CC BY
36
УДК 616.1, 615.82
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ И ВАРИАБЕЛЬНОСТИ ХРОНО- И ИНТРОПНОЙ ФУНКЦИИ СЕРДЦА У ДЕВОЧЕК В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРЕОБЛАДАНИЯ СПЕКТРОВ В ДИАПАЗОНАХ
В.В. Епишев*, А.Р. Сабирьянов**
*ЮУрГУ, **ЧелГМА, г. Челябинск
Проведен анализ особенностей частоты сердечных сокращений, фракции выброса левого желудочка и их вариабельности у девочек 8-15 лет в зависимости от преобладания мощности колебаний в диапазонах медленноволнового спектра.
Ключевые слова: частота сердцебиений, фракция выброса, девочки школьного возраста.
Актуальность работы. Колебания - процесс достаточно распространенный в природе, они присущи практически всем уровням ее организации. Наиболее изученной в настоящее время является вариабельность функционирования органов системы кровообращения в медленноволновом диапазоне, в частности, сердечного ритма.
Начало исследованиям медленноволновых колебаний функционирования сердечно-сосудистой системы положено в 1760 году, когда А. Галлер обнаружил наличие синусовой аритмии [1]. Впервые присутствие колебаний ритма сердца с меньшей частотой, чем дыхательные волны было показано А. Флейшем и Р. Бекманом [2], которым еще в 1932 г. удалось обнаружить колебания частоты сердечных сокращений (ЧСС) с периодами 10 с и более.
Однако интенсивное изучение вариабельности ритма сердца и других показателей кровообращения началось лишь в середине прошлого столетия, благодаря внедрению компьютерных программ спектрального анализа с использованием быстрого преобразования Фурье [3, 4 и др.]. Особый интерес в изучении медленноволновых колебаний вызван вероятной связью различных частотных спектров с деятельностью отделов системы регуляции функций организма [7-9 и др.].
С момента обнаружения медленноволновых колебаний наиболее актуальным стал вопрос о механизмах их возникновения. Многочисленные исследования позволили установить связь высокочастотных (ВЧ) колебаний (от 0,15 до 0,5 Гц) медленноволнового диапазона, возникающих в результате колебаний активности блуждающего нерва, с актом дыхания [5, 6, 10, 11]. Низкочастотные (НЧ) колебания от 0,075 до 0,15 Гц, по данным многих авторов, являются результатом активности симпатической нервной системы и тесно связаны с барорегуляцией [10, 12, 13, 15 и др.].
До настоящего времени больше всего откры-
тых вопросов остается в механизмах возникновения медленноволновых колебаний с частотой менее 0,075 Гц. Однако, опираясь на результаты проведенных исследований, по-видимому, можно говорить о надсегментарном их происхождении с высших центров вегетативной регуляции [14, 16]. При этом, согласно стандартам по измерению, физиологической интерпретации и клиническому использованию анализа вариабельности сердечного ритма (2001 г.) и данным некоторых авторов [12, 17, 18], диапазон колебаний менее 0,075 Гц целесообразно разделять на два: самый низкочастотный (СНЧ) от 0 до 0,025 Гц и очень низкочастотный (ОНЧ) от 0,025 до 0,075 Гц. При этом исследования [12, 19, 20] свидетельствуют о роли гуморальных факторов в возникновении ОНЧ колебаний.
Несмотря на большое количество публикаций, в источниках литературы недостаточно внимания уделяется изучению вариабельности показателей кровообращения у детей. В доступной нам литературе мы не встречали анализа особенностей центрального кровообращения и их вариабельности в зависимости от преобладания мощности колебаний в диапазонах.
Цель исследования. Изучение особенностей ритма сердца и фракции выброса левого желудочка и их вариабельности в зависимости от преобладания мощности колебаний в диапазонах медленноволнового спектра у девочек младшего и старшего школьного возрастов.
Организация и методы исследования. В исследованиях участвовали девочки младшего (п = = 163) и старшего (п = 141) школьного возраста первой медицинской группы, не посещающие спортивные секции.
Регистрация ритма сердца (РС) и фракции выброса (ФВ) левого желудочка в положении лежа при каждом сокращении в течение 500 кардиоинтервалов проводились при помощи биоимпеданс -
ной тетраполярной реополиграфии на базе компьютерной системы «Кентавр IIРС» фирмы «Микролюкс» (рекомендована к производству и применению в медицинской практике протоколом № POeC.RU.AK) 45.В00211 от 28.11.2002 г.). В системе «Кентавр» РС регистрируется по электрокардиограмме (ЭКГ) первого стандартного отведения. Расчет ФВ производится при помощи формулы Тагифта по ЭКГ и первой производной трансторакальной реограммы [21, 22].
Спектральный анализ колебаний изучаемых показателей проводился при помощи компьютерной программы, использующей метод быстрого
дала в ОНЧ диапазоне. Кроме того, в младшем школьном возрасте НЧ колебания встречались в 17,79 %, ВЧ - в 12,88 %, а в старшем школьном -19,86 и 9,22 % соответственно. В остальных случаях мощность колебаний равномерно распределялась в 2-х и более диапазонах. Следовательно, для девочек периода отрочества характерны ОНЧ колебания ритма сердца, которые, по мнению одних авторов [12, 19, 20], связаны с гормональными факторами регуляции, а по данным других [14, 16] -с высшими центрами вегетативной системы.
В табл. 1 представлены особенности ЧСС и ее вариабельности у обследованных девочек.
Таблица 1
Частота сердечных сокращений и показатели вариабельности ритма сердца в зависимости от преобладания диапазона спектра колебаний (М ± т)
Возраст Группа по преобладанию диапазона ЧСС, уд ./мин ОМС, уел. ед. Бш, Гц Мо, Гц
Младший школьный (8-11 лет) 1 - - - -
2 92,80 ± 0,79 29,03 ± 2,87 0,030 ± 0,0004 0,025 ± 0,0004
3 84,07 ± 1,87 13,95 ±2,12 0,079 ± 0,0049 0,076 ± 0,0057
4 80,82 ± 1,79 8,45 ± 0,48 0,215 ±0,0160 0,210 ±0,0180
Старший школьный (12 15 лет) 1 - - - _
2 82,59 ± 1,07 16,95 ±2,01 0,032 ± 0,0005 0,030 ± 0,0045
3 76,35 ± 2,09 8,20 ± 0,69 0,078 ±0,0037 0,070 ± 0,0043
4 79,33 ± 3,5 8,79 ± 1,13 0,150 ±0,0150 0,160 ±0,0160
Примечание: группа 1 - преобладание СНЧ колебаний РС; группа 2 - преобладание ОНЧ колебаний; группа 3 - преобладание НЧ колебаний; группа 4 - преобладание ВЧ колебаний.
преобразования Фурье. Изучались следующие характеристики вариабельности: общая мощность спектра (ОМС, уел. ед.), середина спектра колебаний (Бт, Гц), распределение мощности по четырем диапазонам (уел. ед. и в %). Кроме того, по спектрограммам определялась мода (Мо, Гц) частоты колебаний.
Учитывая психомоторные особенности детей данного возраста, все результаты спектрального анализа подвергались 60,0 % фильтрации, что позволило устранить помехи и погрешности в процессе регистрации показателей.
При проведении статистической обработки для выявления различий абсолютных показателей использовался критерий Стьюдента, относительных - критерий Фишера.
По преобладанию относительной доли ОМС колебаний изучаемых показателей девочки были разделены на группы. В первую вошли дети с преобладанием СНЧ колебаний, во вторую - ОНЧ, третью составили девочки с преимущественными НЧ, а четвертую - с ВЧ колебаниями.
Анализ распределения мощности колебаний в диапазонах показал, что ни в той, ни в другой возрастной группе не превалируют СНЧ колебания сердечного ритма. У большинства обследованных девочек, 58,28 % в младшем школьном возрасте и 61,02 % в старшем, мощность колебаний преобла-
Как видно из табл. 1, во 2-й и 3-й группах девочек, независимо от преобладания диапазона спектра, проявляется возрастная динамика уреже-ния сокращений сердца. В младшем школьном возрасте у девочек 2-й группы наблюдаются статистически достоверно более высокие значения ЧСС и ОМС ее колебаний. При этом частотные характеристики вариабельности располагаются практически на границе СНЧ и ОНЧ диапазонов. Учитывая результаты исследований некоторых авторов [23, 24], можно предположить, что данные колебания РС связаны с активностью циркулирующего адреналина, обладающего положительным хронотропным влиянием на деятельность сердца.
Общая мощность спектра характеризует всю вариабельность показателя, которая связана с количественной и качественной стороной осцилляторов [12]. Следовательно, можно полагать, что при преобладании ОНЧ колебаний на ЧСС воздействует достаточно большой круг факторов, ведущих к вариабельности, которые, по-видимому, связаны с уровнями регуляции. Данное обстоятельство может быть связано с возрастной особенностью поддержания оптимального уровня сокращений сердца. Кроме того, необходимо отметить, что в данной группе девочек наименьшая доля ВЧ колебаний (1,82 %), связана с активностью блуждающего нерва.
Интегративная физиология_______________________________________________________________________
ОНЧ диапазонами, что может свидетельствовать о снижении роли надсегментарных структур в вариабельности ЧСС. В 3-й группе девочек данного возраста более низкие значения ОМС связаны с ОНЧ, НЧ и ВЧ диапазонами. При этом в относительном распределении наблюдается более высокие показатели мощности в НЧ и низкие в ВЧ диапазонах. В данном случае, по-видимому, учитывая физиологические эффекты симпатической и парасимпатической нервной системы, проявляется модулирующая роль блуждающего нерва не только в ВЧ, но и в низкочастотных диапазонах [25].
При сравнении ЧСС 4-й группы девочек старшего школьного возраста со 2-й и 3-й различий не выявлено. При этом не наблюдается меж-возрастных различий ни в ОМС и в ее распределении по диапазонам спектра.
Анализ распределения мощности колебаний ФВ показывает, что в младшем школьном возрасте у большинства девочек (49,08 %) преобладающим является ВЧ диапазон. В 31,29 % случаев преобладает мощность НЧ колебаний и в 9,81 % - ОНЧ. У остальных девочек мощность равномерно распределена по нескольким диапазонам.
В старшем школьном возрасте наблюдается увеличение (19,15 %, р < 0,01) количества девочек с преобладанием ОНЧ колебаний ФВ. Кроме того, в 2,13 % случаев встречалось преимущество СНЧ колебаний.
В табл. 2 представлены особенности ФВ и ее спектральных характеристик в зависимости от преобладания диапазона медленноволнового спектра.
Как видно из табл. 2, общая вариабельность (ОМС) ФВ ниже аналогичного показателя РС, что свидетельствует о стабильности функции сократимости миокарда. При этом ФВ статистически достоверно не различает в зависимости от преобладания тех или иных колебаний. Данное обстоятельство может быть связано со значимой ролью интракардиальных механизмов в регуляции сократимости в покое и, по-видимому, вариабельность
Таблица 2
Фракция выброса и показатели ее вариабельности в зависимости от преобладания диапазона спектра колебаний (М ± т)
Возраст Группа по преобладанию диапазона ФВ, % ОМС, уел. ед. ¥т, Гц Мо, Гц
Младший школьный (8-11 лет) 1 - - - -
2 68,25 ± 0,57 0,27 ± 0,03 0,029 ± 0,0014 0,024 ± 0,0006
3 69,62 ± 0,40 0,83 ± 0,09 0,093 ± 0,0028 0,082 ± 0,0042
4 69,10 ±0,32 0,77 ± 0,08 0,240 ± 0,0098 0,240 ±0,0100
Старший школьный (12-15 лет) 1 67,50 ± 0,24 0,47 ± 0,12 0,020 ± 0,0003 0,018 ± 0,0003
2 68,00 ± 0,27 0,47 ± 0,05 0,037 ± 0,0023 0,028 ± 0,0009
3 67,96 ±0,31 0,79 ±0,11 0,110 ± 0,0028 0,091 ±0,0038
4 67,95 ± 0,25 1,49 ±0,16 0,190 ±0,0069 0,180 ±0,0100
Примечание: группа 1 - преобладание СНЧ колебаний РС; группа 2 - преобладание ОНЧ колебаний; группа 3 - преобладание НЧ колебаний; группа 4 - преобладание ВЧ колебаний.
При сравнении ЧСС девочек 3-й и 4-й групп младшего школьного возраста статистически достоверной разницы нет, в то же время спектральные характеристики значительно отличаются. В частности, в 3-й группе частотные характеристики расположены в НЧ, где, по данным В. Ротегаш с соавт. [25], колебания РС связаны с активностью симпатической нервной системы. Кроме того, в данной группе наблюдается более высокая ОМС (р < 0,01).
В 4-й группе девочек данного возраста частотные характеристики также совпадают с преобладающим диапазоном по мощности, однако практически в 2 раза меньше частоты дыхательных движений. Это согласуется с гипотезой взаимодействия дыхательного и кардиомоторного центров на уровне продолговатого мозга, с задержкой проведения возбуждения [26, 27]. Отчасти подтверждением является аналогичное соотношение частот колебаний РС и дыхательных движений в 4-й группе девушек старшего школьного возраста.
Отсутствие разницы ЧСС 3-й и 4-й групп девушек младшего школьного возраста может быть связано с тем, что надсегментарные влияния на синусовый узел преобладают над периферическими. При этом относительная доля ОНС и СНЧ колебаний статистически (по критерию Фишера) одинакова, 24,77 % в 3-й и 21,96 % в 4-й группе.
В старшем школьном возрасте во 2-й и 3-й группах, кроме возрастной динамики ЧСС, наблюдаются более низкие значения ОМС (р < 0,01-0,001). Это может быть признаком адаптации, когда для поддержания адекватного уровня ЧСС включается меньшее количество регуляторных механизмов. Несмотря на то, что в старшем школьном возрасте наблюдается повышение активности центральных и периферических структур вегетативной регуляции.
Межвозрастные различия проявляются и в распределении ОМС по диапазонам спектра. Например, во 2-й группе старшего школьного возраста более низкие значения ОМС связаны с СНЧ и
ФВ является отражением общих нейрогумораль-ных влияний на гемодинамику.
В младшем школьном возрасте ОМС колебаний ФВ во 2-й группе статистически достоверно (р < 0,0001) ниже, по сравнению с 3-й и 4-й группами. В старшем школьном возрасте статистическая достоверность появляется при сравнении ОМС 4-й группы с остальными, где наблюдаются более высокие значения. При этом обращает на себя внимание то, что в вариабельности ФВ наблюдается тенденция увеличения ОМС с ростом частоты медленноволновых колебаний. Следовательно, можно полагать, что чем выше уровень регуляции, тем меньше колебаний показателя. В вариабельности РС наблюдается обратная связь, подтверждаемая корреляционным анализом.
Кроме того, если во 2-й группе частотные характеристики колебаний РС и ФВ не отличаются, что свидетельствует о сродстве их происхождения, то в 3-й группе данные показатели вариабельности ФВ более высокие (кроме Мо в младшем школьном возрасте). Это может быть связано с различиями генеза и механизма возникновения колебаний изучаемых показателей. В частности, результатом взаимодействия степени влияния различных уровней регуляции, ведущего к формированию определенной частоты колебаний.
В 4-й группе статистическая достоверность проявляется только при сравнении Бт колебаний в старшем школьном возрасте.
Необходимо отметить, что в старшем школьном возрасте у трех девочек обнаруживались СНЧ колебания ФВ, которые проявлялись спектральным пиком в 0,018-0,02 Гц диапазоне. Сами величины ФВ отличались достаточной стабильностью в процессе регистрации, что проявлялось низкой ОМС. При этом практически вся вариабельность была сосредоточена в ОНЧ и СНЧ диапазонах (53,27 % и 43,25 % соответственно). Данные особенности вариабельности ФВ, по-видимому, являются проявлением исключительно центрального генеза колебаний показателя, связанного с дезадаптацией в системах регуляции кровообращения с началом препубертатных нейроэндокринных изменений.
Таким образом, результаты исследования показывают, что у большинства девочек периода отрочества в медленноволновом спектре ритма сердца преобладают очень низкочастотные колебания, а фракции выброса левого желудочка - высокочастотные. При этом если частота сердечных сокращений значительно отличается, в зависимости от преобладания медленноволновых колебаний, то в показателях фракции выброса наблюдается стабильность, что, учитывая регуляторный генез вариабельности центрального кровообращения, свидетельствует о значимой роли внутрисер-дечных механизмов в поддержании сократимости миокарда в состоянии покоя. Для большинства девочек периода отрочества характерно преобла-
дание очень низкочастотных колебаний в медлен-новоновом диапазоне спектра. При этом у них наблюдается более высокая частота сердечных сокращений и общая вариабельность показателя. Величины фракции выброса левого желудочка у обследованных девочек не зависели от особенностей ее вариабельности в покое. Это свидетельствует о высокой роли внутрисердечных механизмов в поддержании адекватного уровня сократимости. Учитывая системность медленноволновых колебаний параметров кровообращения, исследования позволяют сделать вывод о том, что очень низкочастотные колебания ритма сердца и фракции выброса однородны, а низко и высокочастотные различны.
Литература
1. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине / P.M. Баевский // Физиология человека. - 2002. - Т. 28, N9 2. — С. 70-82.
2. Астахов, А.А. Физиологические основы био-импедансного мониторинга гемодинамики в анестезиологии (с помощью системы «Кентавр»): в 2 т. - Челябинск, 1996. - Т. 1. -174 с.
3. Астахов, А.А. Физиологические основы био-импедансного мониторинга гемодинамики в анестезиологии (с помощью системы «Кентавр»): в 2 т. - Челябинск, 1996. - Т. 2. -162 с.
4. Бубнова, ИД. Центральныемеханизмы гуморально-метаболической и автономной регуляции кровообращения при критических состояниях, обусловленных патологией головного мозга: дис. ... д-ра мед. наук / ИД. Бубнова. — Челябинск, 2001. -299 с.
5. Баевский, P.M. Некоторые аспекты системного подхода к анализу временной организации функции в живом организме / P.M. Баевский, М.К. Чернышов // Теоретические и прикладные аспекты временной организации биосистем. - М.: Наука, 1976. - С. 174-186.
6. Баевский, P.M. Спектральный анализ функции сердечного автоматизма / P.M. Баевский, И.К. Нидеккер // Статистическая электрофизио-логия. - Ч. 1. - Вильнюс, 1968. - С. 49-55.
7. Вариабельность ритма сердца: представления о механизмах / С.А. Котельников, АД. Нозд-рачев, М.М. Одинак и др. // Физиология человека. -2002. - Т. 28, № 1. - С. 130-143.
8. Медленные волновые процессы гемодинамики как новое перспективное направление мониторинга в анестезиологии и реаниматологии /
A.А. Астахов // Инжиниринг в медицине. Колебательные процессы гемодинамики. Пульсация и флюктуация сердечно-сосудистой системы: сб. науч. тр. 11 Всерос. симпозиума и 111 Всерос. науч. -практ. конф. с междунар. участием. 23—24 мая 2002 г. - Челябинск, 2002. - С. 217-227.
9. Навакатикян, А. О. Возрастная работоспособность умственного труда / А. О. Навакатикян,
B.В. Крыжановская. — Киев: Здоров'я, 1979. — 207 с.
Интегративная физиология
10. Роль структур головного мозга в организации вегетативных функций / Б.И. Каменецкая, Н.Б. Хаспекова, НЮ. Березова и др. // Журн. невропатологии и психиатрии. -1988. -No 12. - С. 35.
11. Спектральный анализ колебаний ЧСС — известное, спорное, неизвестное / В.М. Хаютин,
Е.В. Лукошкова // Инженеринг в медицине. Колебательные процессы гемодинамики. Пульсация и флюктуация сердечно-сосудистой системы: сб. науч. тр. 11 науч.-практ. конф. и 1 Всерос. симпозиума. 30мая — 1 июня 2000 г. - Челябинск: АТМН, 2000. - С. 71-80.
12. Хаспекова, Н.Б. Регуляция вариативности ритма сердца у здоровых и больных с психогенной и органической патологией мозга: авто-реф. дис. ... канд. мед. наук / Н.Б. Хаспекова - М., 1996.-48 с.
13. Arterial baroreceptors as determinants of 0,1 Hz and respiration-related changes in blood pressure and heart rate spectra / L. Bernardi, C. Passino, G. Spadacini et al. // Frontiers of blood pressure and heart rate analysis. — Amsterdam: IOS Press, 1997. -P. 241-252.
14. Brain corticosteroid receptors and regulation of arterial blood pressure / D.T.W.M. Van den Berg, E.R. de Rloet, H.H. Van Dijken et al. // American Journal of Hypertension. -1989. - V. 7, Suppl. 6. -P. 202.
15. Cooley, J.W. An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series / J. W. Cooley, J.S. Tukey // Mathematics of Computation. - 1961. -V. 19. - P. 267-301.
16. Pomeranz, M. Assessment of autonomic function in humans by heart rate spectral analysis / M. Pomeranz, R.J.B. Macaulay, M.A. Caudill // American Journal of Physiology, 1985. - V. 248. — P. 151-153.
17. Richter, D.W. Cardiorespiratory control / D.W. Richter, K.M. Spyer // Central regulation of autonomic functions. — N.Y.: Oxford University Press,
1990.-P. 189-207.
18. Fleisen, A. Die raschen Schwankungen der Pulsfrequensregistiert mit dem Pulsfettschreiber / A. Fleisen, R. Beckmann // Zeitschr Medicen. - 1932. -Bd. 80 (3/4). -P. 487-510.
19. Malik, M. Heart rate variability /M. Malik// Current Opinion in Cardiology. — 1998. - Vol. 13, Ml.-P. 36-44.
20. Heart rate variability frequency domain analysis / Z. Ori, G. Monir, J. Weiss et al. // Electro-cardio. -1992. - V. 10, M 3. - P. 499.
21. Holler, A. Elementa physiologiae corporis humani: In 8t. / A. Holler — Lausanne: S, dArnay, 1760.-T. 2, lib. 6.-P. 330.
22. Cohen, G.J. Physiological investigation of vascular response variability / G.J. Cohen, A. Silverman // Journal of Psychosomatic Research. - 1959. -Vol. 3.-P. 185-210.
23. Power spectral analysis of heart rate and arterial pressure variabilities as a marcer of sym-patho-vagal interaction in man and conscious dog / M. Pagani, F. Lombardy, S. Guzzetti et al. // Circular Res. - 1986. - V. 59, N9 2. - P. 178-193.
24. Power spectrum analysis of heart rate fluctuation: A quantitative probe of beat to beat cardiovascular control / S.D. Akselrod, D. Gordon,
F.A. Ubel et al. //Science. - 1981. - V. 213, № 10. -P. 220.
25. Role of sinoaortic afferents in modulating BP and puls e-interval spectral characteristics in unanesthetized cats / M. Di Rienzo, G. Parati, P. Cas-tiglioni et al.// American Journal of Physiology. -1991. - V. 251, № 6. -Pt. 2. -P. H1811-H1818.
26. S-A nodal parasympathectomy delineates autonomic contributions to the heart rate power spectrum / D.C. Randall, D.R. Brown, J.D. Yingling, R.M. Raisch // American Journal of Physiology. -
1991. -№260 (3). -P. H985-H988.
27. Spectral analysis of sympathetic discharge in decerebrate cats / F. Lombardi, N. Montano, M.L. Finocchiaro et al. // Journal Autonomy Nervous System. -1990. - V. 30 (suppl). - P. S.97-S.99.
Поступила в редакцию 17 сентября 2009 г.
