На правах рукописи - Институт возрастной физиологии РАО

На правах рукописи
Зиненко Елизавета Сергеевна
Срочная адаптация центральной гемодинамики и кровообращения
головного мозга детей дошкольного возраста к умственной нагрузке
03.03.01 – Физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Москва – 2010
Работа выполнена в Учреждении Российской академии образования
«Институт возрастной физиологии»
Научный руководитель:
кандидат биологических наук,
старший научный сотрудник
В.Н. Безобразова
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук,
профессор
О.С. Глазачев
доктор биологических наук
И.А. Криволапчук
Ведущая организация
Государственное
образовательное
высшего
профессионального
Московский
Государственный
университет
учреждение
образования
областной
Защита состоится «20» декабря 2010г. в «12.00» часов на заседании
диссертационного совета в Учреждении Российской академии образования
«Институт возрастной физиологии» по адресу: г. Москва, ул. Погодинская д. 8,
корп. 2
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской
академии образования «Институт возрастной физиологии»
Автореферат разослан «____» ноября 2010г.
Учёный секретарь
диссертационного совета
кандидат биологических наук
Рублёва Л.В.
Москва - 2010
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Изучение адаптации человека - одно из
актуальных направлений в современной физиологии. Благодаря адаптации
поддерживается постоянство внутренней среды организма и осуществляется
перестройка различных функций организма, обеспечивающих его приспособление к
физическим, эмоциональным, умственным и другим нагрузкам. Сердечнососудистая система обеспечивает полноценное кровоснабжение организма ребенка в
различных условиях его жизнедеятельности. Актуальным является изучение
адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности. Реакция
кровообращения головного мозга и центральной гемодинамики может являться
объективным критерием, позволяющим оценить адаптацию центрального и
периферического кровообращения к умственным, физическим нагрузкам, учебной
деятельности и т.д.
Одним из важнейших направлений в изучении адаптации человека является
ее онтогенетический аспект. Дошкольный возраст (5-7 лет) с физиологических
позиций - один из этапов развития, от которого во многом зависит вся последующая
жизнь ребёнка. В этот возрастной период происходят интенсивные
морфофункциональные изменения сердечно-сосудистой системы, преобразования
коры головного мозга, других отделов ЦНС, интеллектуальное и психическое
развитие ребенка (Семенова Л.К., 1978; Антропова М.В., Кольцова М.М, 1988;
Вартанян Л.В., 1990; Безруких М.М., Фарбер Д.А.,2000 и др.).
Интеллектуальная деятельность оказывает существенное влияние на
сердечно-сосудистую систему. Имеющиеся исследования реакции кровообращения
головного мозга на разные виды умственной деятельности, проведенные у
школьников 8-17 лет, показали, что срочная адаптация мозгового кровообращения к
умственной нагрузке характеризуется возрастанием объемного мозгового
кровотока, снижением тонуса церебральных артерий малого калибра, а также
разнонаправленными изменениями пульсового кровенаполнения и тонического
напряжения мозговых артерий крупного калибра (Тупицын И.О., Князева М.Г.,
1988; Федорова М.З., 1991; Русанов В.Б., 2001; Пономарева Т.А.,2005).
Результаты изучения влияния умственной нагрузки на центральную
гемодинамику школьников разного возраста противоречивы. Согласно данным
одних авторов, умственная нагрузка вызывает повышение артериального давления,
частоты сердечных сокращений, сердечного выброса (Калюжная Р.А., 1973;
Криволапчук И.А. 2008; Verhaaren, H.A. et al., 1994; Ribeiro M.M., et al., 2005), тогда
как по данным других – снижение указанных параметров (Федорко Л.М., 1980;
Федорова М.З., 1991; Потапов А.В., Васильев Ю.Б., 1998).
Исследования, в которых изучалась реакция центральной и мозговой
гемодинамики на умственную нагрузку немногочисленны и проведены у взрослых
3
людей, а также у подростков и юношей (Тупицын И.О., Безобразова В.Н., 1982;
Соколов Е.В, Белова Е.И., 1983; Федорова М.З., 1991; Фёдоров Б.М., 1991). В
доступной литературе отсутствуют комплексные исследования, в которых были бы
представлены данные о срочной адаптации кровообращения головного мозга и
центрального отдела сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности у
детей дошкольного возраста.
Актуальность проведения такого исследования у детей дошкольного возраста
обусловлена
недостаточной
изученностью
физиологических
механизмов
обеспечения умственной деятельности, с которой ребенок сталкивается уже в
дошкольном возрасте. Обучение в детских садах, прогимназиях начинается с 5 лет,
а обучение в 1 классе с 6-7-летнего возраста.
Целью исследования явилось выявление закономерностей срочной
адаптации центральной гемодинамики и кровообращения головного мозга к
умственной нагрузке у детей дошкольного возраста.
Задачи исследования:
1. Изучить возрастную динамику показателей центрального отдела сердечнососудистой системы и кровообращения головного мозга у детей от 5 к 7 годам в
состоянии покоя.
2. Изучить характер срочной адаптации центрального отдела сердечнососудистой системы к умственной нагрузке у детей 5-7 лет
3. Изучить характер срочной адаптации кровообращения головного мозга к
умственной нагрузке у детей 5-7 лет.
4. Выявить комплекс изменений параметров кровообращения головного мозга
и центральной гемодинамики, характеризующий напряжение механизмов срочной
адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке.
Объект исследования
Дети 5- 7-летнего возраста
Предмет исследования
Центральная гемодинамика и кровообращение головного мозга.
Положения, выносимые на защиту
1. Адаптивная реакция мозгового кровообращения на умственную нагрузку у
детей 5-7 лет реализуется по одному из трех вариантов: увеличение артериального
притока лобных и затылочных областей головного мозга; перераспределение
артериального притока (увеличении в одной области при снижении в другой);
снижение артериального притока в указанных областях головного мозга.
2. Срочная адаптация сердечно-сосудистой системы к умственной работе у
большинства детей 5-7 лет носит благоприятный характер и характеризуется
возрастанием или перераспределением артериального притока лобных и
затылочных областей головного мозга, существенным повышением систолического
артериального давления, увеличением или снижением сердечного выброса.
4
3. Наблюдаемый у части детей 5-7 лет комплекс изменений параметров
мозговой и центральной гемодинамики характеризуется снижением артериального
притока, повышением тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра,
возрастанием артериального давления, частоты сердечных сокращений, снижением
сердечного выброса, а также длительным восстановительным периодом показателей
центральной гемодинамики. Выявленный комплекс может быть использован в
качестве критерия напряжения механизмов срочной адаптации сердечно-сосудистой
системы к умственной нагрузке.
Научная новизна исследования
Впервые у детей дошкольного возраста проведено комплексное исследование
срочной адаптации центрального отдела сердечно-сосудистой системы и
кровообращения головного мозга к умственной нагрузке.
Выявлены благоприятный и неблагоприятный варианты срочной адаптации
центрального отдела сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке у детей
5-7 лет. Благоприятный вариант срочной адаптации отмечался у большинства
испытуемых и характеризовался возрастанием систолического артериального
давления, без значительных изменений диастолического артериального давления,
частоты сердечных сокращений и разнонаправленными изменениями ударного
объема, а также коротким восстановительным периодом. При неблагоприятном
варианте реакции (24% испытуемых) отмечалось существенное снижение ударного
объема и увеличение диастолического артериального давления при возрастании
систолического давления, частоты сердечных сокращений, общего и удельного
периферического
сосудистого
сопротивления,
а
также
длительный
восстановительный период.
Срочная адаптация кровообращения головного мозга к умственной нагрузке
характеризовалась у всех детей 5-7 лет снижением тонуса мозговых артерий малого
калибра, а также тремя вариантами реакции артериального притока и тонуса
церебральных артерий крупного и среднего калибра лобных и затылочных областей
головного мозга. При первом варианте отмечалось увеличение артериального
притока кровотока и снижение тонуса мозговых артерий крупного, среднего и
малого калибра в указанных областях головного мозга. Второй вариант
характеризовался разнонаправленными изменениями артериального притока в
лобных и затылочных областях головного мозга (увеличение в одной области при
снижении в другой). Повышение артериального притока сопровождалось
снижением тонического напряжения мозговых артерий большого и среднего
калибра соответствующей области головного мозга. Третий вариант реакции
отличался снижением артериального притока и повышением тонуса крупных и
средних мозговых артерий в лобных и затылочных областях головного мозга.
Впервые выявлен комплекс изменений показателей центрального отдела
сердечно-сосудистой
системы
и
кровообращения
головного
мозга,
5
характеризующий напряжение адаптации сердечно-сосудистой системы к
умственной деятельности. Данный комплекс изменений параметров системы
кровообращения заключается в снижении артериального притока и повышении
тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра при существенном
возрастании систолического и диастолического артериального давления, частоты
сердечных сокращений, общего и удельного периферического сопротивления
сосудов, снижении ударного объема, а также в длительном восстановительном
периоде параметров центральной гемодинамики.
Теоретическая и практическая значимость
Полученные в настоящем исследовании данные расширяют и углубляют
современные представления о механизмах адаптации центрального отдела
сердечно-сосудистой системы и мозгового кровообращения к умственной
деятельности.
Выявленный в настоящем исследовании комплекс изменений параметров
центрального и мозгового кровообращения (артериальный приток, тонус мозговых
артерий крупного и среднего калибра, систолическое и диастолическое
артериальное давление, ударный объем, частота сердечных сокращений) может
служить информативным показателем срочной адаптации детей дошкольного
возраста к умственной работе. Результаты исследования могут быть использованы в
курсе лекций по проблемам возрастной физиологии для работников образования,
студентов педагогических и психологических факультетов институтов.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования были
доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции
«Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам
среды» (Челябинск, 2008), на съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье
человека» (Кишинев, 2008), на всероссийской конференции «Научное наследие
академика Л.А.Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции
функций, физиология экстремальных состояний» (С-Пб, 2008), на международной
научной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 115 страницах
машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка
использованной литературы, включающего 226 источников, в том числе 70 на
иностранном языке. Диссертация содержит 21 таблицу, 5 рисунков.
6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Объект и методы исследования
В исследовании были заняты мальчики и девочки в возрасте от 5 до 7 лет,
посещавшие ГОУ № 1221 и № 602 г. Москвы. Все дети, согласно данным
медицинских карт, относились к I-II группам здоровья и имели физическое
развитие, соответствующее возрастным нормам. Обследовано 150 детей 5-7 лет (по
25 человек на возрастно-половую группу). Исследование проводили в первой
половине дня (с 9 до 13 часов), в период наибольшей активности физиологических
функций. Обследование детей проводилось с письменного разрешения родителей.
Изучение кровообращения головного мозга проводили методом биполярной
реоэнцефалографии, а центрального отдела сердечно-сосудистой системы - методом
грудной тетраполярной реографии с помощью компьютерного 4-канального
реографа «Рео-Спектр-2» фирмы НЕЙРОСОФТ (г. Иваново, Россия).
Регистрация реоэнцефалограммы (РЭГ) осуществлялась в следующих
отведениях: бифронтальном (F-F1), позволяющем судить о состоянии кровотока в
лобных отделах головного мозга, снабжаемых кровью из бассейна внутренних
сонных артерий и в биокципитальном (O-O1), дающем информацию о
кровообращении в затылочных областях головного мозга, снабжаемых кровью из
вертебро-базиллярного бассейна. Вычислялись следующие показатели: Аарт.,ом амплитуда артериальной составляющей реоволны, характеризующая величину
пульсового кровенаполнения в исследуемой области; /T, % - отношение
длительности периода восходящей части реоволны к длительности всей реоволны,
характеризующий тонус сосудов крупного и среднего калибра; di,% дикротический индекс, характеризующий тонус сосудов малого калибра; АЧП, у.е.
– амплитудно-частотный показатель, характеризующий артериальный приток в
изученных отделах головного мозга.
При использовании грудной тетраполярной реографии по В. Кубичеку
вычислялись следующие показатели: ударный объем (УО, мл) – количество крови,
выбрасываемое сердцем во время систолы; частота сердечных сокращений (ЧСС,
уд/мин) - количество ударов, совершённых сердцем за минуту; минутный объем
крови (МОК, л/мин) – количество крови, выбрасываемое сердцем за минуту; ОПСС,
у.е. – общее периферическое сопротивление сосудов; УПСС, у.е. – удельное
периферическое сопротивление сосудов. Измерялись антропометрические
показатели: длина тела (см), масса тела (кг).
Измерение артериального давления (АД) проводилось по методу Н.С.
Короткова автоматическим тонометром «Microlife» (Швеция) с использованием
детской манжеты. Определяли САД, мм рт.ст. – систолическое артериальное
давление, ДАД, мм рт.ст. – диастолическое артериальное давление.
В качестве функциональной пробы использована умственная нагрузка –
выполнение теста по фигурным корректурным таблицам в течение 5 минут. Работа с
7
фигурными таблицами выполнялась следующим образом: ребенку давалось задание
просматривать внимательно все фигуры, находить среди них три фигуры:
треугольник, круг и флажок; ставить в треугольнике черточку, в круге крестик, во
флажке точку. Это задание выполняли испытуемые 6-7 лет, а для детей 5 лет
задание состояло в нахождении двух фигур: треугольника и круга (Параничева Т.М.,
2007). Предварительно для ознакомления испытуемых с методикой выполнения
задания с детьми было проведено не менее 3 тренировочных занятий. Оценка
каждого выполненного задания проводилась по трем параметрам: объему работы –
количеству просмотренных фигур, качеству работы – числу допущенных ошибок в
пересчете на 100 просмотренных фигур (Примерная программа и методики
изучения режима дня, работоспособности и состояния здоровья школьников, 1978;
Параничева Т.М., 2007) и показателя продуктивности корректурной работы (ПКР),
применяемого при физиолого-гигиенических исследованиях у детей разного
возраста (Куинджи Н.Н., 2008). Данный показатель рассчитывали по формуле:
ПКР=А/(Б+1)х10, где А – число просмотренных фигур; Б – число
стандартизированных ошибок (в пересчете на 100 фигур).
Регистрация
показателей
центральной
гемодинамики,
мозгового
кровообращения и артериального давления осуществлялась в положении
испытуемого сидя в состоянии покоя, на 5-й минуте функциональной пробы, на 1, 3
и 5 минутах восстановительного периода.
Статистическую обработку данных проводили с использованием
компьютерного пакета программ «Statistica 6.0» и «SPSS 11.5». Достоверность
различий оценивали по t-критерию Стьюдента и непараметрическому критерию
Вилкоксона. В работе был применен корреляционный анализ. При корреляционном
анализе учитывались достоверные значения коэффициента корреляции при r> 0,3
(р<0,05; р<0,01). Степень связи между параметрами определяли как слабую при
0,31<r<0,49, среднюю при 0,50<r<0,69 и сильную при 0,70<r<0,99.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Возрастные особенности центрального отдела сердечно-сосудистой
системы и кровообращения головного мозга у детей 5-7 лет. Проведённое
исследование показало (табл.1), что у детей от 5 к 7 годам происходит существенное
возрастание УО, МОК, артериального давления (САД и ДАД), обусловленное,
согласно литературным данным, усилением сократительной и насосной функции
сердца, а также увеличением длины и просвета сосудов, толщины сосудистой
стенки (Семёнова Л.К., 1978; Бисярина В.П. с соавт., 1986; Кмить Г.В., Рублёва Л.В.,
Крысюк О.Н., 2010). Возрастание АД и сердечного выброса связано с увеличением
длины и массы тела детей от 5 к 7 годам, что подтверждается результатами
корреляционного анализа, показавшего наличие положительных взаимосвязей
антропометрических параметров с УО, МОК, САД, ДАД (r=0,42-0,56). Выявленное
8
снижение ЧСС связано с нарастанием роли блуждающего нерва в регуляции
сердечной деятельности к 7-летнему возрасту (Аршавский И.А, 1967, 1982;
Бирюкович А.А.,1973; Калюжная Р.А., 1973; Гуштурова И.В., 1996 и др.).
Таблица. 1
Возрастная динамика показателей центрального отдела сердечно-сосудистой
системы у детей 5-7 лет (M±m)
показатели
Возраст САД,
ДАД
ЧСС,
УО,
МОК
ОПСС,
УПСС,
мм рт.ст. мм рт.ст. уд/мин
Мл
л/мин
у.е.
у.е.
5
91,7±
53,9±
99,8±
20,6±
2,2±
2418,6±
27,7±
2,01
1,12
2,92
0,48
0,07
202,13
1,38
6
97,0±
54,3±
97,7±
22,8±
2,4±
2295,5±
26,2±
1,94
1,36
2,42
0,79
0,09
198,20
1,42
7
100,1±
60,4±
94,5±
31,9±
3,1±
2035,4±
21,6±
&
&
&
&
&
1,81
1,32*
1,35
0,80*
0,11*
228,85
2,53
Примечания: * - достоверные погодовые различия показателей (р<0,05);
& - достоверные различия показателей между 5 и 7 годами (р<0,05)
Изучение кровообращения головного мозга показало, что у детей от 5 к 7
годам происходит существенное увеличение пульсового кровенаполнения,
артериального притока, тонуса церебральных сосудов крупного и среднего калибра,
а также снижение тонического напряжения церебральных артерий малого калибра в
лобных и затылочных областях головного мозга (табл.2).
Таблица 2
Возрастная динамика показателей кровообращения головного мозг у детей 5-7 лет
(M±m)
Возраст
5
6
7
Показатели
А арт,Ом
FF1
OO1
0,168±
0,130±
0,005
0,004
0.166±
0,132±
0,005
0,006
0,197±
0,158±
&
0,007*
0,006*&
АЧП, у.е
FF1
OO1
2,8±
2,1±
0,14
0,10
2,5±
2,1±
0,16
0,11
3,4±
2,2±
&
0,12*
0,14*&
di, %
FF1
77,6±
1,11
75,8±
1,51
70,8±
1,24*&
OO1
75,8±
1,33
75,6±
1,21
70,4±
1,38*&
/Т, %
FF1
OO1
18,4±
18,9±
0,68
0,57
19,9±
18,8±
0,76
0,64
21,6±
22,3±
&
0,51
0,64&
Примечания: * - достоверные погодовые различия показателей (р<0,05);
& - достоверные различия показателей между 5 и 7 годами (р<0,05)
Выявленное возрастное увеличение пульсового кровенаполнения и снижение
тонуса мозговых артерий малого калибра соответствует данным о
морфофункциональном созревании головного мозга (Бетелева Т.Г., 1983; Фарбер
Д.А. с соавт., 2000; Цехмистренко Т.А. с соавт., 2000) и церебральных сосудов
9
(Толгская М.С., 1953; Семёнова Л.К., 1954; Вартанян Л.В., 1990). Повышение
тонического напряжения церебральных артерии крупного и среднего калибра
связано с их возрастной структурной перестройкой, а также с изменениями
параметров центральной гемодинамики (повышение АД и сердечного выброса).
Корреляционный анализ показал слабые связи между параметрами мозгового
кровообращения и центральной гемодинамики. Отрицательные корреляционные
связи отмечены между Аарт и ЧСС (r=(-0,37) – (-0,39)), а положительные – между
АЧП и УО (r=0,46-0,47) и /Т и УО (r=0,44-0,46). Выявленные корреляции
свидетельствуют об определенной зависимости тонуса крупных церебральных
артерий, пульсового кровенаполнения головного мозга от центральной
гемодинамики, а слабая сила связи отражает особенности ауторегуляции мозгового
кровообращения.
Срочная адаптация центрального отдела сердечно-сосудистой системы к
умственной нагрузке у детей 5-7 лет. Умственная нагрузка вызывала у детей 5-7
лет достоверное увеличение САД. Значимых изменений величин остальных
исследованных параметров центральной гемодинамики не выявлено.
Поскольку УО является интегральным показателем состояния сердечнососудистой системы, нами был проведен индивидуальный анализ изменений
данного параметра на умственную нагрузку, который показал два варианта реакции
УО: его увеличение (62,0-66,0% испытуемых 5-7 лет), либо уменьшение (34,0-38,0%
испытуемых 5-7 лет).
В таблице 3 приведена динамика параметров центральной гемодинамики при
умственной нагрузке у детей 5 лет, относящихся к разным группам по реакции УО,
как типичная для детей 5-7 лет. У детей 5-7лет, реагировавших на умственную
нагрузку увеличением УО, отмечено значимое возрастание МОК, САД и снижение
ОПСС и УПСС. Анализ восстановительного периода показал, что значения
изученных показателей не отличались от уровня покоя у детей 5-6 лет на 3 минуте, а
у 7-летних – на 1 минуте послерабочего периода. Аналогичные изменения
указанных параметров центральной гемодинамики при умственной деятельности и в
восстановительном периоде отмечены в исследованиях у школьников разного
возраста и свидетельствуют об отсутствии значительного напряжения механизмов
регуляции сердечно-сосудистой системы (Федорко Л.М., 1980; Федорова М.З., 1991;
Verhaaren, H.A. et al., 1994; Ribeiro M.M. et al., 2005).
Умственная нагрузка у 34,0-38,0% детей 5-7 лет сопровождалась снижением
УО, повышением ДАД, а также САД, ОПСС, УПСС. Индивидуальный анализ
показал, что у 12,0% испытуемых наблюдалось снижение УО, увеличение САД,
ОПСС и УПСС без существенного изменения ДАД (табл.3, подгруппа А).
Восстановление всех показателей происходило на 1 минуте послерабочего периода.
Отмеченная динамика параметров центральной гемодинамики свидетельствует
о том, что срочная адаптация к умственной деятельности не сопровождается
10
Таблица 3
Динамика показателей центральной гемодинамики при умственной нагрузке у детей
5 лет, относящихся к разным группам по реакции УО (M±m)
Показатели
группа период
/подгр исследо САД,
ДАД,
ЧСС,
УО,
МОК, ОПСС, УПСС,
уппа вания мм рт.ст. мм рт.ст. уд/мин
мл
л/мин
у.е
у.е
90,7±
54,5±
99,6±
17,5±
1,8±
3195,5± 25,9±
И.С.
2,97
2,17
2,68
1,33
0,12
206,89
1,47
107,6±
56,3±
98,2±
21,9±
2,2±
2667,3± 21,6±
У.Н.
2,17*
2,62
2,79
1,27*
0,11* 162,46* 1,17*
1 мин 94,4±
56,9±
97,0±
20,8±
2,1±
2643,4± 21,8±
1
в.п.
2,64
2,17
3,75
1,12*
0,11* 229,58* 3,03*
3 мин 92,1±
56,4±
89,1±
18,9±
1,8±
3005,1± 24,8±
в.п.
2,43
2,25
2,92
1,2.6
0,14
238,18
3,56
5 мин 90,9±
54,8±
98,7±
17,8±
1,8±
3183,5± 26,1±
в.п.
2,86
2,23
2,19
1,29
0,12
211,58
1,58
97.4±
54.3±
97.4±
23.0±
2.2±
2490.9± 24.3±
И.С.
2,18
2,09
2,25
1,09
0,14
185,37
1,53
105.6±
55.5±
100.1±
20.0±
1.9±
2953.2± 29.1±
У.Н.
2,31*
2,12
3,15
1,05*
0,12
206,52* 2,98*
А 1 мин 98.5±
53.8±
94.0±
21.9±
2.0±
2920.9± 29,2±
в.п.
1,89
1,78
3,20
1,45
0,13
237,93
2,07
3 мин 98.7±
52.3±
94.3±
22.6±
2.2±
2321.4± 26,6±
в.п.
2,08
1,93
3,05
1,31
0,12
220,11
2,69
5 мин 97.8±
54.7±
96.9±
23.2±
2.2±
2485.7± 25.1±
в.п.
2,13
2,11
2,21
1,17
0,13
192,32
1,56
2
97,5±
55,7±
96,0±
25,5±
2,5±
2231,9± 21,2±
И.С.
2,11
2,11
3,41
1,19
0,10
214,70
1,62
104,6±
70,5±
106,5±
19,6±
2,1±
3432,3± 34,5±
У.Н.
2,16*
2,19*
3,23*
0,86*
0,11* 215,98* 1,68*
Б 1 мин 105,1±
69,7±
98,3±
20,9±
2,1±
3053,3± 31,1±
в.п.
2,07*
2,08*
3,00
1,02*
0,11* 242,82* 1,62*
3 мин 93,9±
61,4±
98,1±
21,4±
2,0±
2851,1± 27,5±
в.п.
2,85
1,33*
3,06
1,00*
0,14* 226,28* 1,05*
5 мин 96,7±
55,9±
96,7±
24,7±
2,5±
2243,8± 21,3±
в.п.
2,12
1,13
3,21
1,24
0,12
214,70
1,52
Примечания: И.С. – исходное состояние; У.Н. – умственная нагрузка; в.п. –
восстановительный период; группа 1 - дети с увеличением УО; группа 2 - дети с
уменьшением УО; подгруппа А – дети без существенного изменения ДАД;
подгруппа Б – дети с достоверным увеличением ДАД; * - достоверные изменения
показателей по сравнению с состоянием покоя (р<0,05)
11
существенным напряжением механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы,
что согласуется с результатами исследований, проведенных у школьников
(Калюжная Р.А., 1973; Федорко Л.М., 1980; Федорова М.З., 1991).
Умственная нагрузка сопровождалась у 22,0-26,0% детей 5-7 лет снижением
УО, повышением ДАД, САД, ЧСС, ОПСС, УПСС (табл.3, подгруппа Б). Кроме того,
у этих детей большинство параметров достигали исходного уровня к 5 минуте
восстановительного периода. Мы полагаем, что отмеченное существенное
повышение АД, ЧСС, ОПСС, УПСС вызвано значительным усилением
симпатических тонических влияний на сердечно-сосудистую систему при
умственной деятельности (Лукьянец Г.Н., 2004; Сидоренко Г.И. с соавт, 2004;
Пономарева Т.А., 2005; Крысюк О.Н., 2007; Криволапчук И.А., 2008). Указанная
реакция центральной гемодинамики, по нашему мнению, свидетельствует о
напряжении механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы. Это согласуется
с результатами исследований, показавших, что подобная реакция сердечнососудистой системы при выполнении умственной работы расценивается как
стрессорная (Фёдоров Б.М., 1986; Превентивная кардиология, 1987; Сидоренко Г.И.
с соавт, 2004). Выявленное при умственной деятельности выраженное повышение
ДАД и длительно сохраняющиеся его высокие значения в восстановительном
периоде отражает устойчивое напряжение механизмов регуляции сердечнососудистой системы при умственной нагрузке. Это соответствует результатам
исследований, показавших, что подобная динамика ДАД указывает на напряжение
механизмов адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности
(Соколов Е.И., Белова Е.В., 1983; Бобко Н.А., 2007; Hoffman R., Al’Absi M. 2004;
Hjortskov N. еt al., 2004).
Таким образом, срочная адаптация к умственной нагрузке у большинства
детей 5-7 лет характеризовалась увеличением или снижением УО, возрастанием
САД без значительных изменений ДАД и ЧСС и коротким восстановительным
периодом, что свидетельствует об отсутствии значительного напряжения
механизмов регуляции центральной гемодинамики. Срочная адаптация к
умственной нагрузке проявлялась у 22,0-26,0% детей 5-7 лет снижением УО,
существенным увеличением ДАД при возрастании САД и ЧСС, а также длительным
восстановительным периодом большинства параметров, что указывает на
значительное напряжение механизмов регуляции центрального отдела сердечнососудистой системы.
Срочная адаптация кровообращения головного мозга к умственной
нагрузке у детей 5-7 лет. В таблице 4 приведена динамика параметров мозгового
кровообращения при умственной нагрузке у детей 7 лет, как типичная для детей 5-7
лет.
12
Таблица 4
Результаты индивидуального анализа показателей кровообращения головного мозга
при умственной нагрузке у детей 7 лет (M±m)
Вариа
Показатели
Период
нт
АЧП, у.е.
di, %
/Т, %
Аарт,Ом
исслед
реакц
FF1
OO1
FF1
OO1
FF1
OO1
FF1
OO1
ования
ии
2,8±
2,7±
85,7± 75,3± 22,2± 22,5± 0,163± 0,113±
И.С.
0,14
0,14
3,96
2,17
0,99
1,03
0,013 0,012
3,3±
3,3±
71,3± 66,7± 18,2± 18,7± 0,200± 0,160±
1
У.Н.
0,10* 0,13* 4,54* 3,57* 1,25* 0,83* 0,012* 0,013*
1 мин. 3,1±
2,2±
83,5± 76,5± 23,1± 21,6± 0,170± 0,125±
в.п.
0,16
0,13
5,26
6,17
1,25
1,15
0,006 0,015
3,0±
2,8±
75,5± 72,8± 20,5± 21,6± 0,178± 0,158±
И.С.
0,18
0,16
5,26
4,63
0,81
1,78
0,010 0,012
3,4±
2,2±
60,7± 60,0± 18,1± 21,2± 0,193± 0,133±
2а
У.Н.
0,14* 0,20 * 3,96* 6,17* 0,75*
1,80
0,008 0,014*
1 мин. 3,1±
2,5±
75,2± 67,0± 22,3± 20,6± 0,185± 0,150±
в.п.
0,19
0,21
3,86
4,78
0,73
1,15
0,011 0,010
3,5±
2,3±
69,3± 77,5± 20,7± 21,0± 0,208± 0,140±
И.С.
0,11
0,10
1,51
2,08
0,78
0,75
0,011 0,013
2,7±
2,8±
59,3± 63,5± 21,0± 18,3± 0,163± 0,158±
2б
У.Н.
0,15* 0,13* 2,62* 3,00*
0,69
0,84* 0,010* 0,009
1 мин. 3,0±
2,5±
65,5± 70,0± 20,9± 20,6± 0,183± 0,143±
в.п.
0,14
0,11
3,14
3,04
0,68
0,85
0,015 0,008
3,3±
2,6±
80,0± 77,2± 19,5± 19,3± 0,213± 0,150±
И.С.
0,16
0,12
1,67
2,16
0,83
0,86
0,008 0,009
2,5±
1,9±
73,2± 65,6± 22,4± 22,6± 0,168± 0,127±
3
У.Н.
0,17* 0,14* 1,65* 2,15* 0,88* 1,02* 0,008* 0,007*
1 мин. 2,9±
2,2±
81,5± 71,8± 18,8± 18,6± 0,208± 0,145±
в.п.
0,16
0,14
2,53
3,35
0,96
0,80
0,013 0,011
Примечания: варианты реакции: 1 - увеличение АЧП в FF1 и OO1 отведениях
РЭГ; 2а – увеличение АЧП в FF1 и снижение в OO1 отведениях РЭГ; 2б – снижение
АЧП в FF1 и увеличение в OO1 отведениях РЭГ; 3 – снижение АЧП в FF1 и в OO1
отведениях РЭГ; * - достоверные различия показателей по сравнению с исходным
состоянием (р<0,05)
Умственная нагрузка вызывала у детей 5-7 лет достоверное снижение
дикротического индекса - показателя тонуса мозговых артерий малого калибра
(табл.4). Выявленное при умственной нагрузке снижение тонуса мозговых артерий
малого калибра лобных и затылочных областей головного мозга согласуется с
результатами, полученными при изучении реакции кровообращения головного
мозга на различные виды умственной деятельности у детей 6-10 лет (Князева
М.Г.,1979; Безобразова В.Н., 1982; Тупицын И.О., с соавт., 2000; Пономарева Т.А.,
13
2005). Отмеченное снижение тонуса церебральных артерий малого калибра, понашему мнению, является проявлением механизма ауторегуляции мозгового
кровообращения, направленного на возрастание кровоснабжения головного мозга
при повышении функциональной активности нервной ткани в процессе умственной
деятельности.
Индивидуальный анализ динамики АЧП, характеризующего артериальный
приток, показал, что у детей 5-7 лет умственная нагрузка вызывала 3 варианта
реакции мозгового кровообращения (табл.4). Необходимо отметить, что уже на 1
минуте послерабочего периода величины изученных параметров мозгового
кровообращения не отличались от исходных значений.
Первый вариант (41,0-49,0% детей 5-7 лет) характеризовался существенным
увеличением артериального притока, снижением тонуса мозговых артерий крупного
и среднего калибра в лобных и затылочных областях головного мозга. При втором
варианте реакции (25,0-37,0% детей 5-7 лет) наблюдались разнонаправленные
изменения артериального притока в лобных и затылочных областях головного мозга
(увеличение в одной области при снижении в другой). Повышение артериального
притока сопровождалось снижением тонического напряжения мозговых артерий
большого и среднего калибра соответствующей области головного мозга. Мы
полагаем, что выявленное у детей 5-7 лет перераспределение мозгового кровотока
связано
с
индивидуальными
особенностями
пространственно-временной
организации активности головного мозга при умственной деятельности.
Полученные нами данные соответствуют результатам исследований у детей
младшего школьного возраста и подростков, показавших возрастание объемного
мозгового кровотока и снижение тонического напряжения церебральных артерий, а
также перераспределение мозгового кровотока при различных видах умственной
деятельности (Федорова М.З., 1991; Русанов В.Б., 2001; Безобразова В.Н.,
Догадкина С.Б., Пономарёва Т.А., 2010).
Третий вариант реакции (22,0-26,0% детей 5-7 лет) отличался снижением
артериального притока, повышением тонуса мозговых артерий крупного и среднего
калибра в лобных и затылочных областях головного мозга. Указанные изменения
происходили при существенном возрастании АД и ЧСС, что дает основание
расценивать возрастание тонического напряжения церебральных артерий, как
проявление ауторегуляции мозгового кровообращения, направленной на
поддержание постоянства мозгового кровотока при существенных изменениях
центральной гемодинамики. По нашему мнению, выявленное повышение
тонического напряжения церебральных артерий характеризует напряжение
механизмов регуляции мозгового кровообращения при умственной деятельности,
что соответствует результатам исследований, проведённых у взрослых людей и
школьников (Соколов Е.В, Белова Е.И., 1983; Федорова М.З., 1991; Фёдоров Б.М.,
1991; Безобразова В.Н. с соавт., 2010).
14
Комплексный анализ изменений параметров мозгового кровообращения и
центральной гемодинамики выявил особенности срочной адаптации сердечнососудистой системы детей 5-7 лет к умственной нагрузке.
Большинство испытуемых (74,0-78,0% детей) реагировало на умственную
нагрузку возрастанием артериального притока и снижением тонуса церебральных
сосудов крупного, среднего и малого калибра в лобной и затылочной областях или
перераспределением артериального притока между изученными областями
головного мозга, при этом реакция центральной гемодинамики характеризовалась
повышением САД, а также двумя вариантами реакции УО: увеличением сердечного
выброса при снижении ОПСС и УПСС или снижением УО при увеличении ОПСС и
УПСС. Указанные изменения мозгового кровообращения и центральной
гемодинамики у детей 5-7 лет, по нашему мнению, свидетельствуют об отсутствии
значительного напряжения механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы,
что согласуется с результатами исследований, показавших, что данная реакция
системы кровообращения на умственную деятельность не сопровождается
существенным напряжением механизмов адаптации (Калюжная Р.А., 1973;
Федорова М.З., 1991; Пономарева Т.А., 2005; Безобразова В.Н. с соавт., 2010).
Умственная нагрузка вызывала у 22,0-26,0% обследованных детей 5-7 лет
уменьшение артериального притока и повышение тонуса церебральных артерий
крупного и среднего калибра, а также увеличение артериального давления, ЧСС,
ОПСС, УПСС, снижение сердечного выброса (рис.1). Выявленные изменения
изученных параметров указывают на генерализованный характер реакции сердечнососудистой системы, что в условиях умственной деятельности характеризует
напряжение механизмов адаптации системы кровообращения (Фёдорова М.З., 1991;
Фёдоров Б.М., 1991; Шварков С.Б., 1993; Пономарева Т.А., 2005; Безобразова В.Н. с
соавт., 2010). Отмеченная реакция кровообращения головного мозга и центральной
гемодинамики, по-нашему мнению, обусловлена значительным усилением
симпатических влияний на сердечно-сосудистую систему, что соответствует
результатам изучения влияния умственной деятельности на мозговое
кровообращение, центральную гемодинамику и автономную нервную систему,
проведенных у детей младшего школьного возраста (Пономарева Т.А., 2005;
Криволапчук И.А., 2008; Безобразова В.Н. с соавт., 2010).
Выявленные различия в характере адаптации сердечно-сосудистой системы к
умственной нагрузке у детей 5-7 лет по нашим данным не связаны с
продуктивностью выполнения тестирующего задания. Показано, что у испытуемых
с благоприятной адаптацией низкий уровень ПКР отмечался в 28,4-30,9% случаев,
высокий уровень ПКР – 30,2-32,1% случаев; у испытуемых с напряжением
адаптации низкий уровень ПКР отмечался в 32,0-33,4% случаев, высокий уровень
ПКР – в 30,0-31,2% случаев. Следовательно, количество детей с низким и высоким
15
уровнями ПКР у испытуемых с разным характером адаптации существенно не
различалось.
FF1
OO1
АЧП, у.е.
а/Т, %
5
АЧП, у.е.
а/Т, %
5
25
4
20
3
25
4
20
15
3
2
10
2
10
1
5
1
5
0
0
ИС
У
Н
м
1
и
В
н
м
3
П
и
В
н
м
5
П
и
В
15
0
н
0
ИС
П
У
Н
м
1
и
В
период исследования
АЧП
a/T
60
70
50
40
30
20
10
0
ИС
м
1
и
н
м
3
и
П
П
В
н
м
5
П
период исследования
УО
н
м
5
П
и
В
н
П
и
н
/Т
ЧСС, уд/мин
САД,
мм рт.ст.
130
120
120
60
110
50
100
40
90
30
80
20
70
10
60
0
50
100
80
60
40
20
0
ИС
У
Н
м
1
В
В
В
и
АЧП
ДАД,
мм рт.ст.
80
Н
м
3
период исследования
УО, мл
У
н
ДАД
В
и
П
н
м
3
В
и
н
м
5
П
В
и
н
П
П
период исследования
ЧСС
САД
Рисунок 1. Динамика параметров центральной гемодинамики и мозгового
кровообращения у детей 7 лет, характеризующая напряжение механизмов адаптации
к умственной нагрузке. Примечания: * - достоверные отличия показателей по
сравнению с исходным состоянием (р<0,05).
16
Мы полагаем, что напряжение механизмов адаптации сердечно-сосудистой
системы к умственной деятельности может быть обусловлено эмоциональным
напряжением (Фёдоров Б.М., 1991; Фёдорова М.З., 1991; Криволапчук И.А., 2008;
Демидов В.А. с соавт., 2008), а также недостаточной морфо-функциональной
зрелостью
центральных
и
периферических
регуляторных
структур
нейроэндокринной системы (Шварков С.Б., 1993).
Таким образом, в результате проведенного исследования у 23-24% детей 5-7
лет установлен комплекс изменений параметров системы кровообращения,
проявляющийся в снижении артериального притока, повышении тонуса мозговых
артерий крупного и среднего калибра, существенном возрастании ДАД и САД,
ЧСС, ОПСС, УПСС, снижении УО, а также в длительном восстановительном
периоде большинства параметров центральной гемодинамики. Выявленный
комплекс является индикатором существенного напряжения механизмов срочной
адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке.
ВЫВОДЫ
1. Кровообращение центрального отдела сердечно-сосудистой системы и
головного мозга в период от 5 к 7 годам претерпевает закономерные возрастные
изменения. Развитие центрального отдела сердечно-сосудистой системы
характеризуется возрастанием систолического и диастолического артериального
давления, сердечного выброса и снижением ЧСС. Возрастные изменения
кровообращения головного мозга заключаются в существенном повышении
пульсового кровенаполнения, артериального притока, тонуса мозговых артерий
крупного и среднего калибра, а также в снижении тонического напряжения
церебральных артерий малого калибра.
2. Выявлено два варианта срочной адаптации центрального отдела сердечнососудистой системы детей 5-7 лет к умственной нагрузке. Первый вариант
отмечается у большинства испытуемых и характеризуется увеличением или
снижением ударного объема, возрастанием систолического артериального давления
и коротким восстановительным периодом изученных показателей. При втором
варианте реакции отмечается снижение ударного объема и существенное
увеличение диастолического артериального давления
при возрастании
систолического артериального давления и частоты сердечных сокращений, а также
длительный восстановительный период большинства параметров.
3. Срочная адаптация мозгового кровообращения к умственной нагрузке у
детей 5-7 лет проявляется в трех вариантах. Первый вариант характеризуется
существенным увеличением кровотока, снижением тонуса мозговых артерий
крупного, среднего и малого калибра в лобных и затылочных областях головного
мозга. Второй вариант реакции отличается разнонаправленными изменениями
17
кровотока в лобных и затылочных областях головного мозга (увеличение в одной
области при снижении в другой). Увеличение кровотока сопровождается снижением
тонического напряжения мозговых артерий большого, среднего, малого калибра
соответствующей области головного мозга. Третий вариант реакции
характеризуется снижением артериального притока и повышением тонуса крупных
и средних мозговых артерий в лобных и затылочных областях головного мозга. У
всех детей 5-7 лет умственная нагрузка вызывает снижение тонуса церебральных
артерий малого калибра, вызванное повышением функциональной активности
головного мозга.
4. Комплексный анализ динамики параметров центральной гемодинамики и
мозгового кровообращения показал, что у большинства детей 5-7 лет умственная
нагрузка не сопровождается напряжением механизмов регуляции сердечнососудистой системы. Наблюдается возрастание артериального притока и снижение
тонуса церебральных сосудов крупного, среднего и малого калибра в лобной и
затылочной областях или перераспределение артериального притока между
изученными областями головного мозга, а также повышение систолического
артериального давления независимо от направленности изменений ударного объема.
5. Выявлен комплекс изменений параметров мозговой и центральной
гемодинамики, отражающий существенное напряжение механизмов срочной
адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке. Указанный
комплекс характеризуется снижением артериального притока, повышением тонуса
мозговых артерий крупного и среднего калибра, существенным снижением
ударного объема, возрастанием диастолического и систолического артериального
давления, частоты сердечных сокращений, а также длительным восстановительным
периодом большинства параметров центральной гемодинамики.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Безобразова В.Н., Зиненко Е.С. Функциональное состояние кровообращения
головного мозга детей 5-летнего возраста/ В.Н. Безобразова, Е.С. Зиненко//
Новые исследования.- 2008.- №2.- С.22-27
2. Зиненко Е.С. Адаптация системы кровообращения детей дошкольного возраста к
различным нагрузкам/ В.Н. Безобразова, С.Б. Догадкина, Г.В. Кмить, Л.В.
Рублева, А.Н. Шарапов, Н.Н. Шаров, Е.С. Зиненко// Материалы II Международ.
научн.-практ. конф. «Адаптация биологических систем к естественным и
экстремальным факторам среды».-Челябинск, 6-8 октября 2008.-С.123-127
3. Зиненко Е.С. Реакция центрального отдела сердечно-сосудистой системы на
умственную нагрузку у детей 5-6 лет/Е.С. Зиненко// Материалы II съезда
18
физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека».- Кишинев, 29-31 октября
2008.-С. 133
4. Зиненко Е.С. Соматические и вегетативные компоненты физиологической
адаптации организма младших школьников/ Л.В. Рублева, В.Н. Безобразова, Г.В.
Кмить, С.Б. Догадкина, Е.С. Зиненко// Материалы Всеросс. конф. «Научное
наследие академика Л.А.Орбели. Структурные и функциональные основы
эволюции функций, физиология экстремальных состояний».- СПб, 19-20 ноября
2008.- С.221
5. Зиненко Е.С. Возрастные особенности центрального отдела сердечно-сосудистой
системы детей 5-7 лет/ Е.С. Зиненко// Материалы международной научной
конференции «Физиология развития человека».- М., 22-24 июня 2009.- С. 60-61
6. Зиненко Е.С. Кровообращение головного мозга детей дошкольного возраста/
В.Н. Безобразова, Е.С. Зиненко// Материалы международной научной
конференции «Физиология развития человека».- М, 22-24 июня 2009.- С. 18-19
7. Зиненко Е.С. Срочная адаптация сердечно-сосудистой системы детей 5-7 лет к
умственной нагрузке/ А.Н. Шарапов, В.Н. Безобразова, Е.С. Зиненко, Г.В. Кмить
// Физиология человека, 2010.- Т. 36.- № 3.- С. 74-81
19