ДЕЙСТВИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ОБЪЕМ КРОВОТОКА ЧЕРЕЗ МИТРАЛЬНЫЙ КЛАПАН СЕРДЦА ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Физиология

Научная статья /Article

УДК 612.171

https://doi.org/10.34130/2306-6229-2023-1-7

Действие физической нагрузки на объем кровотока через митральный клапан сердца человека

Лев Исакович Иржак 1, Надежда Геннадьевна Русских 2, Александра Николаевна Игнатова 3, Екатерина Александровна Дудникова 4

^•^Научно-исследовательская лаборатория «Проблемы гипоксии» ФГБОУ ВО «Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина», г. Сыктывкар, Россия, 167001. Октябрьский пр., 55, 1irzhak31@mail.ru, 2rung76@mail.ru. 3sandraign@mail.ru. 4dudka81@yandex.ru

Аннотация. В экспериментах с участием 13 юношей в возрасте 18-20 лет рассмотрены соотношения между двумя способами транспорта крови из левого предсердия (ЯП) через митральный клапан (МК) (поток Е и поток А) в зависимости от кардиотипа (бради-, нормо-, тахикардия) и физической нагрузки.

В контрольных экспериментах с применением методов ЭКГ и УЗИ показано, что за время диастолы (электрический сегмент ТР) длительностью 0.19 способом свободного течения (поток Е, первый способ) из ЯП через МК транспортируется 43 см3 крови. За время систолы ЯП (электрический интервал PQ) продолжительностью 0.13 под давлением систолы ЯП (поток А, второй способ) через МК транспортируется 26 см3 крови. Суммарный объем за счет потоков Е и А составляет около 70 см3 крови.

В опыте под действием физической нагрузки (проба Мартине, 20 приседаний за 30 с) время диастолы и объем потока значительно снижается. Транспорт крови через МК обеспечивается за счет систолы ЯП - в среднем около 50 см3 крови. Очевидна зависимость от кардиотипа: при брадикардии суммарный поток составляет около 60 см3 за цикл, при нормокардии - около 50 см3, при тахикардии - около 40 см3 за это же время.

Обсуждается значение соотношения длительностей кардиоинтервалов TP и PQ в транспорте крови через МК.

Ключевые слова: митральный клапан, кровоток Е, кровоток А, функциональная нагрузка, проба Мартине, фактор времени, кариотип

Для цитирования: Иржак Л. И., Русских Н. Г., Игнатова А. Н., Дудникова Е. А. Действие физической нагрузки на объем кровотока через митральный клапан сердца человека // Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2. Биология, геология, химия, экология. 2023. № 1 (25). С. 7-12. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2023-1-7.

The effect of physical activity on the volume of blood flow through the mitral valve of the human heart

Lev Irzhak1, Nadezhda Russkikh2, Alexandra Ignatova3, Yekaterina Dudnikova4

1234Research Laboratory "Problems of Hypoxia" of Pitirim Sorokin Syktyvkar State University,

Syktyvkar, Russia, xirzhak31@mail.ru, 2rung76@mail.ru, 3sandraign@mail.ru, 4dudka81@yandex.ru

Abstract. In experiments involving 13young men aged 18-20years, the relationship between two methods of blood transport from the left atrium (LA) through the mitral valve (MV) (flow E and flow A) depending on the cardiotype (brady, normo-, tachycardia) and physical activity. With the use of ECG and ultrasound methods, it was shown in the control that

during diastole (electrical segment of TR) lasting 0.19 with the free flow method (flow E, the first method), 43 cm3 of blood is transported from the LA through the MC. During the LA systole (electrical interval PQ) lasting 0.13 s, under the pressure of the LA systole (flow A, second method), 26 cm3 of blood is transported through the MV.

The total volume due to flows E and A is about 70 cm3 of blood. In the experiment under the influence of physical activity (PE) for 30 seconds of the Martinet test, the time of diastole and the flow volume are reduced to zero. Transport of blood through the MC is provided by the systole of the LA, on average, about 50 cm3 of blood. The dependence on the cardiotype is obvious: with bradycardia, the total flow is about 60 cm3 per cycle, with normo-cardia - about 50 cm3, with tachycardia - about 40 cm3 during the same time.

The significance of the time factor, which illustrates the duration of the TP and PQ cardiointervals in blood transport through the MV, is discussed.

Keywords: mitral valve, blood flow E, blood flow A, functional load, Martinet test, time factor, karyotype

For citation: Irzhak L. I., Russkikh N. G., Ignatova A. N., Dudnikova E. A. The effect of physical activity on the volume of blood flow through the mitral valve of the human heart. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seri-ya 2. Biologiya, geologiya, himiya, ekologiya = Syktyvkar University Bulletin. Series 2. Biology, geology, chemistry, ecology, 2023. 1 [25): 7-12. [In Russ.) https://doi.org/10.34130/2306-6229-2023-1-7

Введение. Функциональные свойства двустворчатого митрального клапана (МК) представляют интерес для специалистов в области клиники [1-3] и для фундаментальной физиологии [4, 5]. Цель настоящей работы - рассмотреть зависимость транспорта оксигенированной крови через митральный клапан от кардиотипа (бради-, нормо- и тахикардия). Брадикардия - это, по определению, более продолжительные кардиоцик-лы по сравнению с нормо- и тахикардией. В особенности важные различия проявляются при воздействиях разного рода, в частности физической нагрузки, в длительности наиболее изменчивого элемента ЭКГ - сегмента ТР [6]. Отсюда в задачу работы входит анализ особенностей транспорта крови по кардиотипам в зависимости от физической нагрузки.

Материал и методика. Участники эксперимента - юноши 18-20 лет, студенты Сыктывкарского государственного университета им. Питирима Сорокина, давшие добровольное согласие на участие в обследовании (n=13). Их возраст составил 19±1 лет, масса тела - 75±13 кг, длина тела - 177±7 см, индекс массы тела (ИМТ) - 24±4 кг/м2. Записывали ЭКГ во II стандартном отведении с помощью аппаратно-программного комплекса «Поли-спектр» [фирма «Нейро-софт», Иваново, Россия). Значения диаметра клапанов, линейной скорости кровотока определяли на ультразвуковом аппарате PHILIPS HD 7 [Нидерланды), применяя четырехкамерную позицию, апикальный доступ и секторный кардиологический датчик S4-2. Результаты обследования с применением ЭКГ и УЗИ соответствуют современным методикам [7; 8]. Показатели получены в положении стоя [контроль) и под действием ФН [стандартная проба Мартине, согласно которой за 30 секунд выполняется 20 приседаний). Измерение проводили по окончании нагрузки в течение 1 мин. ЧСС определяли по ЭКГ. Длительности интервалов ЭКГ -PQ, сегмента ТР измеряли в мм и оценивали, исходя из соотношения 50 мм ЭКГ соответствуют 1 с.

Статистическую обработку производили с помощью пакета прикладных программ Excel 2010. В работе учтены показатели средней арифметической величины (М), стандартного отклонения (SD). При обработке результатов использовали метод парных сравнений по критерию знаков z. Корреляцию между показателями rp рассчитывали по критерию Пирсона. Уровень значимости различий p <0.05 [9, 10].

Результаты и обсуждение. В контроле индивидуальные результаты ЧСС находятся в пределах от 48 до 97 уд/мин., объём потока через МК от 15 до 215 см3. Полученные данные свидетельствуют о конечном результате действия ФН типа Мартине на кровоток через МК.

Для анализа механизма этого явления учитываются результаты измерений диаметра и площади МК при максимальном его раскрытии, линейных и объемных потоков и суммарных потоков за счет времени ТР и PQ (см. табл.).

При нормальной работе сердца каждый кардиоцикл завершается диастолой, совпадающей по продолжительности с сегментом ТР. За время диастолы кровь свободно поступает (поток Е) из ЛП через МК в левый желудочек (ЛЖ). Этот период сменяется систолой ЛП, началом которой определяется окончание предыдущего периода. Как видно из данных таблицы, в контроле при длительности диастолы (сегмент ТР) в среднем 0.19 с линейная скорость потока Е достигает 45 см/с и объемная скорость 225 см3/с. В результате только за счет потока Е через МК проходит в среднем 43 см3. С началом систолы ЛП за счет потока А через МК дополнительно проходит объем вдвое меньший, в среднем 26 см3 крови. Итоговый объем потока за счет Е и А составляет порядка 70 м3, что при ЧСС около 70 уд/мин. означает величину МОК около 3 л. Под действием ФН длительность диастолы уменьшается практически до нулевых отметок (0.09 с), отчего поток Е отсутствует, и за счет систолы ЛП, длительность которой незначительно (на 23%) уменьшается, объем потока достигает в среднем 34 см3. При ЧСС, возросшей до 110 уд/мин., МОК составляет 5 л.

Таблица

Кровоток через митральный клапан (диаметр 2.52±0.23 см, площадь 4.99±0.88 см2*; п=13/37**)

Показатель Контроль (в положении стоя) Стандартная проба Март ине

Длительность диастолы (сегмент ТР), с 0.19±0.03 0.09±0.04

Линейная скорость потока Е, см/с 45±11 40±24

Объемная скорость потока Е, см3/с 225±69 200±150

Объем потока за время диастолы (сегмент ТР), см3 43±9 18±8

Длительность систолы ЛП (интервал PQ), с 0.13±0.05 0.10±0.05

Линейная скорость потока А, см/с 35±11 53±23

Объемная скорость потока А, см3/с 193±62 308±135

Объем потока за время систолы ЛП (интервал PQ), см3 26±15 34±26

Объем потока за время ТР и Р0, см3 69±40 52±28

ЧСС уд/мин. 69±15 110±16

Минутный объем кровотока, л 3±1 5±2

Примечание. Разница между показателями достоверна при р <0.05; * - при максимальном раскрытии клапана; ** - в числителе количество участников эксперимента, в знаменателе - число измерений.

Поток Е может рассматриваться как первый способ транспорта крови через МК. Линейная и объемная скорости потока Е зависят от ряда показателей работы сердца, среди которых главным является время диастолы (сегмент ТР). Объем крови, «не успевший» пройти через МК из-за включения очередного кардиоцикла (систолы ЛП), -это поток А (второй способ транспорта крови).

В проведенном исследовании выявили соотношение между возможностями гемодинамики за счет обоих способов. Результаты свидетельствуют об изменении на одну треть соотношений между длительностями интервалов ТР и PQ, с одной стороны, и объемами потоков, с другой: Гр = 0.71 (р <0.05) в контроле и Гр = 0.53 (р <0.05) в опыте. Причина снижения соотношений заключается в том, что под действием ФН вклад диастолы (сегмента ТР) оказывается значительно меньшим по сравнению с контролем. Таким образом, в условиях ФН существенно меняются соотношения между потоками Е и А, между первым и вторым способами транспорта крови через МК.

9

Представляет интерес показанный в работе факт увеличения линейной и объемной скорости потока А на 50-60 % и объема кровотока за счет систолы ЛП (потока А) - с 26 см3 в контроле до 34 см3 в опыте (на 31 %). Это происходит, несмотря на уменьшение длительности систолы ЛП, что, очевидно, можно объяснить проявлением закона Франка - Старлинга. Очевидна зависимость объема потоков от кардиотипа. А именно, как пример:

1. Брадикардия: при ЧСС 54 уд/мин. суммарный поток составил 62 см3 за объединенное время ТР+PQ, при ЧСС 51 уд/мин. - 60 см3 за то же время.

2. Нормокардия: при ЧСС 65 уд/мин. объем кровотока составил 55 см3 за объединенное время ТР+PQ, при ЧСС 63 уд/мин. - 51 см3 за то же время.

3. Тахикардия: при ЧСС 88 уд/мин. суммарный объем потока составил 34 см3 за время ТР+PQ, при ЧСС 83 уд/мин. - 41 см3 за это же время.

Заключение. Приведенные в настоящем исследовании результаты, несомненно, представляют интерес для работ фундаментального и прикладного характера. Возможно, свободный поток Е как способ транспорта объема крови через МК в наиболее ярком виде представлен в случаях брадикардии. Так же как и форсированный поток А -это способ, наблюдаемый при тахикардии. В условиях нормокардии наблюдаются тот и другой способы транспорта крови.

Тема работы одобрена комитетом по этике Института физиологии КНЦ УРО РАН от 16.02.2020.

Список источников

1. Толстихина А. А., Левин В. И. Анализ параметров оценки митральной недостаточности: клиническое применение // Медицинский алфавит. 2018. Т. 4. № 37. С. 51-56.

2. Сандриков В. А., Кулагина Т. Ю., Иванов В. А. и др. Феноменологические закономерности в оценке функции левого желудочка сердца при недостаточности митрального клапана // Кардиология. 2018. № 58. С. 32-40.

3. Neufeld E. V., Carney J. J., Dolezal B. A., Boland D. M., Cooper C. B. Exploratory Study of Heart Rate Variability and Sleep among Emergency Medical Services Shift Workers / / Prehosp. Emerg. Care. 2016. Vol. 3. P. 1-6.

4. Баранов В. Л., Харитонов М. А., Хрусталева М. И. Сравнительная характеристика доппле-рографических исследований в оценке диастолической функции у больных бронхиальной астмой // Пульмонология. 2008. № 2. С. 20-24.

5. Аронов Д. М., Лупанов В. П. Функциональные пробы в кардиологии. М.: МЕД пресс-информ, 2007. 328 с.

6. Иржак Л. И., Русских Н. Г. Интервально-амплитудные показатели электрических свойств миокарда у человека при физической нагрузке // Физиология человека. 2021. Т. 47. № 2. С. 1-7.

7. Wilkenshoff U., Kruck I. Handbuch der Echokardiografie. Georg Thieme Verlag Stuttgart, New York, 2017. 296 p.

8. Шиллер Н. Б., Осипов М. А. Клиническая эхокардиография. М.: МЕДпресс-информ, 2021. 344 с.

9. Унгуряну Т. Н., Гржибовский А. М. Краткие рекомендации по описанию, статистическому анализу и представлению данных в научных публикациях / / Экология человека. 2011. № 5. С. 55.

10. Иржак Л. И., Русских Н. Г., Паршукова А. Н. Вариабельность временных и амплитудных показателей ЭКГ у людей пожилого и старческого возраста // Журн. мед.-биол. исследований. 2021. Т. 9. № 4. С. 355-365.

References

1. Tolstihina A. A., Levin V. I. Analysis of parameters for assessing mitral insufficiency: clinical application. Medicinskij alfavit, 2018. Vol. 4. № 37. Pp. 51-56. (In Russ.)

2. Sandrikov V. A., Kulagina TYU., Ivanov V. A. et al. Fenomenologicheskie zakonomernosti v ocenke funkcii levogo zheludochka serdca pri nedostatochnosti mitral'nogo klapana [Phenomenological patterns in assessing the function of the left ventricle of the heart in mitral valve insufficiency]. Kardiologiy. 2018. No 58. Pp. 32-40. (In Russ.)

3. Neufeld E. V., Carney J. J., Dolezal B. A., Boland D. M., Cooper C. B. Exploratory Study of Heart Rate Variability and Sleep among Emergency Medical Services Shift Workers. Prehosp. Emerg. Care. 2016. Vol. 3. Pp. 1-6.

4. Baranov V. L., Haritonov M. A., Hrustaleva M. I. Comparative characteristics of Doppler studies in assessing diastolic function in patients with bronchial asthma. Pul'monologiya [Pulmonology], 2008. No 2. Pp. 20-24. (In Russ.)

5. Aronov D. M., Lupanov V. P. Funkcional'nye proby v kardiologii [Functional tests in cardiology]. Moscow: MED press-inform, 2007. 328 p. (In Russ.)

6. Irzhak L. I., Russkih N. G. Interval-amplitude indicators of the electrical properties of the myocardium in humans during exercise. Fiziologiya cheloveka [Human physiology]. 2021. Vol. 47. No 2. Pp. 1-7. (In Russ.)

7. Wilkenshoff U., Kruck I. Handbuch der Echokardiografie. Handbuch der Echokardiografie. Georg Thieme Verlag Stuttgart. New York, 2017. 296 p.

8. Shiller N. B., Osipov M. A. Klinicheskaya ekhokardiografiya [Clinical echocardiography]. Moscow: MED press-inform, 2021. 344 p. (In Russ.)

9. Unguryanu T. N., Grzhibovskij A. M. Brief recommendations for description, statistical analysis and presentation of data in scientific publications. Ekologiya cheloveka [Human ecology]. 2011. No 5. P. 55. (In Russ.)

10. Irzhak L. I., Russkih N. G., Parshukova A. N. Variability of temporal and amplitude ECG parameters in elderly and senile people. Zhurn. med.-biol. Issledovanij [Journal of medical biol. research]. 2021. Vol. 9. No 4. Pp. 355-365. (In Russ.)

Информация об авторах/ Information about the author

Иржак Лев Исакович

д-р биол. наук, профессор, главный научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Проблемы гипоксии» медицинского института

Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина, Сыктывкар, Россия, 167001. Октябрьский пр., 55

Русских Надежда Геннадьевна

канд. биол. наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и физической культуры института социальных технологий, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Проблемы гипоксии» медицинского института

Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина, Сыктывкар, Россия, 167001. Октябрьский пр., 55

Игнатова Александра Николаевна

младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Проблемы гипоксии» медицинского института

Lev I. Irzhak

Doctor of Biological Sciences, Professor, Chief Researcher of the Research Laboratory "Problems of Hypoxia" of the Medical Institute

Pitirim Sorokin Syktyvkar State University 55, Oktyabrsky prosp., Syktyvkar, 167001, Russia

Nadezhda G. Russkikh

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Life Safety and Physical Culture of the Institute of Social Technologies, Senior Researcher of the Research Laboratory "Problems of Hypoxia" of the Medical Institute

Pitirim Sorokin Syktyvkar State University 55, Oktyabrsky prosp., Syktyvkar, 167001, Russia

Alexandra N. Ignatova

Junior Researcher of the Research Laboratory "Problems of hypoxia" of the Medical Institute

Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина, Сыктывкар, Россия, 167001. Октябрьский пр., 55

Pitirim Sorokin Syktyvkar State University 55, Oktyabrsky prosp., Syktyvkar, 167001, Russia

Дудникова Екатерина Александровна

канд. биол. наук, доцент кафедры теоретических и медико-биологических основ физической культуры института социальных технологий

Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина, Сыктывкар, Россия, 167001. Октябрьский пр., 55

Yekaterina A. Dudnikova

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Theoretical and Biomedical Foundations of Physical Culture of the Institute of Social Technologies

Pitirim Sorokin Syktyvkar State University 55, Oktyabrsky prosp., Syktyvkar, 167001, Russia

Статья поступила в редакцию / The article was submitted 15.11.2022

Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing 24.11.2022

Принята к публикации / Accepted for publication 29.11.2022