авторефератом диссертации О.В. Кузнецовой

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Респираторно-гемодинамическая функциональная система
(РГДС), осуществляющая газотранспортную функцию, во многом определяет
адаптивные возможности организма (Шик Л.Л.,1994). Развитие морфофункциональных компонентов системы и ее регуляторных механизмов в
препубертатном возрасте связано со значительными перестройками в системах
кровообращения и дыхания, а также в их регуляции (Шалков Н.А., 1957;
Калюжная Р.А., 1977; Колчинская А.З, 1977; Меркулова Н.А., 1985). Все это
сказывается на физиологических механизмах управления и взаимодействия
кровообращения и дыхания как в покое, так и в условиях функциональных
нагрузок (Король В.М.,1967; Сонькин В.Д., 1978; Васильева Р.М., 1983; и др.).
Одним из наиболее перспективных направлений исследования регуляции
висцеральных функций в наши дни является изучение волновых процессов в
гемодинамике и дыхании. Многочисленные исследования колебаний сердечного
ритма (Баевский Р.М., 1968; 2002; Флейшман А.Н., 1999; Михайлов В.М., 2000;
Akselrod S, 1995; Malliani A, Pagni M,), в том числе в онтогенезе (Хаспекова Н.Б.,
2003; Yeragani et al., 1994; Oberlander et al., 1999; Rabbia et al., 2002; Srinivasan K,
et.al 2002; и др.), позволили установить основные закономерности возрастных и
адаптивных изменений показателей вариабельности кардиоритма. Выработаны
стандарты измерения, физиологической интерпретации и клинического
использования вариабельности ритма сердца (Heart rate variability, 1996). Создан
ряд моделей регуляции ритма сердца (Баевский Р.М., 1979; Akselrod S.,1995; De
Boer R.W., KaremakerJ.M.,1987; Baselli G., Diancardi L.,1991, 2001). В ряде
исследований изучены особенности колебаний электрической активности
моторной части дыхательной системы (Тараканов И.И., Вайсман М.В., 1997;
Richardson C.A, 1988,), и артериального давления (Saul JP.,1998; Nollo G.,2005).
С появлением неинвазивных методов непрерывной регистрации
артериального давления открываются новые возможности в изучении
механизмов автономной регуляции респираторно-гемодинамической системы в
целом (Kurki T, Smith NT, Head N,,1987; Penaz J., 1992; Pinna GD,1996).
Исследование возрастных изменений и индивидуальных особенностей
общей мощности и волновой структуры спектров ВРС, ВР АД и ВРД может дать
ценную информацию для понимания физиологических механизмов регуляции
деятельности РГДС и ее становления в онтогенезе. Актуальность такого
исследования усиливает то обстоятельство, что международные стандарты,
используемые для анализа и интерпретации результатов исследований
периодических процессов в РГДС, разработаны только для вариабельности
сердечного ритма, причем без учета возрастных особенностей протекания этих
процессов у детей и подростков.
Остается также спорным и мало исследованным вопрос о
взаимоотношениях и согласованности механизмов регуляции отдельных звеньев
РГДС (Кедер-Степанова И.А.,1966; Килина Т.С., Селезнев В.И.,1981).
В то же время, именно на период, предшествующий пубертатным
процессам, приходятся значительные морфологические и функциональные
перестройки в системах кровообращения и дыхания (Шалков Н.А., 1957;
Аршавский И.А., 1967; Адольф А., 1971; Бирюкович А.А., 1973; Колчинская
А.З., 1973; Калюжная Р.А., 1975; Ширяева И.С., 1977; Кузнецова Т.Д., 1983;
Кулаев Б.С., 1999 и др.). Эти обстоятельства определили выбор возрастного
диапазона испытуемых для проведенного нами исследования.
Цель исследования:
Выявить возрастные, половые и индивидуальные особенности регуляции
ключевых звеньев РГДС (сердца, сосудов, дыхания) у детей 8-11 лет в покое и
при функциональных нагрузках.
Задачи:
1. Исследовать спектральные характеристики вариабельности, отражающие
особенности автономной регуляции различных звеньев РГДС, в покое и при
функциональных нагрузках (умственная нагрузка; дыхание с навязанным
ритмом; клиноортостатическая проба) у мальчиков и девочек 8-11 лет;
2. Выявить особенности взаимодействия звеньев РГДС в покое и при
функциональных пробах у детей 8-11 лет.
3. Определить индивидуально-типологические особенности регуляции РГДС у
детей 8-11 лет.
Научная новизна исследования
Впервые были исследованы особенности регуляции звеньев РГДС в
состоянии спокойного бодрствования методом спектрального анализа
вариабельности ритмов сердца, дыхания, систолического и диастолического
артериального давления при одновременной и непрерывной регистрации у детей
от 8 до 11 лет; выявлены возрастные изменения и половые различия общей
мощности и структуры спектров исследованных ритмов.
Впервые определен исходный вегетативный тонус в различных звеньях
РГДС и проведен анализ корреляционных взаимосвязей между спектральными
составляющими вариабельности соответствующих ритмов, а также показаны
изменения спектральных характеристик каждого из исследованных ритмов в
процессе выполнения умственной, дыхательной и клиноортостатической
нагрузок. Выявлены возрастные и половые отличия функционирования
регуляторных механизмов звеньев РГДС в покое и при функциональных
2
нагрузках; описаны основные возрастные тенденции динамики реактивности
исследуемых ритмов от 8 к 11 годам и от детского возраста к взрослому.
Впервые исследованы особенности индуцированного и спонтанного
барорефлекса у детей и основные возрастные тенденции изменения
барорефлекторной
чувствительности.
Обнаружены
индивидуальнотипологические особенности автономной регуляции РГДС в группах детей,
различающихся барорефлекторной чувствительностью и успешностью
удержания навязанного ритма дыхания.
Предложен способ типизации автономной регуляции РГДС на основе
исходного вегетативного тонуса, профиль которого определяется комбинацией
из 4 показателей вегетативного баланса (в спектрах вариабельности ритмов
сердца, дыхания, систолического и диастолического артериального давления).
Получены ориентировочные величины спектральных показателей ритмов
систолического и диастолического АД и дыхания у детей 8-11 лет.
Научно-теоретическая и практическая значимость
Полученные данные расширяют и углубляют представления об особенностях
функционирования различных звеньев РГДС как компонентов единой
функциональной системы, а также о механизмах регуляции дыхания и
гемодинамики у детей разного пола и возраста.
Полученные результаты позволяют рассматривать проблему регуляции РГДС
в разных плоскостях: в плоскости физиологических закономерностей
управления отдельными ключевыми звеньями единой функциональной системы
и их взаимодействия при выполнении различных функциональных задач; в
плоскости возрастного развития как отдельных звеньев, так и всей системы
РГДС в целом; в плоскости особенностей становления регуляторных механизмов
РГДС у представителей разного пола; в плоскости индивидуальнотипологических особенностей регуляции РГДС. Выявленные критерии
типизации регуляции АНС дают более полное представление о многообразии и
многомерности форм биологического регулирования.
Выявленный комплекс частотных показателей колебаний дыхания и
гемодинамики в покое и при функциональных пробах может служить основой
для разработки нормативов спектральных составляющих вариабельности ритмов
АД и дыхания у детей младшего школьного возраста.
Положения, выносимые на защиту
1. Период II детства является важным этапом развития регуляции РГДС.
Становление регуляции ключевых звеньев РГДС протекает в этом возрасте
гетерохронно, с различной скоростью и интенсивностью, несмотря на то, что
сердце, сосудистая система и дыхательный аппарат связаны единой
газотранспортной функцией.
3
2. Гетерохронность и гетеродинамность развития регуляции ключевых звеньев
РГДС проявляется в том, что регуляторные механизмы сердца к 8-11 годам
уже в значительной мере сформированы и относительно устойчивы. В
отличие от них, в сосудистой системе и, особенно, в системе дыхания
продолжаются активные процессы развития автономной регуляции.
3. Барорефлекторная чувствительность может служить одним из критериев для
выделения устойчивых индивидуально-типологических особенностей
автономной регуляции ключевых звеньев РГДС у детей 8-11 лет.
4. Характеристика исходного вегетативного тонуса автономной регуляции
респираторно-гемодинамической системы, должна включать
комплекс
показателей соотношения симпато-парасимпатических влияний в каждом из
ключевых звеньев РГДС (сердечном, сосудистом и дыхательном).
Апробация работы
Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались
на конференции молодых ученых «Ломоносов-2001» (Москва, 2001);
конференции молодых ученых Института возрастной физиологии РАО (Москва,
2003); на ХIХ Съезде физиологов России (Екатеринбург, 2004); Международной
научно-практической конференции «Актуальные проблемы охраны здоровья
учащейся молодежи» (Брянск, 2004); международной конференции «Физиология
развития человека» (Москва, 2004), Х Юбилейной международной научнопрактической конференции «Современные достижения спортивной медицины,
физкультуры и валеологии» (Одесса, 2004); Всероссийской конференции с
международным участием «Биологические аспекты экологии человека»
(Архангельск, 2004); IV Всероссийском Симпозиуме с международным участием
«Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и
прикладные аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине»
(Новокузнецк, 2005); на I Съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005); на
Всероссийской конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье»
(Санкт-Петербург, 2006).
По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 238 страницах формата А4, включая 34 таблицы и
60 рисунков, и состоит из Введения, шести глав, Выводов и Списка
использованной литературы, включающего 237 работ отечественных авторов и
145 работ зарубежных авторов.
4
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании принимали участие 240 учащихся 2-6 классов
общеобразовательных школ г. Москвы и 40 взрослых добровольцев обоего пола.
К эксперименту допускались дети, родители которых дали письменное
разрешение на участие в исследованиях. Перед началом эксперимента были
проведены разъяснительные родительские собрания, беседы с учителями и
школьниками.
Взрослые
добровольцы
также
давали
письменное
информированное согласие на проведение исследований.
В качестве основного метода исследования регуляции РГДС и ее звеньев
применен спектральный анализ колебаний ритмов сердца, систолического и
диастолического артериального давления и объемно-скоростных характеристик
воздушного потока. Кроме того, измеряли ЧСС, АД (по Короткову), объем
вдоха, время вдоха и выдоха.
У всех детей определяли показатели физического развития и особенности
телосложения по схемам Штефко-Островского и Хит-Картер.
Непрерывную и одновременную регистрацию ЭКГ во 2 стандартном
отведении; кривой изменения систолического и диастолического артериального
давления
с помощью фотоплетизмографического датчика
методом
«разгруженной артерии», предложенным J.Penaz (1969г.); объемно-скоростных
характеристик воздушного потока с помощью ультразвукогового датчика
проводили с применением компьютеризированного спироартериокардиоритмографа (производитель: ООО «ИНТОКС», Санкт-Петербург) в состоянии
покоя, в процессе функциональных нагрузок и в фазе восстановления (с 11 по 16
минуту после функциональной пробы). Длительность каждой записи составляла
5 минут.
В качестве функциональных проб были выбраны: умственная проба (счет в
уме); дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту; клиноортостатическая
проба. Выбранные пробы оказывают воздействие через разные каналы, тем
самым выявляют реактивность регуляторных механизмов, не дублируя друг
друга, а дополняя информацию о состоянии нейрогуморальной регуляции
респираторно-гемодинамической системы. Функциональные пробы проводились
в стандартной последовательности. В дневник наблюдений вносили
объективные данные о текущем состоянии испытуемого: появление неприятных
ощущений, усталость, изменение цвета кожных покровов и характера дыхания,
мышечное напряжение и тремор.
При интерпретации результатов анализа опирались на используемые в
настоящее время "Стандарты измерения, физиологической интерпретации и
клиническому использованию вариабельности ритма сердца", выработанные
«Экспертной группой ассоциации европейских и североамериканских
кардиологов и ритмологов» в 1996 году. Согласно данному документу и мнению
5
многочисленных зарубежных и отечественных исследователей, быстрые волны
(HF) признаются маркерами влияний парасимпатической НС, медленные (LF) –
симпатической и очень медленные (VLF) – связываются с метаболическими
процессами и влияниями высших надсегментарных регуляторных центров
(«Стандарты», 1996; Хаютин В.М. Лукошкова Е.В.,1999, Баевский Р.М., 2002).
Статистический анализ результатов проводили с помощью пакетов
STATISTIKA 6.0 и SPSS for Windows с использованием следующих методов:
основные статистики, включая t-критерий по Стьюденту; корреляционный
анализ; кластерный анализ (иерархические методы: Уорда и одиночной связи,
итеративный метод К-средних); ANOVA и дисперсионный анализ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Исследования колебаний различных параметров РГДС в покое
показали, что для мальчиков и девочек младшего школьного возраста, как и для
взрослых, характерно наличие хорошо выраженных волн сердечного ритма во
всех трех диапазонах частот, что совпадает с наблюдениями других авторов
(Носкин Л.А., Пивоваров В.В.,2004; Parati G, Saul JP,1995; Mazur ES., 1999; Voss
A., Matherg H.,2000). Это высокочастотные, или быстрые, волны, медленные и
очень медленные волны. В спектрах артериального давления и дыхания также
присутствуют быстрые, медленные и очень медленные волны (рис.1).
Обращает на себя внимание разница в структуре спектра сердечного
ритма, спектра артериального давления и дыхания. В спектре сердечного ритма
преобладают быстрые (HF ms2) и медленные волны (LF ms2). Доля очень
медленных волн (VLF ms2) в спектре кардиоритма составляет всего 10-15%,
тогда как в спектре артериального давления преобладают очень медленные
волны (VLF mmHg2). В спектре вариабельности ритма дыхания преобладают
быстрые и очень медленные волны (HF l/min2 и VLF l/min2), а доля медленных
(LF l/min2 ) не превышает 10%.
При переходе из одной возрастной группы в другую внутри спектров всех
исследованных ритмов происходят сложные структурные перестройки, даже в
том случае, когда общая мощность спектра достоверно не меняется, а показатели
ЧСС, АД и дыхания остаются неизменными (рис.2).
По нашему мнению, наличие в структуре спектров вариабельности всех
исследуемых ритмов волн всех трех диапазонов частот, говорящих о
присутствии парасимпатических и симпатических влияний, еще раз доказывает,
что работа каждого из звеньев РГДС находится под контролем двух отделов
автономной нервной системы, а структурная специфика спектров определяется
морфо-функциональными особенностями регуляторных механизмов сердца,
сосудов и дыхательного аппарата.
6
мальчики
ммм
девочки
А
100%
100
%
80
%
60
%
40
%
20
%
0% 8 9
80%
60%
40%
20%
0%
8
9 10 11
8 9 10 11 лет
Г
100%
100%
80%
80%
60%
60%
40%
40%
20%
20%
8
9 10 11
8
0%
9 10 11 лет
АДС
девочки
8 9 10 11 лет
10 11
мальчики
В
0%
Б
мальчики
АДД
девочки
HF
LF
VLF
8 9 10 11
АДС
8 9 10 11 лет
АДД
Рисунок 1. Структура спектров ритмов различных звеньев РГДС у школьников
8-11 лет в покое: А) ритм сердца у мальчиков (м) и девочек (д); Б) ритм дыхания у
мальчиков (м) и девочек (д); В) ритм артериального давления систолического
(АДС) и диастолического (АДД) у мальчиков; Г) ритм артериального давления у
девочек.
mmHg2 45
mmHg
40
65
35
АД диастолич.
TPD, mmHg2
30
60
25
20
VLFD, mmHg2
55
LFD,mmHg2
50
HFD,mmHg2
15
10
5
0
8
9
10
11
Рисунок 2. Динамика абсолютных значений диастолического АД и
спектральных составляющих ВР АДдиаст. от 8 к 11 годам (мальчики)
7
2. Регуляция РГДС при функциональных пробах.
В нашем исследовании были использованы функциональные пробы,
принципиально различающиеся по тем требованиям, которые их выполнение
предъявляет к вегетативным системам организма. В их числе: умственная
нагрузка (счет в уме), воздействующая на систему РГДС косвенно;
клиноортостатическая проба, вызывающая системные изменения, связанные с
перемещением вектора действия гравитации, перераспределением жидкостей в
теле и воздействием непосредственно на рецепторы гемодинамической системы;
дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту, представляющее собой
провокативную пробу для всех звеньев РГДС.
Умственная проба (счет в уме). Вычисления в уме сопровождаются
активизацией АНС на уровне центрального контура регуляции, в том числе его
надсегментарного уровня. На рис. 4 представлена направленность (вверх –
увеличение; вниз- уменьшение) и степень изменений показателя вегетативного
баланса (исходный уровень принят за 1,0) при функциональных нагрузках. На
примере мальчиков 8- 11 лет можно увидеть, что наиболее устойчивая реакция
наблюдалась в ритме сердца. В группах детей разного пола и возраста
направленность изменений ритма сердца не различалась и сопровождалась
активацией симпатического отдела автономной нервной системы и
надсегментарных регуляторных структур. В ритмах АД и дыхания с возрастом
происходили изменения не только амплитуды, но и направленности реакции.
При индивидуальном анализе выявлена бóльшая вариативность реакции
АНС в дыхательном и сосудистом звене, чем в автономной регуляции сердца.
В восстановительном периоде после умственной нагрузки показатели
спектра ВРС у детей 8-9 лет не восстанавливаются полностью до прежнего
уровня даже через период времени, вдвое превышающий длительность самой
нагрузки. В ритмах АД и дыхания после нагрузки наблюдаются наибольшие
сдвиги, особенно в диапазоне очень медленных волн, что говорит об изменениях
на уровне надсегментарных регуляторных структур и метаболизма. Даже у
детей, у которых в процессе нагрузки не было достоверных изменений, реакция
проявлялась в восстановительном периоде. Видимо, умственная нагрузка
вызывает «напряжение» РГДС, которое при выполнении самой нагрузки может
явно не проявляться, но вызывает «отставленную» реакцию, напоминая тем
самым работу «в долг» при физической нагрузке.
Клиноортостатическая проба. Клиноортостатическая проба вызывает
системные изменения, связанные с перемещением вектора действия гравитации
и перераспределением жидкостей в теле.
8
Умственная нагрузка
Клиноортостатическая проба
мальчики
1,90
8л
9л
10л
5,00
11 л
мальчики
8л
9л
10 л
11 л
кп оп
кп оп
4,00
1,40
3,00
2,00
0,90
1,00
0,40
0,00
п
н
п
н
п
н
п
н
кп оп
девочки
1,90
8л
9л
девочки
5
10 л
11 л
кп оп
8л
4
9л
10 л
11 л
3
1,40
2
0,90
1
0
0,40
п
н
п
мужчины
27 лет
2,00
н
52 лет
п
н
34 лет
п
н
женщины
56лет
кп
оп
кп
оп
кп
10,00
мужчины
8,00 27 лет
1,50
6,00
1,00
4,00
0,50
2,00
оп
кп
оп
женщины
34 лет
56лет
52 лет
0,00
0,00
п
ВРС
н
п
н
ВР АДС
п
н
ВР АДД
п
н
ВРД
кп
оп
ВРС
кп
оп
ВР АДС
кп
оп
ВР АДД
кп
оп
ВРД
Рисунок 4. Направленность и степень изменений показателя вегетативного баланса исследуемых
ритмов при умственной нагрузке («счет в уме») и клиноортостатической пробе у детей 8 – 11 лет и взрослых
В компенсаторных реакциях при переходе тела из горизонтального
положения в вертикальное, наряду с реакцией сердца и сосудов, активно
задействовано и дыхание. У большинства детей 8-11 лет в ортостатическом
положении активность автономного контура регуляции ритма сердца снижается,
при этом повышается относительная доля симпатических и надсегментарных
влияний. В сосудистом звене активность АНС возрастает, в основном, за счет
повышения доли симпатических влияний. Реакция АНС в дыхательном звене
усиливается от 8 к 11 годам и демонстрирует высокую индивидуальную
вариативность.
Функциональная проба «дыхание с навязанным ритмом» (с частотой 6
циклов в минуту). При выполнении этой пробы ребенок в течение 5 минут
дышит с частотой 6 дыхательных циклов в минуту (5с вдох и 5с выдох),
ориентируясь на счет исследователя. Дыхательная проба позволила выявить
целый ряд интересных особенностей регуляции как дыхательного звена РГДС,
так и всей системы в целом.
В процессе выполнения пробы ритмограммы сердечных сокращений и
давления изменялись синхронно с ритмом дыхания. Ритмограммы всех четырех
исследуемых показателей имели вид, близкий к синусоиде (рис.5). У взрослых
наблюдалась отчетливая депрессия волн быстрого диапазона и значительное
усиление вазомоторных волн. В спектрограммах этих же ритмов наблюдались
пики в диапазоне медленных волн, синхронизированные по частоте (рис. 6). У
многих детей наблюдались такие же явления. Однако среди детей выявлялась
часть испытуемых, у которых наблюдалось рассогласование между изменением
исследуемых ритмов при выполнении нагрузки.
Рисунок 5. Ритмограммы
(справа) и спектрограммы
(слева) ритма сердца
(вверху), АДС и АДД
(внизу) у ребенка,
записанные в положении
лежа при дыхании с
частотой 6 ц/мин.
10
VLF
LF
HF
VLF
LF
HF
Б
Вар. 3
Вар. 1
А
В
Б
Вар. 4
Вар. 2
А
В
Рисунок 6. Четыре варианта сочетаний спектрограмм исследуемых ритмов у
разных детей при дыхании 6 ц/мин: А – ВРС; Б – ВР АДС и ВР АДД; В – ВРД.
Количество детей, у которых в процессе выполнения дыхательной пробы
были синхронизированы все четыре исследуемых ритма и совпадали пики
спектрограмм (Вар.1 на рис.6), увеличивалось с возрастом.
3.Взаимосвязи в системе РГДС. Выявлены существенные изменения с
возрастом числа достоверных корреляционных связей как внутри звеньев РГДС,
так и между звеньями (рис.7). Эти данные, по нашему мнению, свидетельствуют
о том, что в процессе развития происходит не только формирование
регуляторных структур отдельных звеньев РГДС, но и связей между
регуляторными структурами этих систем. В некоторые возрастные периоды
наблюдается усиление жесткости связей, в другие - их ослабление. Возможно,
это связано с периодами интенсивного роста и развития в том или ином из
звеньев функциональной системы. Примером такого периода может служить
возраст 9 лет для дыхательного звена РГДС, когда формируется мужской и
женский тип дыхания. Кроме того, в этом возрасте происходят изменения
энергетики мышц (Тамбовцева Р.В., 2003), что может влиять на общий
метаболизм.
11
Рисунок 7. Корреляционные связи между спектральными компонентами
вариабельности ритма сердца (ВРС), артериального давления систолического и
диастолического (АДС и АДД) и дыхания (ДО) в покое у девочек 8-11 лет.
Число значимых корреляций между звеньями РГДС в процессе
выполнения функциональных проб в большинстве групп детей, а также у всех
взрослых, увеличивается (табл.1). Происходит также усиление тех связей,
которые были обнаружены в покое. Исключение составили мальчики 8-9 лет и
девочки 10 лет, у которых было отмечено уменьшение числа корреляций в
процессе выполнения нагрузок. Эти периоды совпадали с периодами резкого
изменения жесткости взаимосвязей между звеньями в условиях покоя.
Таблица 1
Число значимых (r≥0.5) корреляционных связей между звеньями РГДС в покое и
при функциональных пробах у детей 8-11 лет
возраст
8
9
10
11
12
МАЛЬЧИКИ
ДЕВОЧКИ
Покой
Счет
Дых.
КОП
Покой
Счет
Дых.
КОП
43
45
31
21
32
40
54
22
39
32
42
38
44
34
53
38
37
12
48
27
42
32
21
32
38
26
30
42
40
24
38
53
При выполнении функциональных проб было выявлено увеличение
скоординированности механизмов регуляции отдельных звеньев с возрастом.
Это, в частности, выражалось в повышении доли испытуемых, у которых при
выполнении дыхательной пробы были синхронизированы ритмограммы всех
четырех исследуемых ритмов. Доля таких испытуемых увеличивалась от 25%
среди 8-летних детей до 75% у 11-летних и до 90% у взрослых испытуемых.
Барорефлекторная чувствительность. Барорецепторные рефлексы
относятся к регуляторным механизмам кратковременного действия. Одной из
важных характеристик является барорефлекторная чувствительность (БРЧ),
которая в свою очередь может зависеть от чувствительности барорецепторов
артерий, состояния АНС и чувствительности синусового узла к
экстракардиальным влияниям. При одновременной и непрерывной записи ЭКГ и
систолического АД можно вычислить БРЧ:
БРЧ =
√
LF ВРС ms2
LF ВР АДС mmHg2
35,0
30,0
ms/mmHg
Величина БРЧ при индуцированном барорефлексе (медленное дыхание,
ортостаз) достоверно превышала значение БРЧ при спонтанном (в покое).
Данные возрастного изменения БРЧ как при спонтанном барорефлексе, так и при
индуцированном, показали уменьшение БРЧ от 8 к 11 годам (рис.8).
МАЛЬЧИКИ
ДЕВОЧКИ
25,0
Рис. 8. Средние показатели
барорефлекторной
чувствительности при
спонтанном и
индуцированном
барорефлексе у мальчиков
и девочек 8-11 лет.
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
8
9
10
пок.лежа
11
ортостаз
8
9
10
11
м.дыхание
Методами кластерного анализа в совокупных выборках мальчиков и
девочек были выявлены 3 кластера (таб.2). Кластеры отличались по
наполняемости, уровню БРЧ и дисперсии данного показателя. Значение БРЧ
уменьшалось от 1 к 3 кластеру. Сравнение групп мальчиков с разной БРЧ
13
выявило достоверные отличия по 24 из 34 показателей гемодинамики и дыхания
(таб. 3). Аналогичные данные получены для девочек.
Выявленные особенности автономной нервной регуляции гемодинамики
и дыхания у детей с различной барорефлекторной чувствительностью
демонстрируют высокую информативность данного показателя и его
значимость как критерия выделения устойчивых индивидуально-типологических
особенностей автономной регуляции ключевых звеньев РГДС у детей 8-11 лет.
Таблица 2
Описательные статистики для кластеров, выделенных на основе показателя
барорефлекторной чувствительности (ms/mmHg)
М а л ь ч и к и 8-11 л е т
Кластер
1
2
3
Д е в о ч к и 8-11 л е т
M
σ
CV
N
22,91
11,49
6,36
3,22
2,21
1,72
10,38
4,91
2,96
25
25
30
Кластер
1
2
3
M
σ
CV
N
24,78
13,78
7,88
5,24
2,62
1,85
27,5
6,8
3,4
15
27
38
Другим критерием для дифференциации выборки на типологические
группы была успешность выполнения функциональной нагрузки дыханием с
навязанным ритмом. Во всех возрастных группах были выявлены дети с разной
способностью удерживать навязанный ритм дыхания, причем часть таких детей
(35% от общего числа испытуемых) удавалось научить за несколько циклов
тренировки, тогда как другие (45%) сохраняли неспособность удерживать
навязанный ритм дыхания. Только около 20% детей легко справлялись с
предложенным заданием, причем все они были старше 8 лет. По-видимому, в
условиях управляемого дыхания характер функционирования дыхательного
звена РГДС и взаимодействие его с другими звеньями у детей 8-9 лет в
значительной мере определяется уровнем созревания как автономной нервной
регуляции, так и механизмов произвольной регуляции; у детей 10-11 лет и
взрослых – индивидуальными особенностями, включая особенности
телосложения.
Вегетативный баланс. Анализ данных по вегетативному балансу (ВБ)
показал, что в каждом из звеньев РГДС наблюдаются значения, попадающие в
диапазон «ваготонического», «нормотонического» и «симпатикотонического»
исходного вегетативного тонуса (ИВТ) (рис.8). При этом уровень и частота
встречаемости тех или иных значений показателя ВБ в спектрах вариабельности
ритмов сердца, АД и дыхания значительно отличается.
14
Таблица 3
Показатели гемодинамики и вариабельности ритмов РГДС внутри кластеров,
определенных методом К-средних на основе барорефлекторной чувствительности,
рассчитанной при спонтанном барорефлексе в покое у мальчиков 8-11 лет
Показатели
ЧСС, уд/мин
TP, мс2
1 кластер (n=25)
Среднее
83***
Сигма
10
2 кластер (n=25)
Среднее
85***
Сигма
9
3 кластер (n=30)
Среднее
95**; *
Все кластеры (n=80)
Сигма
Среднее
Сигма
11
88
12
10592***;*
8187
4918*;***
3655
2747*;**
2024
5877
6081
835***
1669***;**
22***
7273***;**
70***;**
0,37
102***;**
64,1
20,9***
20,1***
9,5***
11,5***
4,2***
3,6***
35,1***;**
45,3***
6,5***
4,3***
57,0***;**
45,8***
0,8***;**
1,2***
253,9
103,7
25,0
15,5
107,9
552
1334
1,2
635
1,4
0,4
7,0
10,2
14,8
22,5
8,5
17,0
3,9
3,4
14,0
14,4
4,1
4,3
13,6
13,1
0,7
0,9
184,2
159,2
33,9
12,9
84,4
649
1001*;***
25
2655*;***
61*
0,49
110,5*
63,3
29,2***
26,2***
12,8***
15,1***
5,6***
5,3***
45,4*
53,0
9,8
5,1
46,5*;***
38,9
1,4*
1,8
299,9
162,5
17,0
15,0
87,3
407
893
1,3
2559
1,7
0,4
8,0
6,1
31,1
20,4
13,2
12,7
4,0
4,8
19,0
16,1
21,7
8,8
19,3
16,9
1,1
1,2
159,2
166,2
13,5
12,8
72,8
493*
558*;**
30*
1483*;**
61*
0,60
110,4*
62,5
52,9*;**
49,6*;**
24,8*;**
32,1*;**
14,9*;**
10,3*;**
54,6*
61,0*
11,0*
5,8*
37,7*;**
32,2*
2,0*
2,5*
340,0
178,9
13,9
14,8
121,3
353
395
1,5
1535
1,5
0,5
10,7
6,1
30,6
33,8
15,2
26,9
9,5
7,9
16,1
18,0
13,4
6,6
13,1
15,9
2,1
1,6
195,2
201,4
10,3
14,3
121,8
648
1044
26
3659
63
0,50
107,7
63,3
35,5
33,1
16,2
20,3
8,6
6,6
45,6
53,6
9,2
5,1
46,5
38,5
1,4
1,9
300,6
150,2
18,3
15,1
106,5
457
1026
1,4
4622
1,6
0,4
9,6
7,5
30,0
29,5
14,4
22,1
8,2
6,5
18,2
17,4
14,8
6,7
17,2
16,2
1,6
1,4
182,4
179,0
21,6
13,3
97,0
71,0
14,7
62,7
17,2
69,8
19,0
68,0
17,3
0,25
0,25
0,26
0,24
1,76
0,95
2,55
2,09
1,99**
0,90
1,28*
0,86
0,21
0,10
0,20
0,08
* - статистически достоверные отличия от кластера 1;
** - статистически достоверные отличия от кластера 2;
*** - статистически достоверные отличия от кластера 3
0,27
1,72
1,87
0,21
0,31
1,29
1,52
0,08
0,26
1,99
1,72
0,21
0,27
1,54
1,19
0,09
2
VLF,мс
LF, мс2
LF n.u.
HF, мс2
HF n.u.
LF/HF
АДС, ммРт.ст
АДД, ммРт.ст
TP АДС, ммРт.ст.2
TP АДД, ммРт.ст.2
VLF АДС, ммРт.ст.2
VLF АДД, ммРт.ст.2
LF АДС, ммРт.ст.2
LF АДД, ммРт.ст.2
LFАДС n.u.
LFАДД n.u.
HFАДС, ммРт.ст.2
HFАДД, ммРт.ст.2
HF АДС, n. u.,
HF АДД , n.u.
LF/HF АДС
LF/HF АДД
TP ВРД, л/мин2
VLFВРД, л/мин2
LF ВРД , л/мин2
LF ВРД , n.u.
HF ВРД, л/мин2
HF ВРД , n.u.
LF/HF ВРД
T вдоха, с
T выдоха, с
V вдоха, л/м
15
Рис. 8. Усредненный
профиль исходного
вегетативного
тонуса РГДС в
совокупной выборке
детей обоего пола 811 лет
В результате применения различных методов кластерного анализа, на
основе данных о величине ВБ в каждом отдельном звене РГДС, были выделены
группы мальчиков и девочек (кластеры), имеющие статистически значимые
отличия в структуре спектров ВРС, ВРД, ВР АДС и АДД, а также в показателях
ЧСС, АД и объёмно-скоростых характеристиках дыхания, в том числе и по
барорефлекторной чувствительности (табл. 4).
Таблица 4
Описательные статистики «типичных» кластеров, выделенных на основе
комплекса показателей ВБ в различных звеньях РГДС у мальчиков 8-11 лет
Показатели
ВБ
LF/HFHR,
ms/ms2
Кластер 1
M
σ
CV
Кластер 3
M
σ
CV
Кластер 4
M
σ
CV
Кластер 5
M
σ
CV
0,58 0,40 0,16 0,49 0,30 0,09 0,98 0,66 0,44 0,22 0,15 0,02
LF/HFS,
mmHg/mm
Hg2
1,61 0,52 0,27 0,89 0,53 0,28 3,69 0,93 0,86 0,57 0,31 0,10
LF/HFD,
mmHg/mm
Hg2
LF/HFSP,
(l/m)/(l/m)2
Доля
кластера в
выборке
2,84 0,57 0,32 1,44 0,30 0,09 4,46 1,14 1,31 0,58 0,20 0,04
0,26 0,32 0,11 0,28 0,29 0,08 0,28 0,22 0,05 0,23 0,24 0,06
22%
34%
12%
30%
Профили ВБ для каждого из кластеров представляют собой ломанные
кривые, различающиеся конфигурацией и уровнем значений. Выделенные
кластеры достоверно отличаются по 19 показателям АНС.
16
У одного и того же испытуемого в разных звеньях РГДС возможно
разнообразное сочетание значений ВБ. Это означает, что «вегетативный статус»,
обычно определяемый по ВРС, может характеризовать «настройку» автономной
регуляции только в отношении сердца. Для характеристики РГДС в целом, на
наш взгляд, необходимо учитывать соотношение активности симпатического и
парасимпатического отделов АНС в каждом из звеньев системы.
Таким образом, в качестве критериев выделения типов регуляции звеньев
РГДС,
могут
быть
использованы
показатели
барорефлекторной
чувствительности, способности удерживать навязанный ритм дыхания и
Исходного вегетативного тонуса, представляющего собой профиль ВБ 4 звеньев
РГДС в покое. Это согласуется с многочисленными исследованиями,
свидетельствующими в пользу существования устойчивых типов автономной
нервной регуляции висцеральных функций (Баевский Р.М., Берсенева А.П.,
1997; Шлык Н.И., 2004; и др.).
***
Усиливающаяся с возрастом структурная специфика спектров
вариабельности ритмов сердца, дыхания и артериального давления, по нашему
мнению, свидетельствует о формировании некоторой независимости в регуляции
отдельных звеньев РГДС. В свою очередь, этот факт означает, что одной
вариабельности сердечного ритма недостаточно для выявления индивидуальнотипологических характеристик автономной регуляции всех структурнофункциональных компонентов этой сложноорганизованной функциональной
системы. Кроме того, изменение структуры спектров с возрастом при отсутствии
выраженных изменений ЧСС, АД, объемно-скоростных характеристик дыхания,
как показателей, суммирующих все регуляторные влияния, показывает, что один
и тот же функциональный результат может быть достигнут разными стратегиями
взаимодействия
регуляторных
структур.
Последнее
утверждение
иллюстрируется выявленными различиями в функционировании регуляторных
структур различных звеньев РГДС в процессе выполнения нагрузок (рис. 4).
Выявленные различия в структуре спектра ритмов функциональной активности
звеньев РГДС в покое и при функциональных пробах требуют дальнейшего
изучения природы этих ритмов и доказывают необходимость разработки
специфических стандартов для оценки спектральной структуры ритмической
активности каждого из звеньев РГДС.
Выявленное нами чередование периодов более жестких корреляционных
связей между регуляторными структурами отдельных звеньев РГДС с периодами
ослабления таковых, можно объяснить активными морфо-функциональными
изменениями в каком либо из звеньев или в его регуляции, происходящими в это
время. Это согласуется с данными многих исследований возрастного развития
17
дыхания и кровообращения. Например, в возрастной динамике показателей
внешнего дыхания отчетливо прослеживаются периоды ускоренных и
замедленных изменений (Пешкова А.П., 1977), в том числе к таким периодам
относится возраст 9-10 лет, выделяющийся и в нашем исследовании.
Вегетативные
реакции
отличаются
большой
индивидуальной
вариабельностью, и отдельные индивидуумы даже при однотипном воздействии
или состоянии проявляют различные вегетативные реакции, из которых
складывается индивидуальный вегетативный портрет (Шидловский В.А., 1980).
По-видимому, характер реакции РГДС во многом определяется взаимодействием
регуляторных структур отдельных звеньев, которое в возрасте 8-11 лет проходит
важную стадию формирования. Предложенные нами критерии выявления
индивидуально-типологических
особенностей
автономной
регуляции
(барорефлекторная чувствительность, способность удерживать заданный ритм
дыхания при проведении дыхательной пробы, 4-компонентный профиль
исходного
вегетативного
тонуса)
продемонстрировали
высокую
информативность и устойчивость в исследованном возрастном диапазоне.
ВЫВОДЫ
1. У детей в возрасте 8-11 лет, как и у взрослых, в спектре волн ритмов
артериального давления и дыхания, как и в сердечном ритме, выделяются
быстрые (HF), медленные (LF) и очень медленные волны (VLF). Структура
спектра в каждом из звеньев РГДС имеет специфику: в спектре сердечного
ритма преобладают быстрые и медленные волны; в спектре дыхания
преобладают быстрые и очень медленные волны; в спектре систолического и
диастолического давления – очень медленные волны. В период от 8 к 11
годам выявленная разница в структуре волновых спектров вариабельности
ритма сердца, артериального давления и дыхания еще более усиливается.
2. Возрастное развитие механизмов регуляции отдельных звеньев РГДС
протекает гетерохронно и гетеродинамно. Особенности вариабельности
ритмов различных звеньев РГДС в покое и в процессе реагирования на
различные функциональные нагрузки свидетельствуют о том, что
регуляторные механизмы сердца к 8-11 годам уже в значительной мере
сформированы и устойчивы. В отличие от них, в сосудистой системе и,
особенно, в системе дыхания продолжаются более активные процессы
созревания
механизмов
регуляции,
что
обусловливает
высокую
индивидуальную вариативность реакции АНС в сосудистом и дыхательном
звеньях, а также усиление реактивности регуляторных механизмов в
дыхательном звене в период от 9 к 10 годам.
18
3. Процесс возрастного развития регуляции РГДС как целостной
функциональной системы характеризуется постепенным установлением
взаимосвязей между регуляторными структурами отдельных ее звеньев,
обеспечивающих координацию дыхания и кровообращения в процессе
реагирования на возмущающие воздействия. В возрасте от 8 до 11 лет
наблюдаются периоды усиления и ослабления жесткости связей,
характеризующиеся также их перераспределением между звеньями, что
проявляется в увеличении или уменьшении числа и изменении структуры
значимых
корреляционных
зависимостей
между
спектральными
показателями ВРС, ВР АД и ВРД в покое, а также в степени согласованности
реакции регуляторных механизмов отдельных звеньев
РГДС на
функциональные нагрузки. Отмеченные изменения не совпадают по срокам у
мальчиков и девочек.
4. Умственная нагрузка у детей 8-11 лет обоего пола сопровождается
активизацией центрального контура регуляции АНС, в частности, его
надсегментарного уровня и вызывает «напряжение» механизмов регуляции,
которое проявляется в форме «отставленной» реакции, особенно у детей 8-9
лет. Половых различий в реакции регуляторных систем на умственную
нагрузку не обнаружено.
5. Дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту оказывает мощное
возмущающее воздействие на регуляторные механизмы всех звеньев РГДС.
При этом наблюдается отчетливая депрессия волн быстрого диапазона и
значительное усиление волн медленночастотного диапазона, наиболее
выраженное в сердечном ритме. В условиях управляемого дыхания характер
функционирования дыхательного звена РГДС и взаимодействие его с
другими звеньями у детей 8-9 лет в значительной мере определяется уровнем
созревания как автономной нервной регуляции, так и механизмов
произвольной регуляции; у детей 10-11 лет и взрослых - индивидуальными
особенностями, включая особенности телосложения.
6. В ортостатическом положении у большинства детей 8-11 лет активность
автономного контура регуляции ритма сердца снижается, при этом
повышается относительная доля симпатических и надсегментарных влияний.
В сосудистом звене активность АНС возрастает, в основном, за счет
повышения доли симпатических влияний. Реакция АНС в дыхательном звене
усиливается от 8 к 11 годам и демонстрирует высокую индивидуальную
вариативность.
7. Значимые различия между мальчиками и девочками по спектральным
показателям вариабельности кардиоритма и ритма артериального давления
появляются к 11 годам. Половые отличия, выявленные в профилях исходного
вегетативного тонуса, проявляются большими симпатическими влияниями в
19
сосудистом звене у представителей мужского пола. В дыхательном звене
РГДС четкие половые различия прослеживаются уже с 8 лет, они
проявляются
в
покое
и
усиливаются
при
дыхательной
и
клиноортостатической пробах.
8. Для комплексного описания исходного вегетативного тонуса РГДС
предложено использовать «профиль вегетативного баланса», отражающий
настройку регуляции всех важнейших звеньев РГДС и вычисляемый на
основании анализа ритмов функциональной активности и оценки исходного
вегетативного тонуса сердца, аппарата внешнего дыхания, сосудистого русла.
9. Для выявления индивидуально различающихся вариантов организации и
выделения типологических особенностей вегетативной регуляции РГДС,
наряду с исходным вегетативным тонусом могут быть использованы также
показатели барорефлекторной чувствительности и способность удерживать
заданный ритм дыхания при проведении дыхательной пробы. Типизация по
барорефлекторной чувствительности позволяет выделить группы, наиболее
сильно различающиеся по комплексу показателей функциональной
активности и регуляции звеньев РГДС.
20
1. Список публикаций по теме диссертационного исследования
1. Кузнецова
О.В.
Физиолого-валеологическое
сопровождение
учащихся
общеобразовательной школы.//Инновационная деятельность: исследования, разработки,
внедрения. Материалы региональной научно-практической конференции (19 августа 1999).
Часть II// - Новокузнецк: Изд. ИПК, 1999.- С. 108-112.
2. Кузнецова О.В. Изучение функционального состояния организма и адаптационных
механизмов учащихся в рамках валеологичекого мониторинга.//Непрерывное образование
как условие развития творческой личности. Сборник по материалам Фестиваля
педагогического творчества, 28-29 августа 2000 года в г. Новокузнецке. – Новокунецк:
ИПК, 2001. – С. 154-157.
3. Кузнецова О.В. Спектральный анализ некоторых параметров респираторногемодинамической системы у школьников 8 лет в покое.// Новые исследования -М.:
Вердана, 2003, №2 (5) – С. 96-101.
4. Кузнецова О.В. Особенности вегетативной регуляции респираторно-гемодинамической
системы у детей 8-11 лет. // Новые исследования -М.: Вердана, 2004, №1-2 (6-7) – С. 232233.
5. Кузнецова О.В. Спектральный анализ вариабельности ритмов сердца, артериального
давления и дыхания у девочек 8 лет в покое и при умственной нагрузке.//Актуальные
проблемы охраны здоровья учащейся молодежи: Материалы международной научнопрактической конференции 24-25 марта 2004г. под ред. Г.П.Золотниковой, В.Д. Симоненко
– Брянск: Изд-во Брянского госуниверситета, 2004.- С. 97-99.
6. Кузнецова О.В., Сонькин В.Д. Спектральный анализ показателей респираторногемодинамической системы у девочек 8-11 лет в покое и при умственной
нагрузке.//Рос.физиол.журн.им. И.М.Сеченова, 2004. -Т.90, №8.- С.377.
7. Кузнецова О.В.Мониторинговое исследование функционального состояния организма и
адаптационных механизмов учащихся инновационных школ.// Сучаснi досягнення
спортивноi медицини, лiкувальноi фiзкультури та валеологii // Х Юбiлейна мiжнародна
науково-практична конференцiя. Одеса, 22-24 вересня 2004. – Одесса: Одес.держ.мед.унт.,2004- С.229.
8. Кузнецова О.В. Вариабельность ритмов сердца, артериального давления и дыхания у
младших школьников в покое и при умственной нагрузке по данным спектрального
анализа./Биологические аспекты экологии человека: Сборник Материалов Всероссийской
конференции с международным участием. – Архангельск, 2004. – С. 274-276.
9. Кузнецова О.В., Сонькин В.Д. Спектральный анализ вариабельности ритмов сердца,
артериального давления и дыхания у детей 8-11 лет в покое.//Физиология человека, 2005,
т.31, № 1, - С.39-45.
10. Кузнецова О.В. Барорефлекторная чувствительность у здоровых детей младшего
школьного возраста при спонтанном и индуцированном артериальном барорефлексе.
/Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные
аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине. Сборник научных трудов IV
Всероссийского Симпозиума с международным участием и II Школы-семинара. 24-27 мая,
Новокузнецк, 2005 г., -С. 146-152.
11. Кузнецова О.В. Вариабельность ритмов сердца, артериального давления и дыхания у детей
8-11 лет в покое и при функциональных нагрузках./ Научные труды I Съезда физиологов
СНГ. – Под ред. Р.И. Сепиашвили. – т.1. – М.: Медицина – Здоровье, 2005. – С. 192.
12. Кузнецова О.В. Исследование барорефлекторной чувствительности у детей
при
спонтанном и индуцированном артериальном барорефлексе./ «Человек и его
здоровье»/Сборник материалов IX Всерос. медико-биологической конференции молодых
исследователей, С-ПБ, 2006г.
21