sibmedСибирский научный медицинский журналСибирский научный медицинский журнал2410-25122410-2520ИЦиГ СО РАН10.18699/SSMJ20250312sibmed-2244Research ArticleМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOMEDICINEБиоэлектрический импеданс и морфометрия левого желудочка сердца крыс после физических нагрузок разной длительностиBioelectrical impedance of the left ventricle of the rat heart during physical exercise of different durationshttps://orcid.org/0000-0002-7555-9306КоломеецН. Л.KolomeyetsN. L.

Наталия Леонидовна Коломеец, к. ф.-м. н.

167982; ул. Коммунистическая, 24; Сыктывкар

Natalia L. Kolomeyets, candidate of physico-mathematical sciences

167982; Kommunisticheskaya st., 24; Syktyvkar

kolomeec@frc.komisc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6140-1252ИвонинА. Г.IvoninA. G.

Алексей Геннадьевич Ивонин, к. б. н.

167982; ул. Коммунистическая, 24; Сыктывкар

Alexey G. Ivonin, candidate of biological sciences

167982; Kommunisticheskaya st., 24; Syktyvkar

https://orcid.org/0000-0003-3517-4169ГуляеваА. С.GulyaevaA. S.

Анна Сергеевна Гуляева, к. б. н.

167982; ул. Коммунистическая, 24; Сыктывкар

Anna S. Gulyaeva, candidate of biological sciences

167982; Kommunisticheskaya st., 24; Syktyvkar

https://orcid.org/0000-0002-6108-1444РощевскаяИ. М.RoshchevskayaI. M.

Ирина Михайловна Рощевская, д. б. н., чл.-корр. РАН

167982; ул. Коммунистическая, 24; Сыктывкар

Irina M. Roshchevskaya, doctor of biological sciences, corresponding member of RAS

167982; Kommunisticheskaya st., 24; Syktyvkar

compcard@mail.ruКоми научный центр УрО РАНРоссияKomi Science Centre of UrB RASRussian Federation202513072025453112119Copyright © Коломеец Н.Л., Ивонин А.Г., Гуляева А.С., Рощевская И.М., 20252025Коломеец Н.Л., Ивонин А.Г., Гуляева А.С., Рощевская И.М.Kolomeyets N.L., Ivonin A.G., Gulyaeva A.S., Roshchevskaya I.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibmed.elpub.ru/jour/article/view/2244

   Регулярные физические упражнения вызывают морфофункциональные изменения сердца в зависимости от нагрузки.

   Целью исследования было выявить изменения показателей биоимпедансной спектроскопии левого желудочка сердца у крыс после физических нагрузок (плавания) разной длительности.

   Материал и методы

   Материал и методы. Выполнена морфологическая и биоимпедансная оценка левого желудочка сердца у самцов крыс, прошедших 12-недельный курс плавания, и у интактных животных. Плаванию (5 раз в неделю) подвергали две группы крыс: опытную (по 200 минут в день) и контрольную (по 5 минут в день).

   Результаты и их обсуждение. Гистологическими исследованиями показано увеличение диаметра кардиомиоцитов в левом желудочке сердца у животных опытной и контрольной групп в сравнении с интактными крысами. У животных, подвергавшихся длительной физической нагрузке, выявлено значимое увеличение реактивного сопротивления биоэлектрического импеданса левого желудочка сердца при частоте электрического тока 50 кГц по сравнению с плававшими по пять минут в день, указывающее на большие изменения объема мышечной ткани. Отмечено увеличение активного сопротивления биоэлектрического импеданса левого желудочка сердца наряду с меньшим объемом соединительной ткани у крыс опытной группы в сравнении с контрольными. Амплитуда биоэлектрического импеданса миокарда левого желудочка сердца у крыс опытной группы была больше, чем у животных контрольной (при 30 и 50 кГц) и интактной (при 100 кГц) групп, что указывает на различия в объеме межклеточного и внутриклеточного пространства.

   Заключение

   Заключение. У крыс под воздействием длительных физических нагрузок плаванием в течение 12 недель выявлены морфометрические и биоимпедансные изменения левого желудочка сердца, связанные с физиологическим ремоделированием миокарда.

   Regular physical exercise causes morphofunctional changes in the heart depending on the load.

   The aim of our study was to identify changes in the bioimpedance spectroscopy parameters of the left ventricle of the heart in rats after physical exercise (swimming) of different duration.

   Material and methods

   Material and methods. Morphological and bioimpedance assessment of the left ventricle of the heart was performed in male rats that underwent a 12-week swimming course and in intact animals. Two groups of rats were subjected to swimming (5 times a week): the experimental (200 minutes a day) and the control (5 minutes a day).

   Results and discussion. Histological studies have shown an increase in the diameter of cardiomyocytes in the left ventricle of the heart in animals of the experimental and control groups compared to intact rats. In animals subjected to prolonged physical exercise, a significant increase in the reactance of the bioelectrical impedance of the left ventricle of the heart at an electric current frequency of 50 kHz was revealed compared to those swimming for five minutes a day, indicating greater changes in muscle tissue volume. An increase in the active resistance of the bioelectrical impedance of the left ventricle of the heart was noted along with a smaller volume of connective tissue in the rats of the experimental group compared to the control. The amplitude of the bioelectrical impedance of the myocardium of the left ventricle of the heart in rats of the experimental group was greater than in animals of the control (at 30 and 50 kHz) and intact (at 100 kHz) groups, which indicates differences in the volume of intercellular and intracellular space.

   Conclusions

   Conclusions. In rats under the influence of prolonged physical exercise by swimming for 12 weeks, morphometric and bioimpedance changes in the left ventricle of the heart associated with physiological remodeling of the myocardium were revealed.

биоимпеданс миокардаплаваниепринудительные тренировкиремоделирование левого желудочка сердцаmyocard bioimpedanceswimmingforced trainingleft ventricular remodelingРабота выполнена в рамках Государственного задания по плану НИР № 125012300706-7The work was carried out within the framework of the State assignment according to the research plan No. 125012300706-7ReferencesBei Y., Wang L., Ding R., Che L., Fan Z., Gao W., Liang Q., Lin S., Liu S., Lu X., … Xiao J. Animal exercise studies in cardiovascular research: Current knowledge and optimal design - A position paper of the Committee on Cardiac Rehabilitation, Chinese Medical Doctors’ Association. J. Sport Health. Sci. 2021;10(6):660–674. doi: 10.1016/j.jshs.2021.08.002Bei Y., Wang L., Ding R., Che L., Fan Z., Gao W., Liang Q., Lin S., Liu S., Lu X., … Xiao J. Animal exercise studies in cardiovascular research: Current knowledge and optimal design - A position paper of the Committee on Cardiac Rehabilitation, Chinese Medical Doctors’ Association. J. Sport Health. Sci. 2021;10(6):660–674. doi: 10.1016/j.jshs.2021.08.002Soares D.D.S., Pinto G.H., Lopes A., Caetano D.S.L., Nascimento T.G., Andrades M.E., Clausell N., Rohde L.E.P., Leitão S.A.T., Biolo A. Cardiac hypertrophy in mice submitted to a swimming protocol: influence of training volume and intensity on myocardial renin-angiotensin system. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2019;316(6):R776–R782. doi: 10.1152/ajpregu.00205.2018Soares D.D.S., Pinto G.H., Lopes A., Caetano D.S.L., Nascimento T.G., Andrades M.E., Clausell N., Rohde L.E.P., Leitão S.A.T., Biolo A. Cardiac hypertrophy in mice submitted to a swimming protocol: influence of training volume and intensity on myocardial renin-angiotensin system. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2019;316(6):R776–R782. doi: 10.1152/ajpregu.00205.2018Yan Z., Zeng N., Li J., Liao T., Ni G. Cardiac effects of treadmill running at different intensities in a rat model. Front. Physiol. 2021:12:774681. doi: 10.3389/fphys.2021.774681Yan Z., Zeng N., Li J., Liao T., Ni G. Cardiac effects of treadmill running at different intensities in a rat model. Front. Physiol. 2021:12:774681. doi: 10.3389/fphys.2021.774681Martins P.C., Moraes M.S., Silva D.A.S. Cell integrity indicators assessed by bioelectrical impedance : A systematic review of studies involving athletes. J. Bodyw. Mov. Ther. 2020;24(1):154–164. doi: 10.1016/j.jbmt.2019.05.017Martins P.C., Moraes M.S., Silva D.A.S. Cell integrity indicators assessed by bioelectrical impedance : A systematic review of studies involving athletes. J. Bodyw. Mov. Ther. 2020;24(1):154–164. doi: 10.1016/j.jbmt.2019.05.017Cebrián-Ponce Á., Irurtia A., Carrasco-Marginet M., Saco-Ledo G., Girabent-Farrés M., Castizo-Olier J. Electrical impedance myography in health and physical exercise : a systematic review and future perspectives. Front. Physiol. 2021;12:740877. doi: 10.3389/fphys.2021.740877Cebrián-Ponce Á., Irurtia A., Carrasco-Marginet M., Saco-Ledo G., Girabent-Farrés M., Castizo-Olier J. Electrical impedance myography in health and physical exercise : a systematic review and future perspectives. Front. Physiol. 2021;12:740877. doi: 10.3389/fphys.2021.740877Khoury D.S., Naware M., Siou J., Blomqvist A., Mathuria N.S., Wang J., Shih H.T., Nagueh S.F., Panescu D. Ambulatory monitoring of congestive heart failure by multiple bioelectric impedance vectors. J. Am. Coll. Cardiol. 2009;53(12):1075–1081. doi: 10.1016/j.jacc.2008.12.018Khoury D.S., Naware M., Siou J., Blomqvist A., Mathuria N.S., Wang J., Shih H.T., Nagueh S.F., Panescu D. Ambulatory monitoring of congestive heart failure by multiple bioelectric impedance vectors. J. Am. Coll. Cardiol. 2009;53(12):1075–1081. doi: 10.1016/j.jacc.2008.12.018Торнуев Ю.В., Балахнин С.М., Преображенская В.К., Манвелидзе Р.А., Ивлева Е.К. Биоимпедансометрия миокарда при очаговых и диффузных повреждениях различного генеза. Соврем. пробл. науки и образ. 2016;(4):78. doi: 10.17513/spno.25001Tornuev Yu.V., Balakhnin S.M., Preobrazhenskaya V.K., Manvelidze R.A., Ivleva E.K. Bioimpedance measuring myocardium in focal and diffuse injuries of various genesis. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education. 2016;(4):78. [In Russian]. doi: 10.17513/spno.25001Jacobson J.T., Hutchinson M.D., Cooper J.M., Woo Y.J., Shandler R.S., Callans D.J. Tissue-specific variability in human epicardial impedance. J. Cardiovasc. Electrophysiol. 2011;22(4):436–439. doi: 10.1111/j.1540-8167.2010.01929.xJacobson J.T., Hutchinson M.D., Cooper J.M., Woo Y.J., Shandler R.S., Callans D.J. Tissue-specific variability in human epicardial impedance. J. Cardiovasc. Electrophysiol. 2011;22(4):436–439. doi: 10.1111/j.1540-8167.2010.01929.xRadovits T., Oláh A., Lux Á., Németh B.T., Hidi L., Birtalan E., Kellermayer D., Mátyás C., Szabó G., Merkely B. Rat model of exercise-induced cardiac hypertrophy: hemodynamic characterization using left ventricular pressure-volume analysis. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2013;305(1):H124–134. doi: 10.1152/ajpheart.00108.2013Radovits T., Oláh A., Lux Á., Németh B.T., Hidi L., Birtalan E., Kellermayer D., Mátyás C., Szabó G., Merkely B. Rat model of exercise-induced cardiac hypertrophy: hemodynamic characterization using left ventricular pressure-volume analysis. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2013;305(1):H124–134. doi: 10.1152/ajpheart.00108.2013Sanchez B., Li J., Yim S., Pacheck A., Widrick J.J., Rutkove S.B. Evaluation of electrical impedance as a biomarker of myostatin inhibition in wild type and muscular dystrophy mice. PLoS One. 2015;10(10):e0140521. doi: 10.1371/journal.pone.0140521Sanchez B., Li J., Yim S., Pacheck A., Widrick J.J., Rutkove S.B. Evaluation of electrical impedance as a biomarker of myostatin inhibition in wild type and muscular dystrophy mice. PLoS One. 2015;10(10):e0140521. doi: 10.1371/journal.pone.0140521Kapur K., Taylor R.S., Qi K., Nagy J.A., Li J., Sanchez B., Rutkove S.B. Predicting myofiber size with electrical impedance myography: A study in immature mice. Muscle Nerve. 2018:10.1002/mus.26111. doi: 10.1002/mus.26111Kapur K., Taylor R.S., Qi K., Nagy J.A., Li J., Sanchez B., Rutkove S.B. Predicting myofiber size with electrical impedance myography: A study in immature mice. Muscle Nerve. 2018:10.1002/mus.26111. doi: 10.1002/mus.26111Amorós-Figueras G., Jorge E., García-Sánchez T., Bragós R., Rosell-Ferrer J., Cinca J. Recognition of fibrotic infarct density by the pattern of local systolic-diastolic myocardial electrical impedance. Front. Physiol. 2016;7:389. doi: 10.3389/fphys.2016.00389Amorós-Figueras G., Jorge E., García-Sánchez T., Bragós R., Rosell-Ferrer J., Cinca J. Recognition of fibrotic infarct density by the pattern of local systolic-diastolic myocardial electrical impedance. Front. Physiol. 2016;7:389. doi: 10.3389/fphys.2016.00389Skourou C., Hoopes P.J., Paulsen K.D. Tissue permittivity. A monitor for progressive tissue fibrosis as observed in bystander tissues following experimental high dose rate irradiation. Cancer Biol. Ther. 2009. 8(23):2223–2229. doi: 10.4161/cbt.8.23.9983Skourou C., Hoopes P.J., Paulsen K.D. Tissue permittivity. A monitor for progressive tissue fibrosis as observed in bystander tissues following experimental high dose rate irradiation. Cancer Biol. Ther. 2009. 8(23):2223–2229. doi: 10.4161/cbt.8.23.9983Verheule S., Schotten U. Electrophysiological consequences of cardiac fibrosis. Cells. 2021;10(11):3220. doi: 10.3390/cells10113220Verheule S., Schotten U. Electrophysiological consequences of cardiac fibrosis. Cells. 2021;10(11):3220. doi: 10.3390/cells10113220Protsenko Y.L., Balakin A.A., Kuznetsov D.A., Kursanov A.G., Lisin R.V., Mukhlynina E.A., Lookin O.N. Contractility of right ventricular myocardium in male and female rats during physiological and pathological hypertrophy. Bull. Exp. Biol. Med. 2017;162(3):303–305. doi: 10.1007/s10517-017-3600-xProtsenko Y.L., Balakin A.A., Kuznetsov D.A., Kursanov A.G., Lisin R.V., Mukhlynina E.A., Lookin O.N. Contractility of right ventricular myocardium in male and female rats during physiological and pathological hypertrophy. Bull. Exp. Biol. Med. 2017;162(3):303–305. doi: 10.1007/s10517-017-3600-xHastings M.H., Castro C., Freeman R., Abdul Kadir A., Lerchenmüller C., Li H., Rhee J., Roh J.D., Roh K., Singh A.P., ... Rosenzweig A. Intrinsic and extrinsic contributors to the cardiac benefits of exercise. JACC Basic Transl. Sci. 2023;9(4):535–552. doi: 10.1016/j.jacbts.2023.07.011Hastings M.H., Castro C., Freeman R., Abdul Kadir A., Lerchenmüller C., Li H., Rhee J., Roh J.D., Roh K., Singh A.P., ... Rosenzweig A. Intrinsic and extrinsic contributors to the cardiac benefits of exercise. JACC Basic Transl. Sci. 2023;9(4):535–552. doi: 10.1016/j.jacbts.2023.07.011Kolomeyets N.L., Ivonin A.G., Peshkin E.A., Roshchevskaya I.M. Bioelectrical impedance of the left ventricular myocardium, lung in rats after forced swimming training and subsequent detraining. J. Evol. Biochem. Phys. 2023;59(1):69–81. doi: 10.1134/S0022093023010064Kolomeyets N.L., Ivonin A.G., Peshkin E.A., Roshchevskaya I.M. Bioelectrical impedance of the left ventricular myocardium, lung in rats after forced swimming training and subsequent detraining. J. Evol. Biochem. Phys. 2023;59(1):69–81. doi: 10.1134/S0022093023010064

The authors declare that there are no conflicts of interest present.