Тренировка с ограничением кровотока — это метод, интерес к которому растет в последнее десятилетие. Данный подход был признан дополнительным инструментом в реабилитационной медицине, спортивных и клинических группах населения. Низкоинтенсивные аэробные или силовые тренировки в сочетании ограничением кровотока способствуют сопоставимому увеличению мышечной массы, силы и кардиореспираторной выносливости, наблюдаемому во время высокоинтенсивных упражнений без ограничения кровотока. Этот метод имеет потенциальные терапевтические преимущества для лечения и реабилитации людей с функциональными нарушениями, таких как пожилые люди, пациенты с ортопедическими, сердечно-сосудистыми, неврологическими, метаболическими заболеваниями. В этом обзоре мы приводим немногочисленные исследования применения тренировок с ограничением кровотока на различных клинических группах населения.
Сверчков В.В., Быков Е.В.
Уральский государственный университет физической культуры (Россия, Челябинск)
Известно, что атрофия мышц связана с более высоким риском смертности от всех причин, сердечно-сосудистых, респираторных заболеваний и рака среди населения в целом [1], а также с более высокой смертность у пациентов в критическом состоянии [2]. Таким образом, раннее выявление и лечение саркопении/атрофии мышц может иметь решающее значение для снижения риска смертности и обеспечения здорового долголетия.
Долгое время считалось, что для достижения прироста мышечной массы и силы необходимы высокоинтенсивные силовые тренировки. Однако тренировки с ограничением кровотока (ТОК) в корне опровергли это предположение. Исследования последних десятилетий показали, что положительные эффекты силовых нагрузок могут быть достигнуты даже при небольшом внешнем отягощении, когда ограничивается приток крови к работающим мышцам и прерывается венозный возврат от работающей конечности к сердцу. Несколько систематических обзоров и метаанализов показали, что ТОК увеличивают мышечную силу, мышечную массу, выносливость и физическую работоспособность у здоровых молодых и пожилых лиц [3, 4]. Эти исследовательские данные предлагают многочисленные возможности применения ТОК и для клинических групп населения. Врачи и терапевты в реабилитационной практике часто сталкиваются с дилеммой сохранения или увеличения мышечной массы и силы посредством классических высокоинтенсивных силовых тренировок, которым противостоит сниженная способность опорно-двигательного аппарата пациентов, саркопенические состояния и плохая переносимость подобных нагрузок. Таким образом, применение ТОК в клинических условиях является перспективным направлением в исследованиях.
Таким образом, целью данного обзора предоставить исследовательские данные применения ТОК в клинических группах населения.
Применение тренировок с ограничением кровотока в реабилитации опорно-двигательного аппарата.
Протоколы реабилитации после реконструкции передней крестообразной связки (ПКС) сосредоточены на восстановлении функции пациента с использованием индекса симметрии конечностей. Атрофия мышц бедра [5], а также снижение силы четырехглавой мышцы бедра и подколенного сухожилия [6] обычно наблюдаются после реконструкции ПКС. Эти отрицательные эффекты могут сохраняться более 2 лет после реконструкции [7] и отрицательно влиять на риск повторного повреждения ПКС, кинезиофобию и возвращению к физической активности [8].
Текущие клинические рекомендации указывают на то, что для устранения асимметрии мышечной силы назначаются тренировки с отягощениями от умеренной до высокой интенсивности (~60%-80% от 1 повторного максимума) [9]. Однако нагрузки такой интенсивности изначально противопоказаны после операции и могут оказаться слишком напряженными в конце реабилитационного протокола из-за боли в суставах или кинезиофобии. И хотя недавний систематический обзор и метаанализ пришел к неубедительным доказательствам использования ТОК после реконструкции ПКС, есть свидетельства о положительном влиянии данного метода на улучшение размера мышц и силы разгибателей и сгибателей колена [10]. При этом Baris B. Koc в другом систематическом обзоре и метаанализе показали, что ТОК после реконструкции ПКС могут быть полезны для увеличения силы и массы четырехглавой мышцы бедра по сравнению с тренировками без ограничения кровотока [11]. Кроме того, ТОК может уменьшить боль в коленном суставе по сравнению с тренировкой без ограничения с аналогичным эффектом на ослабление трансплантата ПКС [11].
Остеоартроз коленного сустава также является одним из наиболее частых заболеваний опорно-двигательного аппарата у пожилых людей. Пациенты испытывают снижение мышечной силы, боль, тугоподвижность суставов и, как следствие, снижение качества жизни. Систематический обзор рандомизированных контролируемых исследований влияния ТОК на пациентов с остеоартрозом коленного сустава установил, что данный метод эффективен для укрепления мышц и уменьшения дискомфорта и боли в коленном суставе [12].
Саркопения определяется как прогрессирующее заболевание скелетных мышц, которое связано с повышенной вероятностью неблагоприятных исходов, включая падения, переломы, физическую инвалидность и смертность [13]. Лечение саркопении включает в себя различные методы, такие как: повышение физической активности, пищевые добавки и физические упражнения, из которых наиболее эффективными являются именно силовые тренировки [14]. Однако тренировки с отягощениями, выполняемые с высокой интенсивностью, необходимой для достижения оптимальной физиологической адаптации, могут быть трудными для пожилых людей с саркопенией или предрасположенных к ней, а также связаны с более высоким риском травм [15]. Таким образом, ТОК были предложены в качестве потенциального метода улучшения силы и массы скелетных мышц, а также снижения риска травм у пожилых людей с саркопенией [16].
Систематический обзор и метаанализ влияния ТОК на людей со скелетно-мышечными заболеваниями показал, что ТОК по сравнению с тренировкой с той же нагрузкой, но без ограничения кровотока более эффективно улучшала силу и массу скелетных мышц [17]. Другой систематический обзор и метаанализ установил, что ТОК значительно улучшают функциональные показатели в тестах Timed Up & Go, 30CST и на силу разгибателей коленного сустава у пожилых людей [18]. Не смотря на обнадеживающие результаты систематических обзоров и метаанализов, необходимо дальнейшее изучение влияния ТОК на субъектах, находящихся ниже пороговых значений для саркопении.
Применение тренировок с ограничением кровотока при сердечно-сосудистых заболеваниях.
Несколько предыдущих исследований сообщили о влиянии ТОК на пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. В первом исследовании оценивались гемостатические и воспалительные реакции после ТОК у 9 пациентов со стабильной ишемической болезнью сердца [19]. В исследовании не наблюдалось увеличение D-димера и С-реактивного белка после ТОК, подтверждая профиль безопасности применения этого метода в этой небольшой выборке пациентов. В другом исследовании оценивались эффекты 12-ти недельной программы ТОК у 21 пациента, перенесшего сердечно-сосудистую операцию [20]. Во время тренировок контролировались электрокардиограмма, скорость воспринимаемой нагрузки и цвет нижних конечностей. Во время проведения исследования побочных эффектов не наблюдалось, что подтверждает безопасность применения ТОК.
Креатинфосфокиназа и D-димер были в норме через 3 месяца после начала исследования. Толщина четырехглавой мышцы бедра, индекс массы скелетных мышц, скорость ходьбы, сила разгибателей колена увеличились через 3 месяца использования ТОК [20].
Еще в одном исследовании оценивалось влияние 8-недельной программы ТОК на силу разгибания ног, гемодинамику, сосудистую функцию и маркеры крови у пациентов с ишемической болезнью сердца [21]. Низкоинтенсивные силовые ТОК значительно увеличили мышечную силу (1 повторный максимум, +8,96 кг, р<0,001) и снижали систолическое артериальное давление (САД) (-6,77 мм рт. ст.; p = 0,030), а также наблюдалась положительная динамика в улучшении эндотелиальной функции (опосредованная потоком вазодилатация, +1,55%; p = 0,079), тогда как диаметр латеральной широкой мышцы бедра (+0,09 см, p = 0,096) и чувствительность к инсулину (HOMA IR 1,15, p = 0,079) существенно не изменились после исследования [21].
Tim Kambič и др. [22] также установили, что ТОК значительно улучшали САД (-10 мм рт. ст.; P = 0,020) и имели тенденцию к снижению диастолического артериального давления (ДАД) (-2 мм рт. ст.; P = 0,066), при этом не наблюдалось изменений в значениях N-концевого прогормона натрийуретического гормона B-типа, фибриногена и D-димера [22]. Также ТОК улучшили тест 6-минутной ходьбы на 39,0 м (ДИ 7,0–71,1, P =0,019), увеличили максимальную изометрическую силу на 29,7 Нм (ДИ 10,8–48,6, P =0,003), улучшили качество жизни на 5,4 балла (ДИ от -0,04 до 10,9; P =0,052), повышал функцию митохондрий на 19,1 пмоль/с на миллиграмм (ДИ 7,3–30,8; P = 0,002) по сравнению с контролем у пациентов с застойной сердечной недостаточность [23]. Причем недавно было установлено, что упражнения с очень низкой интенсивностью (10% от максимальной произвольной силы) в сочетании с ТОК активируют мышцы также, как и при использовании 20 % МПС у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, что позволяет минимизировать нагрузку и максимизировать пользу от ТОК [24].
Тренировки с ограничением кровотока при сахарном диабете, метаболическом синдроме, ожирении.
В недавних обзорах были указаны возможные теоретические положительные преимущества применения ТОК у пациентов как с сахарным диабетом 1 типа [25], так и с сахарным диабетом 2 типа (СД2) [26]. 8-недельный протокол ТОК у лиц с СД2 снижал уровни фибриногена и глюкозы в плазме [27]. Хотя в другом исследовании было установлено, что ТОК у лиц с СД2 индуцировала тромбоцитоз, но при этом реакция маркеров CD тромбоцитов была аналогичной, что и при силовой тренировке высокой интенсивности (80% МПС) без ограничения кровотока [28]. Исследование на крысах с СД2 показало, что ТОК в сочетании с электрической стимуляцией предотвращает атрофию мышц, связанную с диабетом, путем усиления ингибирования конечных продуктов гликирования, что приводит к активации синтеза белка [29].
I. Satoh [30] продемонстрировал благоприятное влияние ТОК на лиц с метаболическим синдромом (МС), о чем свидетельствуют снижение САД и ДАД на 10%, уровня гликированного гемоглобина на 10%, уровня холестерина липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) на 8% и потерю веса на 10% без каких-либо побочных эффектов. К сожалению, исследование не включало контрольную группу. В другом исследовании как ТОК, так и высокоинтенсивные силовые тренировки приводили к снижению уровней глюкозы и триглицеридов в плазме, САД, обхвату талии, z-показателю тяжести МС, а также увеличению уровня липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) в плазме у лиц с МС [31]. Также ТОК эффективно повышали силовые способности [32], увеличивали массу мышц и снижали массу жира у лиц с МС [33].
Систематический обзор и метаанализ, изучающий влияние ТОК на антропометрические показатели и липиды крови у взрослых с избыточной массой тела/ожирением, установил, что ТОК значительно снижали индекс массы тела, процент жира в организме, окружность талии, уровень общего холестерина и ЛПНП, уровень триглицеридов и увеличивает уровень ЛПВП [34]. В другом исследовании с участием 72 взрослых, страдающих ожирением, 24 сеанса высокоинтенсивных аэробных тренировок с ограничением кровотока в течение 12 -недельного периода с использованием велоэргометра было продемонстрировано, что ТОК в большей степени снижали общий и абдоминальный жир, а также улучшали уровень глюкозы по сравнению с высокоинтенсивными аэробными тренировками без ограничения кровотока [35]. Также тренировки на велосипеде с 40% МПК в сочетании с ограничением кровотока, эффективно изменяли толщину кожной складки на бедре и животе, окружность талии, жировую массу, процентное содержание жира в организме, индекс массы тела, уровни глюкозы, общего холестерина, триглицеридов, ЛПНП и ЛПВП у студентов колледжей мужского пола с ожирением [36].
Тренировки с ограничением кровотока при неврологических заболеваниях.
Неврологические заболевания представляют собой серьезные расстройства, которые вызывают различную степень инвалидности и снижение качества жизни [37]. Существует несколько терапевтических возможностей, включая консервативное лечение, с целью улучшить качество жизни, сохранить подвижность суставов, облегчить боль и снизить мышечный тонус [38].
На данный момент имеются результаты некоторых исследований о влиянии ТОК на пациентов с неврологическими проблемами, такими как болезнь Паркинсона [39], рассеянный склероз [40, 41, 42], травма спинного мозга [43], инсульт [44] и детский церебральный паралич [45].
Недавний систематический обзор, изучающий научные данные об использовании ТОК при лечении неврологических расстройств, установил, что данный метод тренировок эффективно увеличивал толщину мышц у детей со спастичностью [46], церебральным параличем [45], а также повышал размер скелетных мышц и мышечную силу запястья и функции рук у людей с травмами спинного мозга [43, 47]. ТОК хорошо переносится людьми с рассеянным склерозом, требуя меньших мышечных усилий и не вызывая боли по сравнению с тренировками высокой интенсивности [40]. Ни в одной из статей данного систематического обзора не было зафиксировано побочных эффектов [48].
Таким образом, ТОК оказывается полезным инструментом реабилитации при неврологических расстройствах с отсутствием побочных эффектов. В исследованиях обнаружены улучшения в сенсомоторной функции, симметрии частоты и длины шага, воспринимаемой нагрузке, частоте сердечных сокращений, скорости походки, выносливости при ходьбе, качестве жизни, толщине мышц, плотности ягодичных мышц и снижении утомления [48].
Тренировки с ограничением кровотока при хронической болезни почек.
Хроническая болезнь почек (ХБП) состоит из повреждения почек и прогрессирующей и необратимой потери функции почек (клубочковой, канальцевой и эндокринной). Пациенты с ХБП демонстрируют значительную потерю силы и мышечной массы, что приводит к высокой распространенности слабости, ограничения подвижности и повышенному риску смертности, особенно на более поздних стадиях заболевания [49]. Таким образом, положительные преимущества ТОК для увеличения силы и массы скелетных мышц при минимальных механических нагрузках являются хорошей альтернативой для лиц с ХБП. Так в 6-месячном рандомизированном контролируемом исследовании с участием 90 пациентов мужского и женского пола со второй стадией ХБП использование ТОК снижало САД и ДАД, жировую массу, маркеры окислительного стресса, вазопрессин, при этом повышались маркеры антиоксидантной защиты, мышечной силы, ослаблялось снижение клубочковой фильтрации, что подразумевает положительный эффект после тренировок [50].
В другом исследовании показано, что ТОК способствовали снижению профиля воспаления (IL-6, IL-10, IL-15, IL-17a, IL-18, С-реактивный белок и фактор некроза опухоли-альфа), а также улучшали гомеостаз глюкозы и ослабляли прогрессирование клубочковой фильтрации у лиц со второй стадией ХБП [51]. Еще в одном исследовании наблюдалось улучшение вегетативной функции сердца после 6-месячной программы ТОК у лиц с ХБП [52]. Интрадиализные упражнения в сочетании с ограничением кровотока также оказались более эффективными, чем стандартные упражнения, в повышении адекватности гемодиализа, оценённому по восстановлению мочевины и фосфора, коэффициенту снижения мочевины и удалению мочевины и фосфора в диализате [53], а также в повышении выносливости при ходьбе [54] При этом в некоторых исследованиях не наблюдалось различий в изометрической мышечной силе, окружности предплечья, силе хвата и функциональных способностях после ТОК по сравнению с тренировками без ограничения кровотока [55, 56].
Несмотря многообещающие результаты исследований для данной популяции людей, необходимы дополнительные исследования для определения оптимальной программы ТОК для лиц с ХБП.
Тренировки с ограничением кровотока для пациентов с COVID-19.
У пациентов с COVID-19, перенесших искусственную вентиляцию легких, наблюдается слабость, приобретенная в отделении интенсивной терапии, а также деградация/атрофия мышц [57]. Миопатия, приобретенная в отделении интенсивной терапии, включает тяжелую мышечную атрофию, которая затрагивает волокна как типа I, так и типа II, наряду со значительной потерей белка толстых нитей миозина, дезорганизацией саркомеров и электрической гиповозбудимостью [57]. На данный момент существуют предпосылки для использования ТОК для противодействия тяжелой мышечной атрофии и низкой мышечной силы в отделениях интенсивной терапии, что, возможно, обеспечит терапевтический альтернативный подход к традиционной реабилитации лиц с COVID-19 [58].
Систематический обзор, изучающий влияние ограничения кровотока без упражнений на снижение силы и атрофию мышц бедра у субъектов, находящихся в состоянии иммобилизации нижних конечностей, установил, что данный подход может быть эффективной контрмерой для снижения силы и атрофии [59]. 11-дневный протокол применения ограничения кровотока без упражнений у 20 пожилых пациентов, поступивших в отделение интенсивной терапии, позволил снизить скорость атрофии мышц, не вызывая побочных эффектов [60].
Несколько метаанализов сообщили о повышенном уровне факторов, вызывающих повреждение скелетных мышц (т. е. креатинкиназы, лактатдегидрогеназы, миоглобина), связанных с COVID-19 [61,62]. Учитывая сочетание длительной иммобилизации и ранее существовавшего воспалительного и оксидантно-антиоксидантного дисбаланса, острые физиологические нарушения, связанные с высокоинтенсивными упражнениями, могут быть вредными для тех, кто выздоравливает от тяжелой формы COVID-19.
Напротив, недавний систематический обзор и метаанализ [63] показал, что ТОК приводят к меньшему резкому повышению биомаркеров окислительного стресса по сравнению с упражнениями высокой интенсивности без ограничения кровотока. К тому же ТОК приводят к меньшему повреждению мышц на основании прямых (целостность мышечных волокон) и косвенных (изменения мышечной силы, диапазона движений, маркеров крови) оценок [64]. Соответственно, ТОК представляют собой новый метод увеличения размера мышц, мышечной силы и аэробной способности, которые вызывают относительно меньшее резкое повышение окислительного стресса и повреждения мышц по сравнению с высокоинтенсивными упражнениями. Таким образом, этот метод обеспечивает альтернативный способ восстановления физической функции, который с меньшей вероятностью может усугубить патофизиологические механизмы COVID-19.
Выводы. Таким образом, ТОК можно рассматривать как новый клинический инструмент достижения физиологической адаптации для людей, которые не могут безопасно переносить упражнения с высоким мышечным напряжением или тех, кто не может производить волевую мышечную активность. Однако необходимы дальнейшие исследования для установления параметров безопасного применения ТОК для широкого клинического внедрения.
Быков Евгений Витальевич – доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой спортивной медицины и физической реабилитации, проректор по научно-исследовательской работе, Уральский государственный университет физической культуры. Челябинск, Россия.
454091, г. Челябинск, ул. Орджоникидзе, 1.
Телефон: 8(351)2170358.
Эл. почта: bykovev@uralgufk.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7506-8793
Сверчков Вадим Владимирович – младший научный сотрудник НИИ олимпийского спорта, аспирант кафедры спортивной медицины и физической реабилитации, Уральский государственный университет физической культуры. Челябинск, Россия.
454091, г. Челябинск, ул. Орджоникидзе, 1.
Эл. почта: Vadim.sverchkov@yandex.ru
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3650-0624