. [48] показано, что у пациентов, участвующих в программах кардиореабилитации (n=2900), риск смерти (скорректированное ОР 0,59), госпитализации по всем причинам (скорректированное ОР 0,68) и госпитализации по поводу ССЗ (скорректированное ОР 0,68) ниже, чем в контрольной группе. Наиболее поздние исследования показывают, что участие в программах кардиореабилитации служит независимым прогностическим фактором снижения смертности у больных, перенесших чрескожную ангиопластику [51] и АКШ, и снижения риска повторного развития ИМ у больных, перенесших АКШ [51—53].
Регулярные тренировки и физическая активность оказывают защитное действие в отношении основных сердечно-сосудистых осложнений. Однако непосредственно во время интенсивной физической тренировки риск внезапной сердечной смерти (ВСС) и ИМ временно возрастает. К сожалению, подобная информация гораздо шире освещается в прессе, чем информация о пользе от тренировок или физической активности [54]. При анализе 1228 случаев нефатального острого ИМ установлено, что у 5% больных он был, вероятно, спровоцирован тяжелой нагрузкой [55]. Тем не менее ежегодная частота случаев ВСС, связанных с физической нагрузкой, у исходно здоровых лиц составляет лишь 5,4 на 100 тыс. Однако среди мужчин, ведущих малоподвижный образ жизни, риск ВСС во время нагрузки возрастает в 56 раз по сравнению с состоянием покоя, в то время как у физически активных мужчин он увеличивается лишь в 5 раз. Риск развития ИМ во время тренировки по сравнению с состоянием покоя возрастает в 2,6 раза, что более характерно для людей, ведущих относительно малоподвижный образ жизни, чем для людей, регулярно занимающихся физическими упражнениями. В то же время у женщин риск ВСС во время интенсивной нагрузки значительно меньше, чем у мужчин. У пациентов, участвовавших в программах кардиореабилитации, частота остановки сердца, развития острого ИМ и сердечной смерти на 1 млн часов тренировок составила лишь 8,6, 4,5 и 1,3 случая соответственно. За последние 10—20 лет отмечается тенденция к снижению риска ВСС во время прохождения программ кардиореабилитации вследствие улучшения лечения за счет реваскуляризаций, назначения статинов и появления более эффективных антитромботических препаратов.
Накопленные за последние десятилетия научные данные доказали бесспорную роль физических нагрузок и регулярных упражнений в профилактике и лечении ССЗ. Немногие стратегии лечения были исследованы столь же тщательно и на больших популяциях пациентов, как регулярные физические нагрузки. Физические упражнения оказывают прямое благоприятное воздействие на сердце и коронарные сосуды, обусловленное улучшением функции эндотелия и сосудистого тонуса, нормализацией процессов коагуляции и уменьшением количества факторов свертывания и воспалительных маркеров, ростом коллатералей коронарных артерий и активизацией эндотелиальных клеток-предшественников. Снижение смертности, наблюдаемое среди лиц, участвующих в программах кардиореабилитации, также может быть опосредовано улучшением профиля факторов риска развития атеросклероза. Вследствие этого концепция поддержания физической активности и регулярных тренировок поддерживается большинством национальных программ здоровья по первичной и вторичной профилактике ССЗ.
В большинстве национальных и международных рекомендаций указано, что физическая активность обладает уровнем доказательности класса IВ в отношении первичной профилактики, уровнем доказательности IA для всех способных тренироваться больных, перенесших острый коронарный синдром, коронарную ангиопластику, аортокоронарное шунтирование или страдающих периферическим атеросклерозом, а также уровнем доказательности IB для больных со стабильной стенокардией.
