Интервальные гипоксические тренировки при метаболическом синдроме и родственных состояниях

Метаболический синдром (МС) представляет собой комплекс взаимосвязанных нарушений: абдоминального ожирения, артериальной гипертензии, дислипидемии и нарушенной толерантности к глюкозе, которые в сочетании существенно повышают риск атеросклероза, сахарного диабета II типа и сердечно-сосудистых заболеваний.[1] Распространенность этих состояний чрезвычайно высока. Так, согласно данным нового исследования, опубликованного в журнале «Lancet», в 2022 г. ожирением страдало уже более 1 миллиарда человек в мире.[2]

Это отражается на росте заболеваемости диабетом. Согласно пресс-релизу ВОЗ, к 2024 году число людей с диагностированным сахарным диабетом превысило 800 млн человек.[3] Данный показатель почти в 4 раза превышает данные за 1990 год.

Основой профилактики и лечения метаболических нарушений остаются коррекция образа жизни (диета, физическая активность) и медикаментозная терапия факторов риска. Однако, в последние годы активно исследуются дополнительные нелекарственные методы, способные улучшить метаболический профиль пациентов. Одним из перспективных направлений является интервальная гипоксическая тренировка (ИГТ) – метод контролируемого прерывистого воздействия гипоксией (сниженным содержанием кислорода во вдыхаемом воздухе) для активации адаптационных механизмов организма.

Накопленные данные показывают, что короткие курсы ежедневных гипоксических экспозиций способны привести к существенным положительным сдвигам в состоянии сердечно-сосудистой системы​.[4] Ряд клинических исследований свидетельствует о том, что ИГТ может снижать массу тела, артериальное давление и улучшать липидный профиль у пациентов с метаболическим синдромом.[5][6]

Так, ИГТ оказывает защитное мультиорганное воздействие через несколько механизмов, включая активацию экспрессии генов, снижение окислительного стресса, воспаления и апоптоза. Важными молекулами и факторами, вовлеченными в этот процесс, являются: HIF (фактор, индуцируемый гипоксией), EPO (эритропоэтин), VEGF (фактор роста эндотелия сосудов), SOD (супероксиддисмутаза), GPx (глутатионпероксидаза), Nrf2 (фактор 2, связанный с ядерным фактором эритроида-2), TNF-α (фактор некроза опухоли), IL-1β (интерлейкин 1β), IL-10 (интерлейкин 10), Bcl-2 (В-клеточная лимфома-2), Bcl-xL (В-клеточная лимфома-экстра-большая) и Bax (X-хромосома, ассоциированная с Bcl-2) (рис. 1).

 Рисунок 1. Потенциальные молекулярные механизмы, вызванные прерывистым гипоксическим кондиционированием.

Источник: перевод автора на основе Zhang Q., Zhao W., Li S., Ding Y., Wang Y., Ji X. Intermittent hypoxia conditioning: a potential multi-organ protective therapeutic strategy // International Journal of Medical Sciences, Vol. 20, No. 12, 2023. pp. 1551–1561.

Ключевую роль в процессе ИГТ играет стабилизация фактора, индуцируемого гипоксией-1 (HIF-1). В условиях гипоксии HIF-1 активирует экспрессию генов, ответственных за выживание при снижении O₂, в том числе эритропоэтина (EPO) и сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF).[7]

В свою очередь, эритропоэтин стимулирует эритропоэз и тем самым повышает кислородотранспортную функцию крови, а VEGF способствует неоваскуляризации (образованию новых капилляров) и улучшению перфузии тканей.[8] Одновременно интервальная гипоксия активирует и другие сигнальные пути. В частности, усиливается синтез оксида азота (NO) за счет индукции эндотелиальной и индуцибельной NO-синтазы под влиянием HIF-1.[9] NO вызывает вазодилатацию, улучшает микроциркуляцию и оказывает цитопротективное действие, уменьшая повреждение клеток от ишемии и реперфузии.

Важным звеном адаптации к повторяющимся гипоксическим эпизодам является активация системы антиоксидантной защиты. В ходе циклов гипоксии-реоксигенации образуется умеренное количество реактивных форм кислорода, которое служит сигналом к усилению экспрессии антиоксидантных ферментов (механизм гормезиса). Интервальная гипоксия индуцирует транскрипционный фактор Nrf2 («мастер-регулятор» антиоксидантного ответа),[10] что приводит к повышению активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и других ферментов, нейтрализующих свободные радикалы. Благодаря этому снижается оксидативный стресс, играющий значительную роль в патогенезе инсулинорезистентности и атерогенных процессов при метаболическом синдроме.

ИГТ также влияет на систему иммунного воспаления. Показано, что гипоксическое прекондиционирование способно уменьшать продукцию провоспалительных цитокинов (таких как фактор некроза опухоли-альфа; интерлейкин 1, бета; и интерлейкин 6) и одновременно усиливать выработку противовоспалительных цитокинов (интерлейкин 10).[11]

Интервальный гипоксический тренинг может сместить баланс в сторону противовоспалительного профиля, что потенциально уменьшает хроническое воспаление, характерное для ожирения и диабета. Кроме того, отмечено снижение активности симпатической нервной системы под влиянием серий мягких гипоксических экспозиций. В частности, у пациентов с гипертонией на фоне обструктивного апноэ 15 сеансов ИГТ привели к значимому снижению симпатической активности.[12] Уменьшение симпатического тонуса способствует снижению артериального давления и улучшению чувствительности тканей к инсулину.

Важно отметить, что гипоксически-индуцированные изменения затрагивают и ключевые метаболические пути, связанные с гомеостазом глюкозы и липидов.[13] Активация HIF-1 улучшает утилизацию глюкозы периферическими тканями за счет повышения экспрессии транспортеров глюкозы (GLUT-4) и компонентов инсулинового сигнального пути (например, рецепторов инсулина).[14] В исследовании на преддиабетических пациентах 3-недельный курс ИГТ повысил экспрессию генов HIF-1α и его мишеней (включая ген инсулинового рецептора), что сопровождалось снижением уровня глюкозы натощак и улучшением толерантности к глюкозе. [15]  Причем максимальные положительные эффекты проявлялись через месяц после окончания тренировок. Иными словами, гипоксическая стимуляция может «перепрограммировать» метаболизм в сторону повышения чувствительности к инсулину, опосредованно через активацию HIF-1-зависимых генов.

Также ИГТ благотворно сказывается на липидном обмене и энергетическом балансе. Тренировки в гипоксических условиях усиливают окисление жирных кислот и тем самым способствуют снижению жировой массы тела.[16] Имеются данные, что даже кратковременное пребывание на высокогорье ведет к снижению аппетита и потребления пищи, отчасти за счет изменений в гормонах аппетита (например, лептине и грелине).[17]

В контролируемых условиях интервальной гипоксии наблюдается схожий эффект уменьшения аппетита и нормализации дисбаланса адипокинов, что приводит к постепенному уменьшению массы тела при повторяющихся сеансах гипокситерапии. Кроме того, гипоксическая активация PGC-1α и связанных с ним путей может улучшать функцию митохондрий и тем самым повышать общий уровень окислительного метаболизма. Все перечисленные механизмы (от гемодинамических до молекулярно-генетических) совместно обусловливают многогранное положительное воздействие интервальных гипоксических тренировок на организм пациентов с метаболическими нарушениями.

Установлено, что применение гипоксических экспозиций, как в монотерапии, так и в сочетании с системной гипертермией и аппаратной вибрационной стимуляцией, обусловливает статистически значимое снижение массы тела преимущественно за счет редукции жировой компоненты. Указанные эффекты сопровождаются улучшением липидного профиля (в виде снижения концентраций общего холестерина, липопротеидов низкой плотности и глицеридов), нормализацией системного артериального давления, повышением толерантности к гипоксическим воздействиям, ростом показателей общей физической работоспособности и улучшением параметров психоэмоционального состояния.[18]

При персонифицированном подборе параметров гипоксических стимулов, их индивидуализированном дозировании, а также рациональном сочетании с иными физиотерапевтическими модуляциями, данный метод демонстрирует высокий потенциал в рамках комплексных программ терапии и медицинской реабилитации пациентов с метаболическим синдромом. Периодическое воздействие перемежающейся гипоксии и гипероксии способствует активации адаптационно-компенсаторных механизмов организма, значимо расширяя его функциональные резервы. При этом установлено, что адаптация к чередующимся гипоксическим и гипероксическим стимулам развивается быстрее и обладает более выраженным цитопротективным эффектом по сравнению с традиционными режимами монофазной гипоксической экспозиции [10].[19]

Машанская А. В. и соавт. (2024)[20] в рамках клинического исследования рассмотрели влияние включения интервальных гипоксических тренировок (ИГТ) в комплексную программу реабилитации подростков с ожирением и артериальной гипертензией. В исследование были включены 72 подростка в возрасте 13-17 лет с диагностированным ожирением (ИМТ SDS > 2,0) или избыточной массой тела (SDS от +1,0 до +2,0) и стойкой артериальной гипертензией, подтвержденной по данным офисных измерений и суточного мониторирования артериального давления (СМАД). Обе группы получали стандартизированное вмешательство, включающее сбалансированный рацион и ЛФК. Основная группа дополнительно проходила курс ИГТ по оригинальной методике авторов.

Была проведена оценка антропометрических данных, показателей СМАД, вариабельности сердечного ритма, биохимических параметров, а также уровня тревожности с использованием стандартизированных опросников. Добавление ИГТ к базовой терапии привело к достоверному снижению показателей артериального давления (САД: p = 0,03; t = 2,2; ДАД: p = 0,01; t = 2,6), а также к уменьшению вагосимпатического индекса и снижению сердечно-сосудистой реактивности по данным ортостатической пробы (p = 0,04). Отмечено значимое снижение уровня тревожности по результатам психометрических опросников в сравнении с контрольной группой (p < 0,01).

Интервальные гипоксические тренировки представляют собой перспективный вспомогательный метод реабилитации и лечения при метаболическом синдроме, ожирении, преддиабете и связанных с ними состояниях. Механизмы действия ИГТ многообразны: активация HIF-1 и других факторов приводит к улучшению кислородотранспортной функции и ангиогенезу, включаются антиоксидантные и противовоспалительные пути, улучшается чувствительность к инсулину и т. д. Клинические исследования подтверждают, что курсы гипоксических тренировок могут снижать массу тела (преимущественно за счет жировой ткани), улучшать липидный профиль, уменьшать артериальное давление и воспалительные маркеры, а также улучшать толерантность к глюкозе. Причем положительные эффекты нередко сохраняются в течение недель и месяцев после завершения курса, свидетельствуя о формировании стойкой адаптации. Включение интервальных гипоксических тренировок в комплексные программы управления весом и метаболическим здоровьем может открыть новые возможности в профилактике и лечении наиболее распространенных заболеваний современности.

Библиография:

1. Bestavashvili A., Glazachev O., Bestavashvili A., Suvorov A., Zhang Y., Zhang X., Rozhkov A., Kuznetsova N., Pavlov C., Glushenkov D., Kopylov P. Intermittent hypoxic-hyperoxic exposures effects in patients with metabolic syndrome: correction of cardiovascular and metabolic profile // Biomedicines, Vol. 10, No. 3, 2022.
2. Costalat G., Lemaitre F, Tobin B, Renshaw G. Intermittent hypoxia revisited: a promising non-pharmaceutical strategy to reduce cardiometabolic risk factors? // Sleep Breath, No 22, 2018. pp. 267–271.
3. Glazachev O.S., Zvenigorodskaya L.A., Dudnik E.N., Yartseva L.A., Mishchenkova T.V., Platonenko A.V., Spirina G.K. Interval hypo-hy- peroxic training in the treatment of metabolic syndrome // Clinical gastroenterology, 2010.  pp. 51–56.
4. Hobbins L, Hunter S, Gaoua N, Girard O. Normobaric hypoxic conditioning to maximize weight loss ameliorate cardio-metabolic health in obese populations: a systematic review // Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. No 313, 2017. pp. 251–264.
5. Mallet R.T., Manukhina E.B., Ruelas S.S. et al. Cardioprotection by intermittent hypoxia conditioning- evidence, mechanisms, and therapeutic potential //Am J Physiol Heart Circ Physiol, No 315, 2018.
6. Panza G.S., Puri S., Lin H.S., et al. Daily exposure to mild intermittent hypoxia reduces blood pressure in male patients with obstructive sleep apnea and hypertension // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, Vol. 205, 2022. pp. 949–958.
7. Park H.Y., Kim J., Park M.Y., et al. Exposure and exercise training in hypoxic conditions as a new obesity therapeutic modality: a mini review // Journal of Obesity & Metabolic Syndrome. Vol. 27, 2018. pp. 93–101.
8. Serebrovska T.V., Portnychenko A.G., Drevytska T.I., Portnichenko V.I., Xi L., Egorov E., Gavalko A.V., Naskalova S., Chizhova V., Shatylo V.B. Intermittent hypoxia training in prediabetes patients: beneficial effects on glucose homeostasis, hypoxia tolerance and gene expression // Experimental Biology and Medicine (Maywood), Vol. 242, No. 15, 2017.  pp. 1542–1552.
9. Serebrovskaya T.V., Xi L. Intermittent hypoxia training as non-pharmacologic therapy for cardiovascular diseases: Practical analysis on methods and equipment // Experimental Biology and Medicine (Maywood). Vol. 241, No. 15, 2016. pp. 1708–1723.
10. Shu L., Wang C., Wang J., et al. The neuroprotection of hypoxic preconditioning on rat brain against traumatic brain injury by up-regulated transcription factor Nrf2 and HO-1 expression // Neuroscience Letters, Vol. 611, 2016. pp. 74–80.
11. Sondell M, Lundborg G, Kanje M. Vascular endothelial growth factor has neurotrophic activity and stimulates axonal outgrowth, enhancing cell survival and Schwann cell proliferation in the peripheral nervous system // J Neurosci, No 19, 1999. pp 5731–5740.

12. Yu H, Xu Z, Qu G. et al. Hypoxic Preconditioning Enhances the Efficacy of Mesenchymal Stem Cells-Derived Conditioned Medium in Switching Microglia toward Anti-inflammatory Polarization in Ischemia/Reperfusion // Cell Mol Neurobiol, No 41, 2021. pp. 505–524.
13. Zhang Q., Zhao W., Li S., Ding Y., Wang Y., Ji X. Intermittent hypoxia conditioning: a potential multi-organ protective therapeutic strategy // International Journal of Medical Sciences, Vol. 20, No. 12, 2023. pp. 1551–1561.
14. В настоящее время каждый восьмой человек страдает ожирением // Официальный сайт ВОЗ [Электронный ресурс] URL: https://www.who.int/ru/news/item/01-03-2024-one-in-eight-people-are-now-living-with-obesity (дата обращения: 18.04.2025)
15. Ельчанинова С. А., Смгина И. В., Кореняк Н. А., Варшавский Б. Я. Влияние интервальной гипоксической тренировки на процессы перекисного оксичления липидов и активность антиоксиидантных ферментов // Физиология Человека, том 29, № 3, 2003ю М., 2003. С. 72–75.
16. Машанская А. В., Рычкова Л. В., Бугун О. В., Погодина А. В., Власенко А. В. Реабилитация детей и подростков, страдающих ожирением // Вестник физиотерапии и курортологии, № 1, 2024. С. 119.
17. Цыганова Т. Н. Обоснование применения гипо-гипероксических тренировок у пациентов с метаболическим синдромом // Физиотерапевт, № 2, 2022.
18. Четырехкратное увеличение числа случаев заболевания диабетом во всем мире за последние десятилетия требует неотложных мер // Официальный сайт ВОЗ [Электронный ресурс] URL: https://www.who.int/ru/news/item/13-11-2024-urgent-action-needed-as-global-diabetes-cases-increase-four-fold-over-past-decades (дата обращения: 18.04.2025).