Карл Дж. Лави

1 Катедра по сърдечно-съдови заболявания, Институт за сърце и съдове на Джон Окснер, Клинично училище на Окснер, Университет в Куинсланд, Медицинско училище, Ню Орлиънс, LA

сърдечно-съдовата

Рос Арена

2 Лаборатория по физикална терапия и интегративна физиология, Колеж по приложни здравни науки, Университет на Илинойс в Чикаго, Чикаго, Илинойс

Деймън Л. Суифт

3 Катедра по кинезиология, Университет Източна Каролина, Грийнвил, Северна Каролина

Нийл М. Йохансен

4 Катедра по превантивна медицина, Център за биомедицински изследвания в Пенингтън, Батън Руж, Лос Анджелис

5 Училище по кинезиология, Университет на Луизиана, Батон Руж, Лос Анджелис

Xuemei Sui

6 Департамент по наука за упражненията, Арнолд, училище за обществено здраве, Университет на Южна Каролина, Колумбия, SC

Патица-чул Лий

7 Катедра по кинезиология, Колеж по хуманитарни науки, Държавен университет в Айова, Еймс, Айова

Конрад П. Ирнест

8 Департамент по здравеопазване и кинезиология, Тексаски университет A&M, College Station, Тексас

Църква Тимъти С.

4 Катедра по превантивна медицина, Център за биомедицински изследвания в Пенингтън, Батън Руж, Лос Анджелис

Джеймс Х. О’Кийф

9 Saint Luke’s Mid America Heart Institute, University of Missouri-Kansas City, Kansas City, MO

Ричард В. Милани

1 Катедра по сърдечно-съдови заболявания, Институт за сърце и съдове на Джон Окснер, Клинично училище на Окснер, Университет в Куинсланд, Медицинско училище, Ню Орлиънс, LA

Стивън Н. Блеър

6 Катедра по упражнения, Арнолд, училище за обществено здраве, Университет на Южна Каролина, Колумбия, SC

Резюме

Съществени доказателства са установили стойността на високите нива на физическа активност (PA), тренировки за упражнения (ET) и цялостна кардиореспираторна годност (CRF) при превенцията и лечението на сърдечно-съдови заболявания (ССЗ). Тази статия разглежда някои основи на физиологията на упражненията и острите и хронични реакции на ЕТ, както и въздействието на PA и CRF върху ССЗ. Този преглед също така изследва данни от епидемиологични и ET проучвания за първична и вторична профилактика на ССЗ, особено коронарна болест на сърцето (ИБС) и сърдечна недостатъчност (СН). Тези данни силно подкрепят рутинното предписване на ЕТ на всички пациенти и насочвания за пациенти със ССЗ, особено ИБС и СН, към специфични сърдечни рехабилитации и програми за ЕТ.

Въпреки факта, че Американската сърдечна асоциация (AHA) е установила заседналия начин на живот като основен модифицируем рисков фактор за сърдечно-съдови (CV) заболявания (CVD), значителен процент от населението на Съединените щати има много ниски нива на физическа активност (PA). 1–3 Много организации, включително AHA и Американския колеж по спортна медицина, препоръчват увеличаване на тренировките за PA или аеробни упражнения (ET), за да се повишат нивата на кардиореспираторна годност (CRF) сред общата популация, включително лица със ССЗ. 1–3

В този ръкопис ние разглеждаме физиологията на ЕТ и острата и хронична адаптация, включително взаимодействието на PA, ET и CRF върху общия риск от ССЗ. Освен това обсъждаме относителната стойност на PA срещу CRF, както и значението на CRF при затлъстяване в дебата „фитнес срещу дебелина“. Ние също така преразглеждаме ролята на официалната сърдечна рехабилитация и програмите за ET (CRET) върху рисковите фактори за коронарна болест на сърцето (ИБС) и заболеваемостта и смъртността при пациенти със ССЗ, включително ИБС и сърдечна недостатъчност (СН). Преразглеждат се насоки за дозиране на EET, както и потенциалната токсичност на изключително високи дози ET. И накрая, ние предлагаме препоръки за рутинното предписване на ЕТ.

Физиология на сърдечните упражнения: остър отговор и хронични адаптации към аеробни упражнения

Сърдечен отговор на остри аеробни упражнения: Фокус върху увеличаване на сърдечния изход

Увеличаването на сърдечния дебит (CO) е централният определящ фактор за максималната консумация на кислород (VO2), както е определено от уравнението на Фик: VO2 = CO * a-vO2diff; където разликата a-vO2 е артериовенозната разлика в кислорода. В покой CO е хомогенен при

5 L/мин. При максимално упражнение обаче CO варира значително от

20 L/min при видимо здрави нетренирани индивиди до

40 L/min при елитни аеробни спортисти. 4,5 Тази широка променливост на CO отчасти обяснява широкия диапазон на максималния VO2, като нормалните стойности варират от

35 до 85 mlO2 • kg -1 • min -1,6 CO е продукт на ударния обем (SV) и сърдечната честота (HR), и двете значително се увеличават по време на аеробни упражнения. Левокамерната (LV) SV, обикновено фокусна точка на дискусията на сърдечната камера по отношение на физиологията на упражненията за CV, се увеличава по време на аеробно натоварване чрез синергично увеличаване на крайния диастоличен обем (т.е. предварително натоварване) и контрактилитет на миокарда. 7 По време на почивка SV е

50 ml, увеличаването на обема на пълнене и свиваемостта повишават SV няколко пъти по време на тренировка, с голяма променливост, която се влияе от възрастта, пола, генетиката и състоянието на ЕТ. Например, SV при максимално упражнение за двама 20-годишни мъже, и двамата с максимален HR от 200 bpm, с максимален CO съответно 20 и 35 L/min, ще имат максимални SV съответно от 100 ml и 175 ml. Увеличението на SV по време на плато с упражнения при ≈50% от максималния VO2. 4,8 След като SV плато при ≈50% от максималния VO2, продължителното линейно покачване на HR води до по-нататъшното повишаване на CO. По време на пристъп на прогресивно аеробно упражнение до максимален капацитет, HR нараства линейно със скорост от ≈10 bpm на 3,5 mlO2 • kg −1 • min −1 увеличаване на потребността от кислород. 6 Максималната HR по време на аеробно упражнение все още често се изчислява, като се използва уравнението за 220-годишна възраст, въпреки че съществува значителна вариабилност в тази оценка (т.е. стандартно отклонение от ± 12 bpm). 6 При максимално физическо натоварване, високият HR има потенциал да намали времето за пълнене на вентрикуларния LV, което може да доведе до намален CO.

Сърдечни адаптации към хронична аеробна ЕТ: Механизми за повишен CO

Въздействието на аеробния ET върху васкулатурата

Повтарящите се пристъпи на аеробни ЕТ водят и до редица благоприятни съдови адаптации, значително отслабвайки вредните адаптации, ускорени от процеса на стареене. 15 Мерките за артериална скованост са значително по-ниски при лица с по-висок аеробен капацитет (т.е. анализ на напречното сечение) 15,16, както и при лица, които наскоро са завършили аеробна ЕТ програма (т.е. надлъжен анализ). 17 Защитата срещу системен оксидативен стрес и възпаление, предизвикано от хронична аеробна ЕТ, се счита за основен механизъм за наблюдаваното намаляване на артериалната скованост. 17 Засилената от ендотел вазодилатация чрез повишено производство на азотен оксид (NO) също е явна аеробна ЕТ полза, 18–20, включително в коронарната циркулация. 21 Когато аеробният ЕТ включва големи мускулни групи (например тренировка на бягаща пътека или ергометрия на долните крайници), се реализират системни съдови ползи. Аеробният ЕТ също подобрява ендотел-зависимата вазодилатация в коронарната микроциркулация, отново чрез повишено производство на NO. 22,23

Сърдечно заболяване/дисфункция: Променена сърдечна физиология = намалено аеробно представяне

Като се има предвид ясната и централна роля, която нормалната сърдечна функция играе при определянето на максималния аеробен капацитет, заболяването или дисфункцията, които вредят въздействието на CO, също ще компрометират максималния VO2. 5, 6 Всъщност, докато аеробният ЕТ е очевидно безопасен и ефективен за подобряване на функционалния капацитет при редица популации пациенти, диагностицирани със сърдечни заболявания, 6 както е обсъдено по-подробно в този преглед, е малко вероятно максималният аеробен капацитет да се нормализира при нарушена сърдечна физиология продължава. Това е ясно очевидно при тренировъчни проучвания при пациенти с диагноза СН, при които максималните стойности на VO2 след аеробни ЕТ, макар и значително подобрени в сравнение с преди ЕТ, обикновено не надвишават значително 20 mlO2 • kg -1 • min -1, което е добре под предвидените за възрастта и пола нормативни стойности. 24 Това не означава, че ЕТ не е от голяма полза при популации пациенти, като СН, всъщност обратното е вярно и CRET се счита за стандарт на грижа за лица с СН. 25 Въпреки това, без нормализиране на сърдечната физиология и следователно CO, истинското нормализиране на максималния аеробен капацитет не е възможно.

Въздействие на PA и CVD

Данните от многобройни епидемиологични проучвания показват, че ниските нива на PA са свързани с по-високо разпространение на повечето рискови фактори за ССЗ, включително хипертония (HTN), затлъстяване, дислипидемия, метаболитен синдром (MetS), депресия и диабет тип 2 (T2D). 3,26–29 Освен това значителни данни показват силна обратна връзка между нивата на PA и смъртността от всички причини и ССЗ. 3,30–33 Няколко проучвания, най-вече от финландски кохорти, предполагат, че ниските нива на професионална ПА могат да имат независим принос за цялостното ССЗ. 3,32,34,35 Доказано е също, че високите нива на PA намаляват риска от ССЗ при високорискови популации, включително тези с T2D и възрастните хора. 3,32 При затлъстяването консенсусът между проучванията е, че високите нива на ПА отслабват, но не елиминират напълно повишения риск от сърдечна смъртност, свързан със затлъстяването. 3,31,36,37 Освен това, повишенията на нивата на PA с течение на времето са свързани с намален риск от смъртност от ИБС и ССЗ. 3,38–40

CRF и ССЗ Риск

Както беше обсъдено по-горе за PA, ниското ниво на CRF е добре признат рисков фактор за смъртност от CHD и CVD, 1–3,41,42 и въпреки че PA е вероятно най-важният фактор, определящ CRF, заедно с фактори, които не са наследствени от PA, 43 повечето проучвания показват, че CRF е по-мощен предиктор за прогноза, отколкото PA, поне както е определено от въпросници за самоотчитане. 3,44,45 Потенциалните ползи от CRF са многобройни и са обобщени в таблица 1. Обикновено CRF се изразява в метаболитни еквиваленти или METs, които обикновено се изчисляват от натоварването на тестове за стрес на субмаксимална или максимална бягаща пътека (въз основа на скорост и наклон) и това може да бъде по-точно оценено чрез използване на тестове за кардиопулмонални упражнения (CPX) и оценка пик VO2, както и множество други параметри (напр. анаеробен или лактатен праг). 46

маса 1

Потенциални ползи от кардиореспираторната фитнес при прогноза.

Физиологични ползи
Намалено кръвно наляганеПодобрена инсулинова чувствителност
Подобрена вариабилност на сърдечната честотаНамалена нужда от кислород в миокарда
Повишен инфаркт на миокардаПоддържайте чиста маса
Подобрена ендотелна функцияНамалено висцерално затлъстяване
Намален вискозитет на кръвта и плазматаПовишена капилярна плътност
Повишена митохондриална плътностПодобрено настроение и психологически стрес
Намалено системно възпалениеПодобрен сън
Намален риск от развитие:
ХипертонияОстеопороза
ДепресияАртроза
Метаболитен синдромДеменция и болест на Алцхаймер
Захарен диабетРак на гърдата, дебелото черво и други видове рак

Високите нива на CRF, като по-високата PA, са свързани с намалено разпространение на много рискови фактори за ИБС и ССЗ, включително HTN, затлъстяване, MetS и T2D. 3,44,45 По-важното е, че значителни данни демонстрират мощното прогностично въздействие на CRF, включително сред общата популация, пациенти с висок риск от ССЗ, както и при популации ССЗ, като CHD и СН. 1,3,41–45

Неотдавнашен високопрофилен мета-анализ от Kodama et al 47 установи, че увеличението на 1 MET в CRF е свързано съответно с 13% и 15% намаление на смъртността от всички причини и CHD/CVD. В допълнение, този мета-анализ дефинира специфични за възрастта и пола нормални нива на CRF, свързани с по-ниски нива на събитията както при мъжете (40 години: 9 METs; 50 години: 8 MET, така и при 60 години: 7 METs) и жените (40 години: 7 METs; 50 години: 6 METs; 60 години: 5 METs).

Дори при високорискови индивиди с MetS, преддиабет или T2D, високите нива на CRF са свързани с добра прогноза, обикновено по-добра от прогнозата при негодни индивиди без тези условия. 3,47 Berry и колеги 48 демонстрират значението на високата CRF за защита срещу риска от ССЗ през целия живот, тъй като тези автори са установили, че тези с голяма тежест на традиционните рискови фактори за ССЗ, но високо ниво на CRF са имали сходни нива на смъртност от CVD през целия живот или по-ниски от тези с ниска тежест на традиционните рискови фактори за ССЗ, което предполага значението на ХПН при тези с иначе висок риск от ССЗ.

Няколко проучвания също са фокусирани върху промените в CRF с течение на времето и въздействието върху заболеваемостта и смъртността от ССЗ. 3 Блеър и колеги, 49, използвайки данни от Лонгитдудинално проучване на Центъра за аеробика (ACLS; n = 9 777), съобщават, че мъжете, класифицирани като негодни (т.е. най-ниският 20-ти процентил на ХНН въз основа на възрастта и пола на цялото население на ACLS) първият преглед, но годен при втория им преглед няколко години по-късно имаше 52% намаление на смъртността от ССЗ в сравнение с мъжете, класифицирани като негодни и при двата прегледа. Lee et al, 50, също използвайки данните от ACLS (n = 14,345), оценява дългосрочните (средно проследяване 11,4 години) ефекти на промените в CRF върху смъртността от ССЗ и наблюдава значително намаляване на смъртността от ССЗ с 27% и 42%, съответно, при тези, които или не са имали промяна, или подобрения в CRF при втория си преглед средно 6.3 години по-късно. За всяко увеличение на 1 MET в CRF с течение на времето смъртността от всички причини и CVD намалява съответно с 15% и 19%. Нещо повече, в дискусията за фитнес срещу затлъстяване, обсъдена по-долу, тези подобрения продължиха и след коригиране за промени в индекса на телесна маса (ИТМ). Други също съобщават за благоприятно въздействие на промените в CRF с течение на времето и последващата смъртност. 3,51

CRF срещу ИТМ

Няколко автори на този преглед и други са оценили независимите ефекти на CRF и затлъстяването върху последващата смъртност от ССЗ, а значителни доказателства предполагат, че високите нива на CRF елиминират или значително намаляват риска от ССЗ при лица с наднормено тегло и затлъстяване, което е доказано в обща популация, при тези с дислипидемия и при T2D. 3, 41, 42, 44, 52 Следователно CRF изглежда значително променя връзката между затлъстяването и последващата прогноза.

Бари и колеги 42 наскоро извършиха мета-анализ на 10 големи проучвания и определиха количествено комбинираното въздействие на CRF и затлъстяването върху смъртността. Те демонстрираха, че в сравнение с нормалното тегло и годни индивиди, негодните индивиди имат двойна смъртност независимо от ИТМ, докато затлъстелият, но годен индивид има подобна преживяемост в сравнение с индивидите с нормално тегло. В проучване от ACLS на 3148 здрави възрастни, промените във времето както в телесната мастна тъкан, така и в CRF прогнозират развитието на HTN, MetS и дислипидемия, но промените в CRF превъзхождат увеличенията в телесната мастна тъкан за прогнозиране на бъдещия риск от тези нарушения. 53 Както беше прегледано по-рано, след корекция за промени в CRF, промените в ИТМ с течение на времето вече не са свързани със ССЗ или смъртност от всички причини. 50 Следователно, съвкупността от тези данни показва, че CRF е по-важна от затлъстяването по отношение на дългосрочната прогноза.

Въздействие на ET върху рисковите фактори на CRF и CVD

Въпреки че генетичната наследственост е определяща за CRF, 43 най-важният принос за CRF е PA и ET. Много проучвания показват значителни подобрения в ХНН, свързани с умерено аеробно ЕТ, но по-енергичното ЕТ изглежда дава равни или подобрени ползи за здравето и ССЗ, както и по-големи подобрения в ХНН. 3,56

Освен това ЕТ влияе върху много от стандартните рискови фактори за ССЗ, включително плазмени липиди, особено липопротеинов холестерол с висока плътност (HDL-C), 57–59 пристрастяване, 60,61 нива на глюкоза на гладно и контрол на T2D, 62,63 и понижаване на кръвното налягане и HTN контрол; 64 обаче за всички тези параметри ефектът от ЕТ може да бъде статистически значим, но въздействието като цяло е доста скромно, често 3 Може би най-впечатляващото доказателство за ползите от ЕТ е в официалните CRET програми на пациенти след големи събития с ИБС (Таблица 2). 3

Таблица 2

Ползи от програмите за формална сърдечна рехабилитация и упражнения