Постинфарктный инфаркт и тренировка по тяжелой цепи и сердечной функции миозина
АННОТАЦИЯ
Тяжелая цепь миозина (MyHC) действует как химико-механический преобразователь движения мышечных волокон, преобразовывая энергию из АТФ в скользящие миофиламенты. Изоформа α-MyHC обладает примерно в три раза большей АТФазной активностью, чем изоформа β-MyHC. Однако в сердечной недостаточности экспрессия α-MyHC сильно понижена, а β-MyHC взаимно повышена. Сдвиг изоформ MyHC способствует развитию систолической дисфункции миокарда и кардиомиопатии. Хотя это может объясняться множеством факторов, хорошо документированные результаты иллюстрируют этот сдвиг как адаптивный ответ на хронические состояния перегрузки, возникающие в результате самого ИМ. Тренировки на выносливость хорошо документированы как ведущий метод ослабления неблагоприятной сердечной дисфункции после ИМ. Тренировки на выносливость, состоящие из упражнений в аэробном стиле, дают положительный эффект на работу сердца, ослабляя ремоделирование миокарда MyHC после ИМ и застойной сердечной недостаточности. Однако тренировка на выносливость способствует эксцентрической гипертрофии сердца, характеризующейся последовательным добавлением саркомеров, удлинением клетки миоцита и соответствующим увеличением размера клетки и диаметра камеры, что может ухудшить вызванную ИМ дилатацию сердца. Напротив, тренировка с отягощениями стимулирует давление-перегрузку гемодинамических характеристик. Концентрическая гипертрофия сердца — это уникальная адаптация к силовой тренировке, характеризующаяся утолщением стенки сердца без расширения камеры сердца. Остается выяснить, помогает ли тренировка с отягощением также обратить вспять вредное смещение от α-β-MyHC, вызванное ИМ, и улучшить систолическую функцию после ИМ, еще предстоит выяснить.
K E Y W O R D S
Инфаркт миокарда, сердечная функция, тяжелая цепь миозина, физические упражнения.
ВСТУПЛЕНИЕ
Расположенные в А-полосе саркомера, миозиновые тяжелые цепи (MyHC) содержат большую часть толстой нити в поперечно-полосатых мышечных волокнах в дополнение к другим регуляторным белкам, таким как миозин-связывающий белок C (MyBP-C) и миозиновая регуляторная легкая цепь ( MRLC) [1, 2]. MyHC служит ключевым химико-механическим преобразователем энергии в движение внутри каждого миоцита и является основным белком, ответственным за генерацию силы при мышечном сокращении [3]. Глобулярная головка каждого белка MyHC является основным местом циклического перекрестного связывания миозин-актин и местом связывания аденозинтрифосфата (АТФ) в сердечной и скелетной мышцах [4]. Каталитические реакции на миозин-аденозинтрифосфатазу (АТФазу) происходят вблизи каждой головки глобозного миозина, обеспечивая энергию для сокращения актомиозина [5]. Различия в этих АТФазных реакциях часто используются для различения генно-кодированных вариантов MyHC [6]. Были идентифицированы и охарактеризованы множественные специфичные для гена MyHC изоформы, однако в миокарде человека экспрессируются два специфических гетерологичных фенотипа: α-MyHC [кодирующий преимущественно для изоформы V1] и β-MyHC (кодирующий преимущественно для изоформы V3) [3, 7, 8 ]. Представления α- и β-MyHC изоформ регулируются с точки зрения развития и регулируются с помощью различных типов патологических и физиологических стимулов, приводящих к образованию сходных белков с различными гидролитическими и механическими характеристиками.
Как α-, так и β-MyHC демонстрируют 93% сходные аминокислотные профили, однако было показано, что каждая изоформа тесно связана с различными механическими свойствами сердца [8, 9]. Считается, что способность каждой изоформы гидролизовать АТФ с различными скоростями определяет независимые скорости укорочения, связанные с каждой изоформой MyHC [10, 11]. Существуют резкие различия в характеристиках изоформ; например, было показано, что α-MyHC дает в два-три раза более высокие скорости укорочения, чем β-MyHC [11-15]. Кроме того, исследование, опубликованное Locher et al. (2009) с использованием трабекул с кожурой крысы, экспрессирующих либо 100% α-, либо 100% β-MyHC, показали в 2 раза более высокое использование АТФ и выработку силы в α-MyHC по сравнению с β-MyHC, что также подтверждает это сравнение [16].
Постинфарктный инфаркт (ИМ) смещение изоформы MyHC
Экспрессия изоформных фенотипов MyHC варьирует в зависимости от развития и патофизиологии. Например, в сердце здорового человека α-MyHC составляет приблизительно 7% (± 3%) от распределения миозина в толстых филаментах в преимущественно медленно-окислительном фоновом массиве β-MyHC [17]. Это соотношение значительно смещается в сторону β-MyHC на моделях диабета и гипертонии и аналогично сообщается с возрастом [18-20]. Из дальнейшего сходства, модели сердечной недостаточности человека указали на значительную потерю в экспрессии α-MyHC (почти не обнаруживаемую) от патологических состояний, связанных с хронической сердечной недостаточностью [16, 17]. Хотя относительно небольшой процент экспрессированного белка α-MyHC может не показаться значительным, даже небольшие степени экспрессии α-MyHC увеличивают выходную мощность сердечных миоцитов у крыс [21]. Поскольку белки α-MyHC обеспечивают большую часть высокоскоростных сокращающих сил в сердце, уменьшение или отсутствие таковых может оказаться вредным для фракции выброса и гемодинамического выхода, особенно после любого увеличения системной циркуляции (то есть потребления кислорода; VO2). Фактически, сдвиг от α- к β-MyHC, о котором сообщалось после ИМ, коррелировал с дисфункцией ЛЖ и, следовательно, с плохими клиническими прогнозами [22-24]. Хотя это можно объяснить множеством факторов, хорошо документированные результаты иллюстрируют этот сдвиг как адаптивный ответ на хронические состояния перегрузки, возникающие в результате самого ИМ [25-27].
Ремоделирование ЛЖ после ИМ возникает как адаптивный ответ на патологическую передачу сигналов от снижения сердечной функции и увеличения стресса миокарда [28-30]. Хотя первоначальные ответы на выживание симпатоневральной (SNS) и ренин-ангиотензин-альдостероновой систем (RAAS) необходимы для восстановления адекватного объема плазмы и артериального давления после ИМ, в течение времени эта активация SNS / RAAS вызывает индуцированное натрием увеличение объема плазмы и жидкости удержание [31-34]. В конце концов, хроническая перегрузка объемом приводит к появлению множества патологических заболеваний, таких как эксцентрическая дилатация ЛЖ, расширение инфаркта, истончение стенки сердца, патологическая гипертрофия сердца и фиброз миокарда [35-37]. Кроме того, изоформный сдвиг MyHC соответствует вредной гормональной активации после ИМ [38, 39]. Ангиотензин II (AngII), основной медиатор РААС, был предложен в качестве критического компонента для активации гена β-MyHC в модели патологической гипертрофии грызунов и культивируемых клеток миокарда [40, 41]. Эта взаимосвязь может вызывать увеличение патологического стимула и дальнейшее повышение уровня β-MyHC, но, что важно, влияние отменяется гормоном щитовидной железы (TH) [41]. Хорошо известно, что TH оказывает глубокое влияние на регуляцию изоформы MyHC в миокарде, стимулируя экспрессию α-MyHC, благодаря способности обратимо изменять отношения MyHC в здоровых взрослых сердцах [42-44]. Гормональные манипуляции вполне могут быть преобладающим механизмом сдвига MyHC после ИМ, однако убедительные доказательства прямых отношений остаются неясными.
Сроки смены также стали важной темой для рассмотрения. Гипертрофические модели сердечной недостаточности указывают на чрезвычайно быстрый ответ изоформ миозина на изменение патологических состояний (например, увеличение β-MyHC с 5% до 31% после 7 дней сужения аорты), а также на моделях после ИМ (например, началось ремоделирование 1). неделю после перевязки левой коронарной артерии) [45-46]. Если необходимо попытаться ослабить воздействие на патологическое перераспределение миозина, физические упражнения следует проводить не позднее, чем через 1 неделю после ИМ.
Тренировка на выносливость после МИ
Тренировки на выносливость хорошо документированы как ведущий метод ослабления неблагоприятной сердечной дисфункции после ИМ [37, 47-50]. Реабилитация сердца, состоящая из упражнений на основе упражнений, стала эффективным дополнительным вмешательством при лечении сердечной недостаточности, что, как было показано, снижает риск смертности и повторного инфаркта у пациентов с сердечной недостаточностью [51, 52]. Тренировки на выносливость, состоящие из упражнений в аэробном стиле (например, бег по беговой дорожке, езда на велосипеде, плавание и т. Д.), Были широко опубликованы на протяжении десятилетий, что привело к положительному влиянию на функцию сердца, ослабляя ремоделирование миокарда MyHC после ИМ и застойной сердечной недостаточности [34, 53 -58]. В настоящее время тренировки на выносливость представляют собой стандарт терапии на основе физических упражнений для предотвращения смещения MyHC у пациентов с сердечной недостаточностью, однако влияние упражнений после MyI на резистентность к MyHC еще предстоит выяснить [59]. Хотя успехи в тренировке на выносливость достигаются в постинфарктной среде, механизмы и физиологические детерминанты, которые инициируют полезную адаптацию, еще предстоит полностью выяснить. Из того, что в настоящее время опубликовано, существует корреляция с сократимостью сердца: (1) α-MyHC ассоциируется с повышенными уровнями активации миозин-АТФазы и повышенной сократимостью ЛЖ в результате тренировки на выносливость; (2) тренировка на выносливость вызывает брадикардию в состоянии покоя за счет усиления вагусных эффектов, снижения симпатической сердечной активации, снижения частоты сердечных сокращений и увеличения времени атриовентрикулярной проводимости; и (3) тренировка на выносливость способствует эксцентрической гипертрофии сердца, характеризующейся последовательным добавлением саркомеров, удлинением клетки миоцита и соответствующим увеличением размера клетки и диаметра камеры [24, 60-64].
Хотя тренировка на выносливость полезна для спортсменов и здоровых людей, она может представлять возможные противопоказания у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Модифицированные тренировки выносливости кардиомиоцитов и увеличение диаметра камеры ЛЖ в результате эксцентрической гипертрофии сердца могут также способствовать ремоделированию ЛЖ, вызванному ИМ. Кроме того, тренировка на выносливость выявляет патологические механизмы, аналогичные геометрии ЛЖ, как хроническое увеличение объема плазмы, вызванное РАС после ИМ. Было показано, что тренировка на выносливость повышает уровень альбумина в плазме у здоровых людей, что способствует увеличению транспорта свободной жирной кислоты в работающие скелетные мышцы для аэробного дыхания [65, 66]. Действительно, опосредованные тренировки на выносливость улучшения пикового поглощения кислорода являются хорошо известной полезной адаптацией к занятиям аэробным стилем; однако связанный с этим рост альбумина увеличивает способность клеток связывать воду, способствуя удержанию воды [64, 67, 68]. Повышенные концентрации альбумина в плазме у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями могут привести к еще большему внутрисосудистому объему, чем один только ИМ. Это вызванное альбумином расширение объема плазмы может увеличить объемную нагрузку на уже скомпрометированный миокард, что также способствует возникновению связанных с перегрузкой состояний, таких как дилатация ЛЖ [69].
Влияние тренировочного сопротивления на сердечную геометрию и функцию
Для сравнения, как механический, так и физиологический ответ миокарда во время резистентных тренировок инициирует компенсаторную морфологию ЛЖ, сходную с таковой при тренировках, но без влияния на альбумин-индуцированную дилатацию камеры. Тренировки с отягощением стимулируют гемодинамические характеристики при перегрузке давлением и задействуют механизмы транспорта глюкозы вместо переносчиков свободных жирных кислот, что исключает необходимость в экспансии альбумина в плазме [70]. Концентрическая гипертрофия сердца — это уникальная адаптация к силовой тренировке, характеризующаяся утолщением стенки ЛЖ без расширения камеры сердца. Концентрическая гипертрофия вызывает адаптивные реакции, такие как латеральное расширение миоцитов сердца и параллельное добавление саркомеров в попытке компенсировать значительное повышение внутрисосудистого давления во время тренировки с отягощениями [71-73]. Хорошо известно, что сократимость миокарда положительно коррелирует с экспрессией α- и β-MyHC в сердце, однако реакция MyHC на тренировку с отягощением может отличаться от реакции на тренировку на выносливость [11, 13-15]. Например, Barauna et al. (2008) не обнаружили изменений в патологических молекулярных маркерах гипертрофии сердца или соотношении α- и β-MyHC при тренировке с отягощением у здоровых самцов крыс линии Вистар [74]. Тем не менее, тренировки с отягощениями вызывают концентрическую гипертрофию сердца, которая значительно увеличивает силу сокращения [61, 75, 76].
В ответ на повышенные перегрузки давлением миокард адаптируется, добавляя новые саркомеры параллельно существующим саркомерам, также известным как концентрическое ремоделирование; этот ответ приводит к: а) большей сократительной силе, б) утолщению стенки ЛЖ, в) отсутствию изменений в отношении размера ЛЖ или объема крови [61, 77, 78]. Конечно, эти приспособления были бы благоприятны для инфаркта миокарда, поскольку увеличение сократительной силы и концентрическое утолщение стенки ЛЖ теоретически может привести к восстановлению систолической функции. Повышенная нагрузка от давления может способствовать благоприятному превращению β-MyHC в α-MyHC. Таким образом, тренировка с отягощениями может в конечном итоге оказаться жизнеспособным вариантом лечения для пациентов с сердечной недостаточностью, у которых уже есть угроза миокарда и ослабление сердечного выброса.
В настоящее время упражнения на выносливость после ИМ являются основным режимом тренировок в реабилитации сердца. Исследования показали, что такая тренировка на выносливость обращает вспять мио-индуцированное переключение изоформы MyHC и улучшает сердечную функцию. Влияние различных форм упражнений (тренировка на выносливость и сопротивление) на распределение изоформ MyHC после ИМ может обеспечить направление исследований в будущем. Тренированное на выносливость сердце подвергается эксцентрической гипертрофии, когда сердечные саркомеры (сократительные единицы в миокарде) последовательно добавляются к существующим саркомерам (удлинение мышечных волокон) из-за вызванного альбумином расширения объема крови [61, 77]. Эксцентрическая гипертрофия приводит к увеличению внутреннего размера ЛЖ. Увеличение ЛЖ необходимо для того, чтобы сердце могло вместить и откачать больше крови, чтобы удовлетворить потребность в аэробном метаболизме во время упражнений. Напротив, в тренированных в сопротивлении сердцах миокард адаптируется, добавляя новые саркомеры параллельно существующим саркомерам, известным как концентрическая гипертрофия. Это приводит к увеличению толщины стенки ЛЖ и сокращающей силы, но не изменяет внутренний размер сердца [61, 77, 78]. Будут ли упражнения с отягощениями также выгодно ослаблять вредное смещение α-β-MyHC и сохранять систолическую функцию после ИМ, еще предстоит выяснить.
По материалам сайта: www.sciencerepository.org
