Формирование Ритма сердца и адаптационные возможности организма при различных функциональных состояниях 03. 00. 13 физиология

Вариационная пульсометрия, заключающаяся в изучении законов распределения кардиоинтервалов как случайных величин, включает следующие характеристики: MxDMn (вариационный размах) (мс) – разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов; Мо (мода) (мс) – наиболее часто встречающееся значение интервала R-R в исследуемом ряду; АМо (амплитуда моды) – число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в процентах к общему объему выборки; SI (условные единицы) – индекс напряжения регуляторных систем; ИВР (условные единицы) – индекс вегетативного равновесия, отражающий баланс между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системами (Баевский, 1979).

Спектральный анализ ВСР производился с помощью программы ИСКИМ6 аппаратного комплекса «Варикард 2.51» по состоянию трех частотных диапазонов спектра волн колебательного процесса: высокочастотных (HF), низкочастотных (LF) и очень низкочастотных (VLF). Каждый частотный компонент отражает вклад различных контуров регуляции в управление вегетативными функциями. Для характеристики частотного диапазона спектра волн мы использовали показатели мощности волн в абсолютных и относительных величинах.

Интегральный показатель активности регуляторных систем (PARS) дает комплексную оценку вариабельности сердечного ритма. Он вычисляется в баллах по специальному алгоритму, заложенному в программу компьютерной обработки продолжительности кардиоинтервалов. Показатель включает 5 характеристик, которым присваивается целое число по шкале от -2 до +2. Величина PARS складывается из абсолютных значений каждой характеристики. Показатель дает возможность дифференцировать различную степень напряжения регуляторных систем, что позволяет отнести обследуемого к одному из четырех функциональных состояний:

• 
  состояние нормы или удовлетворительной адаптации (1 - 3 балла);
  
• 
  состояние функционального напряжения (донозологическое состояние) (4 - 5 баллов);
  
• 
  состояние перенапряжения или неудовлетворительной адаптации (преморбидное состояние) (6 - 7 баллов);
  
• 
  состояние истощения регуляторных систем или срыва адаптации (8 – 10 баллов).
  

Исследования проводились в условиях относительного покоя и при моделировании различных функциональных состояний. Функциональные состояния определялись действием доминирующих факторов: физическая нагрузка, гипоксия с гиперкапническим и нормокапническим компонентами, задержка дыхания, гипервентиляция, изменение положения тела в пространстве, изменение геометрии позвоночника (наклоны, изгибы, вытяжения), применение устройства для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника, приемы мануальной терапии.

Физическая нагрузка обеспечивалась с помощью велоэргометра «Medicor» (Венгрия). Величина нагрузки дозировалась в зависимости от исходного состояния испытуемого и его физических возможностей и составляла от 50 до 200 Watt.

Моделирование гипоксии с гиперкапническим компонентом осуществлялось путем дыхания по закрытому контуру через оксиспирограф «Мета–1-25» без поглотителя углекислого газа. Состояние гипоксии с нормальным содержанием углекислого газа воспроизводилось с помощью оксиспирографа с поглотителем углекислого газа (натронная известь).

Задержка дыхания проводилась на вдохе (проба Штанге) и на выдохе (проба Генча) до отказа от выполнения пробы (Горбунов, 2003). Гипервентиляционная нагрузка осуществлялась в течении 1 минуты при максимальной частоте и глубине дыхания (Вейн и др.,1991). Ограничение продолжительности пробы было обусловлено развитием субъективных ощущений.

Ортостатическая и клиностатическая функциональные пробы выполнялись по общепринятой методике (Servit, 1948; Birkmayer, 1966). Переход из горизонтального положения в вертикальное и обратно осуществлялся активно. В исходном положении испытуемого и при изменении положения тела в пространстве проводили регистрацию физиологических параметров сердечно-сосудистой системы, записывали ЭКГ. Разгрузка грудного отдела позвоночника в вертикальном положении испытуемых достигалась с помощью сконструированного нами устройства. Тракция осуществлялась за подмышечные впадины с усилием от 20 до 30 кг в зависимости от массы тела.

Воздействие на позвоночник осуществляли с помощью устройства для коррекции грудного отдела позвоночника в горизонтальном положении в течение 10 минут. Мануальная терапия включала постизометрическую релаксацию мышц и приемы мобилизации двигательных сегментов позвоночника (Веселовский, 1991; Левит и др., 1993; Лиев, Татьянченко, 1996).

Методы математико-статистического анализа данных

Полученные результаты статистически обработаны по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Использовался t - критерий Стъюдента; корреляционный анализ (Лакин, 1980; Автандилов, 1990; Реброва, 2002). Для анализа динамики физиологических показателей в ходе экспериментов применялся метод прямых разностей (Некляев, 1968). Статистическая, геометрическая и спектральная обработка кардиоинтервалограмм осуществлялась по программе ИСКИМ-6, разработанной в институте внедрения новых медицинских технологий (г.Рязань) (Семенов, Баевский, 1996).

Одной из задач данной работы было исследование взаимосвязи между различными показателями функциональной активности организма. Было обследовано 109 человек в возрасте 20,3±0,3 года, из них 59 девушек и 50 юношей. У всех испытуемых проводили антропометрические измерения, определяли частоту сердечных сокращений, артериальное давление, рассчитывали вегетативный индекс Кердо, систолический и минутный объем кровотока, адаптационный потенциал, который является интегральной характеристикой адаптационных возможностей сердечно-сосудистой системы.

В обследуемой нами группе гемодинамические показатели испытуемых находились в пределах возрастной нормы (табл. 1). Структура активности вегетативной нервной системы, исследованная по вегетативному индексу Кердо, представлена на рисунке 1.
Таблица 1

Гемодинамические показатели и индексы функциональной

активности вегетативной нервной системы

Показатели	Общие данные n=109	Девушки n=59	Юноши n=50
ЧСС (в мин.)	78,3±1,1	81,0±1,6	75,1±1,5*
АДс (мм рт.ст.)	119,0±1,3	115,5±1,8	123,0±1,7*
АДд (мм рт.ст.)	78,7±1,0	77,9±1,4	79,7±1,4
СО (мл)	60,7±0,9	60,1±1,2	61,4±1,3
МОК (мл)	4752±96	4865±133	4619±136
ЭПК (мкА)	66,0±3,0	58,4±4,0	75,1±4,3*
ИФАСНС (усл.ед.)	61,7±3,0	54,4±3,9	70,5±4,7*
ВИ (усл.ед.)	-2,6±1,9	1,9±2,5	-7,8±2,7*
АП (усл.ед.)	2,20±0,03	2,17±0,04	2,24±0,04

Примечание: * - P<0,01 – дано в сравнении с показателями девушек
Для дополнительной оценки вегетативного статуса испытуемых нами был предложен индекс функциональной активности вегетативной нервной системы (ИФАСНС), который рассчитывается по формуле: ИФАСНС = АДс × ЧСС × ЭПК/ 10000. Коэффициент корреляции между параметрами комплексной оценки функционального состояния симпатического отдела вегетативной нервной системы и его составными величинами имел положительные достоверные значения. Наиболее выраженной корреляция была между ИФАСНС и ЭПК (r = 0,9; P<0,01).

Девушки

Юноши

Рис. 1. Структура активности вегетативной нервной системы у девушек и юношей

По состоянию ИФАСНС мы выделили три типа активности симпатического отдела вегетативной нервной системы среди обследованных лиц:

• 
  низкая активность - ИФАСНС < 50 условных единиц;
  
• 
  умеренная активность - ИФАСНС = 50 – 100 условных единиц;
  
• 
  высокая активность - ИФАСНС > 100 условных единиц.
  

Исследование состояния вегетативного статуса испытуемых при максимальной физической нагрузке, которая достигалась с помощью работы на велоэргометре, показало, что происходит значительное увеличение вегетативного индекса (58,5±1,3; P<0,001) и индекса функциональной активности симпатической нервной системы (104,8±20,9; P<0,05). В ходе физической работы адаптационный потенциал сердечно-сосудистой системы испытуемых достоверно изменялся (от 2,20±0,03 до 3,38±0,07; P<0,001) и соответствовал неудовлетворительной адаптации. Нами установлено, что на высоте физической нагрузки в значительной степени возрастают корреляционные взаимосвязи между ИФАСНС и ВИ (от r = +0,27 до r = +0,49), а также между ИФАСНС и АП (от r = +0,29 до r = +0,73).

гетативной нервной системы по показателям ИФАСНС

Параллельно с исследованием гемодинамики у испытуемых проводили регистрацию и анализ ЭКГ с помощью аппаратного комплекса «Варикард 2.51» и программы ИСКИМ-6 (табл.2).

Показатели вариабельности сердечного ритма сравнивались с нормативными значениями, полученными другими авторами (Земцовский и др., 2004). В группе обследованных астраханских студентов обнаружено увеличение индекса напряжения регуляторных систем (SI), мощности спектра волновых структур (TP), доли высокочастотного компонента спектра (HFP), показателя активности регуляторных систем (PARS). В то же время зарегистрировано снижение доли сверхнизкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма (VLFP) и индекса централизации регуляторных систем (IC).

Показатель активности регуляторных систем организма позволил выделить несколько уровней функциональных состояний. Распределение испытуемых по уровням активности регуляторных систем и состоянию резервных возможностей организма в условиях относительного функционального покоя представлены на рисунке 3.

В соответствии с активностью вегетативной нервной системы, определенной у испытуемых по состоянию вегетативного индекса Кердо, были проанализированы показатели вариабельности сердечного ритма у симпатотоников и ваготоников (табл. 3). Нами установлено, что только показатели наиболее часто встречающегося кардиоинтервала (моды), амплитуды моды, индекса напряжения регуляторных механизмов, их централизации, интегрального показателя активности регуляторных систем, соотношения низкочастотного и высокочастотного компонентов волнового спектра достоверно отличались в группах ваготоников и симпатотоников.

Таблица 2

активности регуляторных систем

Далее была определена корреляционная зависимость между основными показателями вариабельности сердечного ритма, с одной стороны, и вегетативным индексом, индексом функциональной активности симпатической нервной системы, адаптационным потенциалом, с другой (табл. 4). Корреляционный анализ позволил выявить законномерность, в соответствии с которой при увеличении напряжения механизмов адаптации и усилении симпатических влияний уменьшается вариабельность кардиоинтервалов, возрастает роль центральных звеньев регуляции, снижается влияние дыхательной периодики.

Таким образом, по нашим данным среди показателей математического анализа вариабельности сердечного ритма наибольшую значимость в оценке вегетативного статуса имеют частота сердечных сокращений, наиболее часто встречающийся кардиоинтервал (мода), амплитуда моды, напряжение регуляторных механизмов. Меньшее значение имеют вариационный размах продолжительности кардиоинтервалов, среднее квадратичное отклонение, степень централизации регуляторных механизмов, доля высокочастотных волн в спектре колебательного процесса, интегральный показатель активности регуляторных систем, соотношение средних значений низкочастотного и высокочастотного компонентов волнового спектра.

В ходе нашей работы на 17 испытуемых с помощью программно-аппаратного комплекса АМСАТ исследовались показатели функционального состояния различных органов и систем. Выявлено, что показатели функциональной активности сердечно-сосудистой, бронхо-легочной и периферической нервной систем, а также позвоночника и крупных суставов конечностей формируют достоверные корреляционные связи между собой и со всеми другими органами и системами (r > 0,9; P < 0,05). Это позволяет сделать заключение, что именно эти системы отражают морфофункциональное единство целостного организма. Представленные результаты обосновывают целесообразность при исследовании функционального состояния организма акцентировать внимание на изучении деятельности кардио-респираторной системы и опорно-двигательного аппарата.

Показатели	ВИ	АП	ИФАСНС
ЧСС	0,71***	0,48***	0,47***
MxDMn	-0,27***	-0,29***	-0,1
SKO	-0,27***	-0,28***	-0,1
Mo	-0,71***	-0,43***	-0,43***
AMo	0,36***	0,41***	0,27***
SI	0,29***	0,36***	0,21*
TP	-0,06	-0,12	0,09
HFP	-0,2*	-0,21*	-0,22*
LFP	0,21*	0,07	0,21
VLFP	0,08	0,24	0,11
LF/HF	0,26***	0,1	0,22*
VLF/HF	0,15	0,2*	0,11
IC	0,23**	0,16	0,19*
PARS	0,25***	0,04	0,23**

Нами выявлено, что соотношение интервалов QT и TQ в условиях функционального покоя приближалось к числу Фибоначчи (0,618) при частоте сердечных сокращений у девушек в интервале от 57,1±0,04 до 58,2±0,04 в минуту, у юношей от 63,2±0,01 до 63,9±0,02. При максимальной физической нагрузке пропорция QT/TQ приобретала значение, которое приближалось ко второму числу ряда Фибоначчи (1,618). Она достигается при ЧСС для девушек в диапазоне от 146,3±0,1 до 150,1±0,05 в минуту, для юношей от 163,0±0,2 до 167,6±0,3.

Поиск золотой пропорции между показателями систолического и диастолического артериального давления как в условиях относительного функционального покоя, так и при максимально допустимой физической нагрузке производился на 84 испытуемых. Среди обследованных было 20 девушек и 64 юноши. Средний возраст испытуемых составил 20,7±0,6 года.

Физическая работа выполнялась на велоэргометре до достижения пульса испытуемыми 170 – 175 ударов в минуту. Соотношение АДс и АДд в условиях относительного функционального покоя составило 1,64 ± 0,02, а на высоте максимальной физической нагрузки приобретало значение 2,65 ± 0,1. Полученные числовые соотношения близки к золотой пропорции (1,618 и 2,618) и отличаются от нее лишь на 1,3% и 1,2% соответственно.

Далее мы разделили испытуемых на две группы. В первую (19,0%) вошли испытуемые, у которых после физической нагрузки адаптации­онный показатель не превысил 3,6 условных единиц, что свидетельствовало о неудовлетворительной адаптации. Во вторую группу (81,0%) вошли испытуемые, у которых в ходе выполняемой работы возник срыв адаптации (АП>3,6). Соотношение АДс/АДд в первой группе было равным 2,37 ± 0,07, во второй группе – 2,71 ± 0,1 (P<0,02).

Для выявления золотых пропорций дыхательной системы мы выбрали показатели резервных объемов легких. Исследование было выполнено на 25 юношах. Возраст испытуемых составил 19,7±0,4 года. Нами установлено, что в условиях относительного функционального покоя соотношение резервных объемов выдоха и вдоха приобретало значение 0,71±0,02; при максимально допустимой физической нагрузке оно составило 1,67±0,18. Полученные пропорции по своим значениям приближаются к числовому ряду Фибоначчи.

Таким образом, в диапазоне функциональных состояний от относительного физиологического покоя с характеристиками удовлетворительной адаптации до максимально допустимого физического напряжения на границе срыва адаптации соотношения продолжительности электрической систолы и диастолы, систолического и диастолического артериального давления, резервных объемов выдоха и вдоха находятся в интервале двух величин «золотой пропорции». Это позволяет использовать данные соотношения в качестве значимого критерия при оценке эффективности компенсаторно-приспособительных реакций на физическую нагрузку.

Для выявления взаимосвязи антропометрических показателей с функциональными показателями кардио-респираторной системы и адаптационными возможностями организма нами было обследовано 136 человек (64 девушки и 72 юноши) в возрасте от 17 до 24 лет. Между всеми изучаемыми параметрами был проведен корреляционный анализ, результаты которого отражены на рисунке 4. Все корреляционные связи, показанные на схеме являются достоверными (Р<0,05–0,001). Наибольшее количество корреляционных связей выявлено у окружности грудной клетки, длины и массы тела. Их можно считать генеральными факторами в общей картине корреляционных связей.