CC BY
57
Журнал фундаментальной медицины и биологии оригинальные статьи
УДК 612.-014
Т.А. Першина, А.П. Спицин
ИЗМЕНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ В УСЛОВИЯХ УПРАВЛЯЕМОГО ДЫХАНИЯ С УЧЕТОМ ТИПА ВЕГЕТАТИВНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
Кировская государственная медицинская академия, кафедра патофизиологии
Цель. Оценить изменения сердечнососудистой системы у лиц молодого возраста при управляемом дыхании с учетом типа вегетативной регуляции
Материал и методы. В исследовании приняли участие 26 условно здоровых студентов возрасте 18-24 года. Использовали разработанную нами компьютерную программу с регулируемым дыханием (6 раз в минуту). Артериальное давление и ЧСС регистрировали в исходном состоянии, на первой, пятой и десятой минутах пробы. Рассчитывали ряд показателей центральной гемодинамики (МОК, ОПСС, СИ, и другие).
Результаты. Анализ реакции АД и ЧСС на управляемое дыхание позволил выявить различия в изменениях центральной гемодинамики в зависимости от исходного вегетативного тонуса как в исходном состоянии, так и во время выполнения пробы. При доминировании симпатического отдела ВНС достоверных изменений гемодинамики не происходит, а в группе «ваготонии» изменения происходят за счет повышения ЧСС и в большей степени за счет снижения общего сосудистого периферического сопротивления сосудов.
Заключение. Проба с дыханием с частотой 6 в минуту при доминировании парасимпатического отдела ВНС приводит к увеличению ЧСС и снижению общего периферического сосудистого сопротивления, что, вероятно, улучшает функциональное состояние сердца и периферических сосудов. При доминировании симпатического отдела ВНС достоверных изменений гемодинамики не происходит.
Ключевые слова: центральная гемодинамика, управляемое дыхание, вегетативная нервная система
T.A. Pershina, A.P. Spitsin
CHANGES OF INDICATORS OF CENTRAL HEMODYNAMICS IN CONDITIONS OF MANAGED RESPIRATION TAKING INTO ACCOUNT THE TYPE OF VEGETATIVE REGULATION
Kirov State Medical Academy, Educational Department of Pathological Physiology
Purpose: To estimate changes of cardiovascular system at persons of young age at operated breath taking into account type of vegetative regulation.
Materials and methods: 26 relatively healthy students were studied. Their age range was 18 — 24 years. The computer program with regulated respiration (6 times per minute) was developed by the authors. Arterial blood pressure and heart beat rate were registered in the initial condition at the first, fifth and tenth minutes of the probe. A number of indicators of the central hemodynamics (SI, general peripheral vascular resistance, blood volume per minute, and others) were considered.
Results: Analysis of reaction of arterial blood pressure and heart beat rate on managed respiration could reveal differences in changes of central hemodynamics depending on initial vegetative tone both in the initial condition and during performance of probe. In case of domination of the sympathetic part of the vegetative nervous system reliable changes of hemodynamics did not occur. In the group of "vagotony" changes occur both due to increase of heart beat rate and, to a greater extent, due to decrease of general vascular peripheral resistance of vessels.
Summary: The probe with 6 respirations per minute in domination of the parasympathetic part of the vegetative nervous system results in increase of heart beat rate and decrease of general peripheral vascular resistance. This may improve functional status of the of heart and peripheral vessels. In domination of the sympathetic part of the vegetative nervous system reliable changes of hemodynamics do not occur.
Key words: central hemodynamics, managed respiration, vegetative nervous system.
оригинальные статьи
Журнал фундаментальной медицины и биологии
Введение
Сердечно-сосудистая и дыхательная системы являются одними из наиболее важных вегетативных систем организма, оценка деятельности которых необходима при проведении функциональных обследований [1] При этом процессы внешнего дыхания оказывают постоянное воздействие на сердечно-сосудистые функции. Механизм регуляции сердечно-сосудистой системы, опосредуемый влияниями вегетативной нервной системы (ВНС), модулируется множеством различных внешних влияний (дыханием, физической нагрузкой, изменением положения тела, психоэмоциональной сферы и т.д.) [2]. Известно, что дыхание с частотой 5-6 в минуту вызывает наибольшие вариации пульса. Поэтому цель данной работы - исследование изменений сердечно-сосудистой системы при управляемом дыхании с учетом типа вегетативной регуляции.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В исследовании принимали участие 26 условно здоровых студентов женского пола в возрасте 18-24 года (22,8+-0,28). Все испытуемые предварительно были ознакомлены с содержанием исследования, получено информированное согласие на него. У всех испытуемых определяли рост (см) и массу тела (кг). Измеряли артериальное давление и частоту сердечных сокращений электронным портативным тонометром модели 705 1Т Отгоп (Япония) с цифровой регистрацией показателей, согласно рекомендациям экспертов Всероссийского научного общества кардиологов (ВНОК, 2001). За 30 минут перед измерением артериального давления (АД) исключался прием пищи, курение, физическое напряжение и воздействие холода. Среднее гемодинамическое артериальное давление (СрГД, мм рт. ст) определяли по формуле [3]: СрГД = АДД + (ПД/3). Исследование ударного объема (УО) непрямым способом производили по формуле Старра [4]: УО = 90,97 + (0,54 ПД) -(0,57 ДАД)-(0,61 Ч возраст). Минутный объем кровообращения (МОК) определяли как произведение УО на ЧСС. Величину общего периферического сопротивления (ОПС) рассчитывали по формуле Пуазейля [(АДД+1/3ПД) Ч1330Ч60]/МО. Сердечный индекс (СИ) рассчитывали по отношению минутного объема крови к одному квадратному метру поверхности тела. Поверхность тела (ППТ) определяли исходя из роста и массы тела исследуемого по формуле Дюбуа: ППТ=0,007184 ЧБ0,423ЧР0,725, где В - масса испытуемого в кг, а Р - рост тела в см [5]. Ударный индекс (УИ) рассчитывали по формуле: УИ=УОК/ППТ [6]. Удельное периферическое сопротивление (УПС) вычисляли по формуле: УПС=(САДЧППТ)/МОК. Потребность миокарда в кислороде определяли по величине "двойного произведения" по Робинсону [7]. Рассчитывали коэффициент выносливости (КВ, усл. ед.) по формуле: КВ=(ЧСС/ПД)*10, где ЧСС - частота сердечных сокращений (уд/мин), ПД — пульсовое давление (мм рт. ст.). Вегетатив-
ный индекс (ВИ) рассчитывали по формуле: ВИ = (1-ДАД/ЧСС)*100 [8]. Значения >+5 свидетельствовали о преобладании симпатических влияний ВНС (симпатикотония), значение <-5 — о преобладании парасимпатических влияний (ваготония), значения от —5 до +5 - о вегетативном равновесии (нормотония) [8]. Для оценки уровня функционирования системы кровообращения был использован адаптационный потенциал (АП, баллы) по P.M. Баевскому [9]: АП = 0,011 ЧСС + 0,014В + 0,009МТ - 0,009ДТ - 0,27, где В-возраст (в годах), МТ- масса тела (в кг), Р- рост (в см).Фактические значения параметров гемодинамики сравнивали с должными значениями. Большинство должных показателей гемодинамики вычисляется исходя из базовой формулы должного минутного объема крови (ДМО, л/мин), предложенной Н.Н. Савицким, с учетом интенсивности обменных процессов, ДМО=ДОО/281, где ДОО - это должный основной обмен, рассчитываемый по формулам Гарри-са-Бенедикта, учитывающими, что основной обмен зависит от пола, возраста и массы тела. Соотношение (МОКфакт /ДМОК)*100% позволяет выразить в относительных величинах отклонения реального сердечного выброса к «идеальному» для пациента данного возраста, пола, роста и массы. Остальные должные гемодинамические показатели рассчитывали по следующим формулам. Должный ударный индекс (ДУОК, мл): ДУОК/ ПТ). Должный сердечный индекс (ДСИ, мл/м2): ДМОК/ ПТ. Должное общее периферическое сосудистое сопротивление (ДОПСС, дин*с*см-5): (80*СрГД)/ДМОК. Должное удельное периферическое сопротивление (ДУПСС, у,е): СрГД/ ДСИ. Должная («условная») работа сердца (А , кг*м) - А =ДМОК*
/ ^ \ долж' / додж ^
СрГД*13,6. При этом фактическая работа сердца (А факт, кг*м=МОК*СрГД*13,6). При сопоставлении А и А представляется возможность
долж факт ^
судить, является ли работа сердца в данной гемо-динамической ситуации достаточной, избыточной или недостаточной.
Пробы с регулируемым дыханием являются одним из тестов, позволяющих оценить состояние сердечно-сосудистой системы, ее адаптационный потенциал. Проба с дыханием с частотой 6 в минуту является стандартной и широко используется в медицинских и физиологических исследованиях. Ритм дыхания задавался с помощью разработанной нами компьютерной программы, которая позволяла генерировать ритмичные колебания в диапазоне от 3 до 30 в минуту, с шагом в 1 дыхательный цикл в минуту. Обследуемые были обучены контролировать ритм дыхания в соответствии с визуальным водителем ритма на экране монитора. Соотношение вдоха и выдоха выбиралось экспериментатором и могло составлять 1:1, 1:2, и 2:1. В данном исследовании соотношение вдоха и выдоха составляло 1:1. Дыхательный объем не контролировался и выбирался произвольно испытуемым. АД и ЧСС регистрировали в исходном состоянии, на первой, пятой и десятой минутах выполнения пробы. В последующем для каждого этапа рассчитывали показатели гемодинамики и сравнивали их с исходным
состоянием.
Журнал фундаментальной медицины и биологии
оригинальные статьи
Результаты обрабатывали при помощи пакета программ <^ТАТ1^Т1СА 6". Осуществляли определение средней (М) и ошибки средней (т). Результаты представлены в виде М+т. При нормальном распределении переменных для определения различий между двумя независимыми группами использовали непарный ^критерий Стьюдента, а при непараметрическом - критерий Вилкоксона - Манна - Уитни. Достоверными считали различия показателей при р < 0,05.
Результаты и обсуждение
Исходное состояние. Расчет и анализ показателей центральной гемодинамики и сравнение их с должными значениями показали следующее. У лиц с доминированием симпатического отдела вегетативной нервной системы фактическая ЧСС отличалась от должной (76+-2,41 уд/мин против 69+-0,55 уд/мин). АДС было также меньше должного (100+-3,14 мм рт. ст. против 115,7+-0,17 мм рт. ст.). Диастолическое артериальное давление было меньше должных значений (63,9+-3,12 мм рт. ст. против 72+-0,11 мм рт. ст.). В то же время фактические значения ударного объема (УОК) практически соответствовали должным значениям (65+-1,54 против 66,5+-2,35 мл). Фактические и должные значения МОК также практически не отличались. По-видимому, оптимальные значения МОК поддерживаются за счет более высокой ЧСС по сравнению с должной. На усиленную работу сердца указывают различия в фактической и должной работе сердца (5192+-222,9 кг*м против 5016,8+-237,6 кг*м). На усиление симпатического отдела ВНС в регуляции сердечной деятельности указывают значения ВИК (15,8+-3,13 у.е. ).
У лиц с доминированием парасимпатического отдела ВНС фактическая ЧСС также отличалась от должной (62+-2,41 уд/мин против 68+-0,05 уд/ мин ). АДС фактическое было меньше должного (111+-2,32 мм рт. ст. против 116,7+-0,33 мм рт. ст.). Однако диастолическое артериальное давление мало отличалось от должных значений (71,2+2,22 мм рт. ст. против 72,5+-0,21 мм рт. ст.).
Если у симпатотоников УПС соответствовало должным значениям (22,15+-1,63 дин*с*см-5/ м2 против 22,0+-1,01 дин*с*см-5/м2), то у лиц с доминированием парасимпатического отдела фактические значения УПС были больше должных значений (32+-2,06 дин*с*см-5/м2 против 24,85+0,85 дин*с*см-5/м2; р<0,05)). Кроме того у «симпатотоников» фактические и должные значения ударного (УИ) и сердечного индекса (СИ) также практически не различались. В то же время при доминировании парасимпатического отдела ВНС и УИ и СИ были меньше должных значений (43,7+-2,15мл против 55,6+-2,38мл и 2,71+-0,14 л/м2 против 3,41+-0,05 л/м2 соответственно).
В целом сравнительный анализ показателей гемодинамики в зависимости от доминирования отдела ВНС показал следующее. Достоверные различия наблюдались по величине АДС (р=0,058), ЧСС (р=0,003), МОК (р=0,009), СИ (р=0,007), УПСС (р=0,0009).
Проба с управляемым дыханием.
1 минута. У лиц с доминированием симпатического отдела ВНС (п=17) не выявлено достоверных изменений гемодинамики на первой минуте выполнения пробы по сравнению с исходным состоянием. При доминировании парасимпатического отдела ВНС (п=9) наблюдается существенное снижение общего периферического сопротивления сосудов (с 1729+-83,47 дин*с*см-5 до 1529+-74,32 дин*с*см-5;р=0,077). Возможно, гипервентиляция и гипокапния могут приводить к спазму периферических сосудов, и, соответственно, повышению ОПСС и артериального давления [10]. Явление мягкой гипервентиляции при регулируемом дыхании (22 в минуту) было отмечено [11] и [12]. Выявлена также определенная тенденция к снижению АДС, АДД, УПС и увеличение УО, СИ и ВИК.
Сравнительный анализ показателей гемодинамики в зависимости от типа вегетативной регуляции на первой минуте управляемого дыхания также показал следующее. Достоверные различия по АДС и ЧСС стали не значимыми. В то же время появились достоверные различия по МОК (р=0,0028). У симпатотоников МОК оставался более высоким по сравнению с ваготониками. Сохранились достоверные различия и в значениях СИ (р=0,0028), УПСС (р=0,008). Сохранялись достоверные различия в величине индекса сердечно-сосудистой регуляции (р=0,0003)
5минута. У лиц с доминированием симпатического отдела ВНС достоверных изменений показателей центральной гемодинамики по сравнению с исходным состоянием не происходит. При доминировании парасимпатического отдела ВНС наблюдаются достоверные изменения УПС и ИССР. Удельное периферическое сопротивление сосудов на пятой минуте пробы было меньше по сравнению с исходным состоянием (27,3+-2,1 дин*с*см-5/м2 против 32+-2,06 дин*с*см-5/м2;р=0,039). Индекс сердечно-сосудистой регуляции становится меньше по сравнению с фоновым состоянием (101,6+-4,36 у.е. против 115,3+-4,1 у.е.; р=0,019), что указывает на переход с сосудистого типа регуляции на смешанный тип (сердечно-сосудистый).
Сравнение изменений показателей центральной гемодинамики на пятой минуте пробы в зависимости от типа вегетативной регуляции показало следующее. Достоверные различия сохранялись по величине ЧСС, СИ, ИССР. Различия по МОК стали менее значимыми (р=0,066), хотя значения минутного объема крови были больше у симпатотоников. Менее значимыми были и значения УПС (р=0,075). Причем если у симпатотоников сосудистое сопротивление практически не изменилось по сравнению с исходным состоянием, то у ваготоников оно снизилось ( с 32,1+-2,06 дин*с*см-5/м2. до 27,3+-2,01 дин*с*см-5/м2; р=0,019). У симпатотоников преобладал сердечный тип регуляции (ИССР=83,9+-3.3) , то у ваготоников — смешанный.
10 минута. У лиц с доминированием симпатического отдела ВНС достоверных изменений показателей центральной гемодинамики по сравнению с исходным состоянием также не происходит. При доминировании парасимпатического отдела ВНС
оригинальные статьи
Журнал фундаментальной медицины и биологии
наблюдаются достоверное увеличение ЧСС по сравнению с исходным состоянием (70+-2,0 уд./ мин против 62+-2,4 уд./мин; р=0,024). Характерно достоверное снижение пульсового давления (33+-2,1 мм рт. ст. против 39,7+-1,7 в исходном состоянии; р=0,05), что косвенно указывает на повышении растяжимости артерий, хотя при этом ударный объем снижается (с 63,9+-1,87 мл в исходном до 58,6+-2,4 мл), но различия были не достоверными (р=0,07). Это можно рассматривать как благоприятный фактор. Исследования последнего десятилетия убедительно продемонстрировали неблагоприятное прогностическое значение периферического ПД в увеличении риска сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности [13,14].
Следует отметить, что должный УОК для лиц с «ваготоническим» типом регуляции должен составлять 71,7+-2,0 мл. У лиц с доминированием симпатического отдела ВНС фактические значения УОК практически соответствовали должным значениям (б5+-1,54 мл против 66,5+-2,35 мл).
Заключение
Таким образом, показатели центральной гемодинамики зависят от исходного вегетативного тонуса. У лиц с доминированием парасимпатического отдела ВНС фактические значения показателей сердечно-сосудистой системы отличаются от должных, в тоже время при доминировании симпатического отдела ВНС большинство их соответствуют должным значениям. Проба с дыханием с частотой 6 в минуту при доминировании парасимпатического отдела ВНС приводит к увеличению ЧСС и снижению общего периферического сосудистого сопротивления, что, вероятно, улучшает функциональное состояние сердца и периферических сосудов. При доминировании симпатического отдела ВНС достоверных изменений гемодинамики не происходит.
ЛИТЕРАТУРА
1. Eckberg D. L. Human sinus arythmia as an index of vagal cardiac outflow // J. Appl. Physiol.- 1983.-54,- P. 961-966.
2. Glass L. Synchronization and rhythmic processes in physiology // Nature. - 2001. - V. 410. - P. 277.
3. Sa Cunha R., Pannier B., Benetos et al. Association between high heart rate and hight arterial rigidity in normotensive and hypertensive subjects// J Hypertens - 1997 — 15 - 1423-1430.
4. Starr. Y. Clinical test as simple method of estimating cardiac stroke volume from blood pressure and age / Y. Starr // Circulation. -1954. - № 9. - P. 664.
5. DuBois D, DuBois E.F. A formula to estimate the approximate surface area if height and weight be known// Arch Intern Med — 1916 — 17 - 863-71
6. Дуда. И.В. Клиническое акушерство / И.В. Дуда, В.И. Дуда. -М. : Медицина. 1997. - 604 с.
7. Аринчин В.Ф. Оценка функционального состояния сердца у детей в онтогенезе // Вопросы охраны материнства и детства. -1983 - № 2 - С. 21.
8. Вейн. А.М. Вегетативные расстройства: клиника. диагностика. лечение / А.М. Вейн. - М. : МИА. 2000. - 725 с.
9. Баевский P.M., Берсенева А.П., Вакулин В.К. и др. Оценка эффективности профилактических мероприятий на основе изменения адаптационного потенциала системы кровообращения // Здравоохранение РФ — 1987 - № 8. - С.7
10. Агаджанян Н. А. Постоянное нарушение гомеостаза в виде хронической гипокапниемии как болезнетворный фактор / Н. А. Агаджанян, Ю. Н. Мишустин, С. Ф. Левкин. - Самара: На правах рукописи, 2004. - 56 c
11. Погодин М. А. Самопроизвольное и непроизвольное управление дыханием при навязанных параметрах вентиляции легких / М. А. Погодин, Е. В. Боброва, М. П. Гранстрем // Физиология человека. - 2004. - Т. 30, № 3. - С. 81-87.
12. Pinna G. Effect of paced breathing on ventilatory and cardiovascular variability parameters during short-term investigations of autonomic function / G. Pinna, R. Maestri, M. La Rovere et al. //Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2006. -Vol. 290. - P. 424-433.
13. Оганов Р. Г. Профилактическая кардиология: от гипотез к практике // Кардиология. - 1999.- Т. 39. - № 2. - С. 4-9.
14. Franklin S. S. Hypertension in Older People: Part 1 // J. Clin. Hypertens. - 2006. - Vol. 8, № 6. - P. 444-449.
