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

03.00.13 – физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Астрахань 2009

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального

образования «Астраханская государственная медицинская академия» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Полунин Иван Николаевич

Будылина Софья Михайловна - доктор медицинских наук, профессор.

Кафедра нормальной физиологии Московского медико-стоматологического университета

Джандарова Тамара Измаиловна - доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных Ставропольского государственного университета

Котельников Андрей Вячеславович - доктор биологических наук, профессор кафедры гидробиологии и общей экологии Астраханского государственного технического университета

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Защита состоится «___»____________2009г. в ____часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.01 при Астраханском государственном университете по присуждению ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.13 – физиология

по адресу: 414000, г.Астрахань, пл. Шаумяна,1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского

государственного университета

по адресу: 414000, г.Астрахань, пл. Шаумяна,1.
Автореферат разослан «____»_______________2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук Ю.В. Нестеров

В процессе жизни человеку приходится приспосабливаться к постоянно меняющимся экстремальным природно-климатическим факторам окружающего мира, а также адаптироваться к жестким социальным условиям. Диспропорции между различными адаптационными механизмами формируют и предъявляют организму значительную «цену адаптации» (Меерсон, 1981; Казначеев, 2000; Агаджанян, Никитюк, Полунин, 1996; Агаджанян, Полунин, 1998; Агаджанян, Баевский, Берсенева, 2000; Агаджанян, 2002; Никитюк, 2002).

Приспособление человека к физическим нагрузкам вырабатывалось в ходе длительной эволюции. Физическая активность на протяжении существенного периода развития являлась наиболее характерной чертой образа жизни человечества. Это способствовало гармоничному развитию основных физиологических систем, которые обеспечивали поддержание гомеостазиса и достижение полезного приспособительного результата (Анохин, 1998; Судаков, 2000, 2002, 2005). Современному человеку свойственна гиподинамия, которая привела к серьезным рассогласованиям в работе таких жизнеопределяющих систем как сердечно-сосудистая, дыхательная, опорно-двигательная. Развитие морфо-функциональных диспропорций между этими системами делает актуальным дальнейший поиск комплексных критериев оценки их состояния, а также путей преодоления функциональных нарушений.

Весьма актуальным и практически значимым является исследование адаптационного потенциала системы кровообращения и адаптационных резервов на организменном уровне. При этом необходимо учитывать, что дисрегуляционные расстройства связаны с нарушениями вегетативного гомеостазиса (Баевский, Берсенева, 1997; Ситдиков, Шайхелисламова, Валеев, 2001; Крыжановский, 2002; Котельников и др., 2003; Земцовский и др., 2004; Миронова, Миронов, 2006; Ferrari, 1990; Mano, 1990; Shannahoff-Khalsa, 1991). Снижение уровня приспособительных реакций к физическим нагрузкам в первую очередь связано с ограниченными возможностями сердечно-сосудистой системы. Это обусловлено детренированностью миокарда, расстройствами ритмообразовательной функции сердца, нарушениями проводящей системы, аномалиями развития, миокардитами, ишемической болезнью сердца, гипертонией (Залесский, Дынник, 2005). Практически при всех перечисленных состояниях происходит нарушение ритма сердечной деятельности, которое приводит к недостаточности всей сердечно-сосудистой системы. Среди арсенала современных методов диагностики нарушений сердечного ритма особое место занимают аппаратно-программные комплексы, которые позволяют анализировать кардиоинтервалограммы. Этот метод дает представление о центральных и периферических механизмах, оказывающих влияние на формирование ритма сердца. Несмотря на колоссальный опыт, накопленный в этой области, до сих пор нет единого мнения по вопросам механизмов формирования вариабельности сердечного ритма (Баевский, 2001; Котельников и др., 2002). Отсюда представляет несомненный интерес дальнейшее изучение центральных и периферических регуляторных механизмов, влияющих на формирование сердечного ритма при различных функциональных состояниях.

Конечной целью функциональной системы дыхания является поддержание должного уровня кислорода и углекислого газа в крови и создание определенной рН среды (Бреслав, Глебовский, 1981; Уэст, 1988; Сафонов, Миняев, Полунин, 2000). При физической нагрузке в организме накапливаются недоокисленные продукты обмена (молочная кислота, СО₂ и другие активные физиологические вещества), нарушается не только дыхательный гомеостазис, но и многие другие функции организма, например, иммунитет. Углекислый газ является универсальным многогранным регулятором значительного числа физиологических процессов. В то же время его роль в организме до конца не изучена. Особый интерес в этой связи представляет исследование влияния углекислого газа на формирование ритма сердца.

Опорно-двигательный аппарат - основное морфофункциональное образование, которое противостоит постоянно действующей гравитации. Сколиозы, кифозы, врожденная патология и травмы позвоночника оказывают негативное влияние на антигравитационные реакции, а также на гемодинамику, процессы дыхания и механизмы регуляции вегетативных функций (Миронов и др., 2006; Верихов, Устинова, Зайцева, 2007). Боковое искривление позвоночника в зависимости от его выраженности и направления изгиба может оказать различное воздействие на центральные и периферические отделы нервной системы и на работу сердца. Характер и механизм этих воздействий до конца не изучены. В этой связи весьма актуальным и практически значимым является исследование влияния латеральных изгибов позвоночника на формирование сердечного ритма.

Адаптация есть комплексная реакция организма на экстремальные факторы, интенсивность и экстенсивность которых приводят к нарушениям постоянства внутренней среды. Адаптация представляет собой непрерывный процесс и имеет многоуровневый и динамический характер. Важнейшим признаком адаптированности является возможность выполнения всех видов социальной и биологической деятельности.

С позиций современных кибернетических представлений о конструктивных свойствах живых существ организм человека можно представить как слаженную интеграцию множества функциональных систем, одни из которых определяют динамическую устойчивость гомеостазиса, другие - адаптацию к внешней среде (Павлов, 1951; Анохин, 1998; Судаков, 2000; Судаков, Урываев, 2004; Карпов, 2005).

В основе адаптации лежит формирование доминирующей функциональной системы, полезным результатом которой является поддержание и восстановление нарушенного гомеостазиса. Многоуровневый принцип функциональных систем в целостном организме предусматривает участие как соматической, так и вегетативной нервной системы в процессах адаптации. Следует подчеркнуть, что при этом исключительную роль играет исходная реактивность, которая связана с морфофункциональным состоянием организма и во многом определяет характер предстоящей реакции на действие адаптогенных факторов. Определение исходной реактивности или так называемой «готовности к адаптации» имеет важное значение для прогнозирования характера ответной реакции организма в новых условиях существования (Илюхина, Заболотских, 2000; Казначеев, 2000; Казин и др., 2001; Бабошко и др., 2004; Крыжановский и др., 2004; Van-Lenthe, Snel, Twisk, 1998).

Гармония функциональных взаимоотношений является универсальным основополагающим принципом, обеспечивающим оптимальное функциональное состояние и максимальные адаптационные возможности организма. Эти взаимообусловленные отношения функциональных систем полностью согласуются с положениями учения о фрактальной структуре построения мира. Характеристики параметров взаимодействующих функциональных систем соответствуют закономерностям золотых пропорций. Закономерности золотых пропорций отражают внутреннюю гармонию человека, а, следовательно, имеет непосредственную связь с адаптационными процессами организма (Пидоу, 1979; Коробко, Примак, 1992; Васютинский, 1990; Цветков, 1984, 1997).

1. 
   Провести анализ компонентов, входящих в классическую расчетную формулу адаптационного потенциала системы кровообращения, определить степень информативности данного критерия при исследовании резервных возможностей дыхательной системы.
   
2. 
   Провести сравнительный анализ реакции испытуемых на гипоксию с нормокапническим и гиперкапническим компонентами с учетом исходного вегетативного статуса.
   
3. 
   Провести исследование влияния антропометрических показателей и компонентов сомы на физическую работоспособность и реакцию организма на максимальную физическую нагрузку.
   
4. 
   Изучить особенности формирования сердечного ритма в условиях относительного покоя, при задержке дыхания, гипервентиляции легких и максимальной физической нагрузке.
   
5. 
   Исследовать влияние пространственного положения позвоночника и сил гравитации на показатели гемодинамики и вариабельности сердечного ритма.
   
6. 
   Исследовать закономерность золотых пропорций в соотношении физиологических показателей кардио-респираторной системы при различных функциональных состояниях.
   
7. 
   Исследовать функциональное состояние организма по показателям гемодинамики и особенностям формирования ритма сердца в процессе применения мануальной терапии и аппаратного устройства для коррекции позвоночника.
   
8. 
   Разработать интегральный показатель функциональной активности симпатического отдела вегетативной нервной системы с учетом ее адрен- и холинэргических влияний на органы и ткани организма.
   
9. 
   Разработать принципиально новые методические подходы для оценки функционального взаимодействия кардио-респираторной и опорно-двигательной систем и установления индивидуальной меры дисрегуляторных отклонений.
   

Получены новые данные, характеризующие значение антропометрических параметров и типа телосложения в формировании вегетативного статуса человека, а также их влияние на физическую работоспособность.

Впервые показана роль пространственного положения позвоночника в реализации механизмов нервной регуляции вегетативных функций при выполнении функциональных проб с изменением положения тела. Впервые определено закономерное влияние направления изгиба позвоночника во фронтальной плоскости на формирование сердечного ритма и гемодинамику в целом.

Разработан новый способ оценки состояния симпатического отдела вегетативной нервной системы с учетом ее адренэргических и холинэргических влияний на организм, что позволило среди обследованных выделить лиц с низкой, умеренной и высокой активностью симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Новизна исследования заключается в выявлении золотых пропорций систолического и диастолического артериального давления, интервалов QT и TQ ЭКГ, резервных объемов выдоха и вдоха и использовании закономерности золотых пропорций для оценки адаптационных возможностей организма.

Впервые применено разработанное нами и запатентованное устройство для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника с целью нормализации вегетативного статуса.

1. 
   Методические подходы к исследованию функций сердечно-сосудистой, дыхательной и опорно-двигательной систем, используемые в настоящей работе, позволяют дать оценку физического состояния организма, уровня его адаптационных возможностей и установить значение меры индивидуальных различий при разных функциональных состояниях.
   
2. 
   Тип телосложения человека оказывает закономерное влияние на его физическую работоспособность, что особенно ярко выражено при значительном мышечном напряжении. Длина тела оказывает влияние на формирование величины артериального давления, опосредуя свой эффект через силы гравитации.
   
3. 
   Характер геометрии позвоночника, обусловленный искривлениями во фронтальной плоскости, определяет особенности вегетативного статуса человека. Изменение величины продольной осевой нагрузки на позвоночник отражается на состоянии нервных механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы при выполнении ортостатической и клиностатической функциональных проб.
   
4. 
   Золотые пропорции показателей функциональной активности кардио-респираторной системы позволяют оценить адаптационные возможности организма в диапазоне от уровня физиологического покоя до максимально допустимых физических нагрузок.
   
5. 
   Анализ характера ответных реакций человека на дыхательные пробы следует проводить с учетом антропометрических особенностей и исходной активности вегетативной нервной системы индивида.
   

Диссертационная работа выполнена в русле современной интегративной физиологии человека. Комплексное исследование морфофункциональных характеристик основных висцеральных систем человека имеет теоретическое и практическое значение для решения проблемы индивидуальной биологической устойчивости к действию экстремальных факторов.

Теоретическую и практическую значимость имеют представления о роли пространственного положения позвоночника в формировании вегетативного гомеостазиса, в регуляции функций сердечно-сосу­дистой и дыхательной систем и компенсаторно-приспособительных механизмах. Учет геометрии позвоночника и гравитационных влияний позволяет правильно трактовать реакции организма на проведение диагностических мероприятий.

Разработанное устройство для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника имеет непосредственное значение для устранения ряда функциональных нарушений позвоночника, а также для нормализации вегетативного статуса организма в стрессовых ситуациях. Полезным является включение приемов мануальной терапии в комплексные программы реабилитации лиц, находящихся в депрессивных состояниях вследствие психо-эмоциональных и физических воздействий.

Применение новых методов и способов оценки вегетативного гомеостазиса, функционального состояния сердечно – сосудистой системы и физической работоспособности имеет большое практическое значение для определения адаптационных возможностей организма, диагностики переходных состояний, прогнозирования исходов компенсаторно-приспособительных реакций, разработки оздоровительных программ и создания мер профилактики.

Материалы диссертации включены в лекционные курсы и находят применение на занятиях по физиологии, экологии человека, психофизиологии в Астраханской государственной медицинской академии и в Астраханском государственном университете.

Основные результаты исследований доложены и обсуждены на итоговых научных конференциях Астраханской государственной медицинской академии (1994 – 2004); итоговых научных конференциях Астраханского государственного университета (1992 – 2004); III Всероссийской научной конференции «Эколого-биологические проблемы волжского региона и северного прикаспия» (Астрахань, 2000); Всероссийской конференции молодых ученых Северного Кавказа по физиологии и валеологии (Ростов-на-Дону, 2000); Международной конференции, посвященной 55-летию института возрастной физиологии РАО (Москва, 2000); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы физической культуры, спорта и туризма» (Петрозаводск, 2000); VIII и X Международной конференциях «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 2000, 2002); XI Всероссийской и XIII Международной научно-практических конференциях по проблемам физического воспитания учащихся «Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире» (Коломна, 2001, 2003); XI и XII Международных симпозиумах «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2003, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Среднего Поволжья и сопредельных территорий» (Казань, 2002); VI Международной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2003); II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (Караганда, 2003); научно-практических конференциях с Международным участием «Современные достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань-Волгоград-Москва, 2004, 2006, 2008); II Международной научно-практической конференции «Человек и животные» (Астрахань, 2004); Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004); Международной научной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2004); XIX съезде физиологического общества им. И.П.Павлова. (Санкт-Петербург, 2004); I Съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Сочи, Дагомыс, 2005); Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы медицины и биологии» (Тунис, 2005); VII и VIII Международных славянских конгрессах по клинической электрофизиологии сердца «КАРДИОСТИМ» (Санкт-Петербург, 2006, 2008); Сателитном симпозиуме «Экология и здоровье» XX Съезда физиологов России (Москва, 2007); Научной международной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования. Образование, экономика и право» (Италия, Римини, 2007); Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кардиологии детей и взрослых - 2007 (Астрахань, 2007); V конференции молодых ученых России с международным участием «Физиологические науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2008); II съезде физиологов СНГ (Кишинэу, 2008).

Анализ результатов, их теоретическое обоснование, разработка концептуальных представлений об индивидуальной мере адаптационных возможностей организма осуществлены непосредственно автором.

Диссертация написана по классическому типу и состоит из введения, обзора литературы, главы «материал и методы исследования», 5 глав собственных исследований, заключения, выводов и списка источников литературы. Общий объем диссертации составляет 230 страниц с 60 таблицами и 23 рисунками. Список литературы включает 376 источников, в том числе 108 иностранных.

Работа выполнялась на кафедре нормальной физиологии Астраханской государственной медицинской академии с 1992 по 2008 год. Клиническая часть исследований выполнена в Астраханском областном социально-реабилитационном центре «Русь».

Исследования проводились на испытуемых 17 – 23 лет. Всего под наблюдением находились 1150 человек.

В ходе работы использованы морфофункциональные, физиологические и психофизиологические методы исследования.

Физическое развитие оценивалось по антропометрическим показателям: длине и массе тела, окружности грудной клетки, массо-ростовому индексу Кетле (Икт), индексу Пинье (ИП) (Саченко и др., 1994; Васильев, 1996; Дубровский, 1999).

Вычисление тощей (активной) массы тела производили по формулам с учетом массы тела для женщин и длины тела для мужчин (Никитюк, Чтецов, 1990; Дубровский, 1999). Предложенный нами показатель пропорциональности рассчитывался путем деления тощей массы на длину тела.

Физическое развитие оценивалось также по физиологическим показателям кровообращения и дыхания. Артериальное давление (АДс и АДд) измерялось общепринятым методом по способу Н.С.Короткова. Дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем выдоха, жизненная емкость легких определялись с помощью сухого спирометра и оксиспирографа «Мета–1-25». Жизненный индекс вычислялся по формуле ЖЕЛ мл/масса тела кг. Полученные показатели сравнивались с должными величинами (Синяков, 1987; Дубровский, 1999; Панкова, 2005).

Адаптационные возможности организма оценивались по состоянию контуров регуляции системы кровообращения, которые выявлялись путем математического анализа кардиоинтервалов. Во II стандартном отведении проводилась запись 120 комплексов ЭКГ на электрокардиографе ЭК 1 Т-04, а также 5 минутная регистрация ЭКГ с помощью комплекса для анализа вариабельности сердечного ритма «Варикард 2.51» ТОО «Рамена» (г.Рязань). Полученная информация обрабатывалась по программе ИСКИМ6 (Баевский, 1979; Баевский и др., 1984; Семенов, Баевский 1996).

Адаптационные возможности организма определялись также по интегральному показателю – адаптационному потенциалу (АП), включающему частоту сердечных сокращений (ЧСС), систолическое и диастолическое артериальное давление (АДс и АДд), возраст, массу и длину тела испытуемых (Баевский, Берсенева, 1997).

Вегетативный статус оценивался по влиянию симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы на вариабельность сердечного ритма (Баевский, 1979; Баевский и др., 1984). С этой целью использовались следующие показатели математической обработки ВСР: ИВР, HF, LF, VLF, LF/HF, VLF/HF.

Тип вегетативной регуляции (ваго-, нормо- и симпатотония) определяли с помощью расчетных формул по индексу Кердо (ВИ), по индексу функциональной активности симпатической нервной системы (ИФАСНС) и по минутному объему крови (МОК) (Вейн и др., 1991; Дубровский, 1999; Горбунов, 2003; Горст, Горст, 1992).

Электрическая активность кожи определялась по показателю электропроводности (ЭПК), которая измерялась с помощью микроамперметра (Рябцев, 1984).

Физическая работоспособность и функциональное состояние организма оценивались по показателям PWC₁₇₀ и МПК. PWC₁₇₀ определялась с помощью двухступенчатой нагрузочной пробы на велоэргометре «Medicor» (Венгрия). Тест основывается на наличии линейной взаимосвязи ЧСС и мощности выполняемой физической нагрузки (Карпман, Белоцерковский, Любина, 1969; Полунин, Горст, 2001).

Функциональное состояние организма оценивалось с помощью автоматизированной диагностической системы «АМСАТ-КОВЕРТ» (г. Москва) путем регистрации электропроводности различных отделов кожи и организма в целом.