CC BY
8
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ», № 3, 2014
УДК: 612.171.1 Бутова О.А. [Butova O.A.],
Ермакова А.С. [Ermakova A.S.]
онтогенетические особенности системы регуляции кардиоритма мужского организма в условиях ставрополья
Developmental features of the system of regulation of heart rate in a male body in Stavropol
В механизмах регуляции кардиоритма в мужском организме выявлены онтогенетические различия. Анализ активности звеньев вегетативной нервной системы выявил принципиально различные регуляторные механизмы: трофотропные - в юношеском возрасте и эрготропные - в зрелом периоде онтогенеза. Поскольку функциональная система регуляции кровообращения является многоконтурной иерархически организованной системой, в которой доминирующая роль управляющих контуров определяется текущими потребностями организма, постольку в изучаемые периоды онтогенеза и выявлена различная роль центрального и автономного контуров, обусловленная как прямой, так и обратной связью. Так, в условиях физиологического покоя в регуляции кардиоритма мужского организма зрелого возраста значима роль синусового узла, гипо-таламо-гипофизарной и центральной нервной систем. При выполнении функциональной нагрузочной пробы в организме мужчин зрелого возраста резко возросла роль вагусных воздействий, выявляющих главенствующую роль вазомоторного центра продолговатого мозга. В целом выявленный факт резкого усиления парасимпатического контура регуляции при выполнении нагрузочной пробы с позиции физиологической трактовки указывает на снижение функциональной активности регуляторных механизмов и обнаружение сниженных функциональных резервов сердечнососудистой системы.
Ключевые понятия: вариационная пульсометрия, вариабельность сердечного ритма, спектральный анализ кардиоритма.
In the mechanisms of regulation of heart rate in men ontogenetic differences. Analysis of the activity of the autonomic nervous system links found fundamentally different regulatory mechanisms - trophotropic in adolescence and ergotrop - in the mature period of ontogenesis. Since the functional regulation of the circulation system is hierarchically organized multi-loop system in which the dominant role of the control loops is determined by the current needs of the body, so far during the study period of ontogenesis and identified different roles of the central and autonomous circuits, due to both direct and feedback. So in terms of physiological rest in the regulation of heart rate of the male body adulthood significant role of the sinus node, the hypothalamic-pituitary and central nervous systems. When the maximal exercise stress test in men of mature age dramatically increased the role of vagal influences, which revealed a dominant role vasomotor center of the medulla oblongata. In general, a fact revealed a sharp increase in parasympathetic regulation loop when the stress test from a position of physiological interpretation, indicating a decline in the functional activity of regulatory mechanisms and detection of reduced functional reserve of the cardiovascular system.
Key words: Variation pu^^^ya, heart rate variability, spectral analysis of heart rate.
Одной из актуальных проблем современной физиологической и медицинской науки является изучение механизмов, лежащих в основе развертывания адаптационного процесса, с целью оценки резервных возможностей организма. Первостепенную роль в адаптивных реакциях, формировании рациональной или нерациональной адаптации играет изменение механизмов регуляции, обеспечивающих перестройку систем жизнеобеспечения организма человека на уровень, адекватный испытываемым нагрузкам.
Следует отметить, что интенсивное развитие средств для математической обработки и анализа ритма сердца обусловлено углублением теоретических представлений о том, как осуществляется регуляция сердечного ритма, работу каких физиологических механизмов отражают те или иные показатели вариабельности ритма сердца.
Важен и ещё один аспект - поиск возрастных особенностей механизмов регуляции кардиоритма и спектральной мощности ритма сердца, который имеет первостепенное значение для оценки адаптивных возможностей организма человека. С этих позиций поставленная для рассмотрения проблема оценки возрастных особенностей механизмов регуляции кардиоритма у мужчин является актуальной.
Целью исследования являлась характеристика вариабельности и спектральной мощности кардиоритма у мужчин юношеского и зрелого возраста.
В исследовании на базе Центра «Инновационные образовательные и научные технологии в медицине и фармации» и кафедры анатомии и физиологии института живых систем ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» в соответствии с разработанной программой и соблюдением этических норм приняли участие 60 мужчин. Сформировано две группы: первая группа включала 30 человек юношеского периода онтогенеза; вторая - 30 мужчин зрелого возраста второго периода онтогенеза.
При анализе ритма сердца был использован метод вариационной пульсометрии [1, 3] с использованием клиноортостатической пробы на диагностическом приборе «Варикард 2.5» производства ООО «Институт внедрения новых медицинских технологий (Рамена, г. Рязань») с применением специализированного программного обеспечения «Иским 6.1», позволяющего рассчитать до 40 показателей,
ин*
1 группа - юношеский период онтогенеза;
2 группа - мужчины зрелого возраста второго периода.
Рисунок 1. Показатели вариационной пульсометрии
в клиноположении.
соответствующих стандартам по измерению. Статистическая и биометрическая обработка материала осуществлена при помощи пакета анализа Microsoft Office Excel 2003 [2] и STATISTIKA 6.0.
Для составления представления о характере механизмов регуляции кардиоритма нами проведен анализ кардиоинтервалографии соответствующих возрастных групп.
В клиноположении в механизме регуляции кардиоритма как у юношей, так и у мужчин зрелого возраста доминируют гуморальные влияния (Мо = 943,8 ± 26,5 мс; Мо = 729,6 ± 5,5 мс) (рис. 1).
Преобладание в условиях физиологического покоя гуморального канала регуляции кардиоритма указывает на наиболее вероятный уровень функционирования синусового узла без подключения симпатического и парасимпатического контуров управления. При этом в юношеском
периоде онтогенеза степень выраженности гуморальных воздействий на кардиоритм в 1,3 раза превышает его значения в зрелом возрасте.
Выполнение юношами нагрузочной клиноортостатической пробы (КОП) привело к снижению роли гуморального канала регуляции, но не вызвало дополнительного подключения симпатической модуляции ритма сердца (рис. 2), что согласуется с данными других исследователей [4]. Выполнение КОП мужчинами зрелого возраста вызвало иную реакцию регуляторных аппаратов. На фоне достоверного снижения роли синусового узла возросла симпатическая модуляция, о чем свидетельствует возрастание ампиитуды моды (АМо) и снижение величины среднего квадратического отклонения (СКО). Возрастание роли симпатического отдела в сочетании со снижением активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы свидетельствует об определенной степени напряжения регуляторного механизма, однако при выполнении нагрузочной пробы подобная реакция звеньев регуляторного механизма представляется физиологически оправданной. Внутригрупповой анализ выявил в мужском организме при выполнении нагрузочной пробы принципиально различные регу-ляторные механизмы: трофотропные - в юношеском периоде онтогенеза и эрготропные - в зрелом возрасте.
Межгрупповой анализ параметров вариационной пульсометрии в ортостазе также подтвердил ведущую роль эрготропных воздействий в мужском организме зрелого возраста.
Анализ параметров волновых характеристик кардиограмм выявил в клиноположении как у юношей, так и у мужчин зрелого возраста в регуляции ритма сердца преобладание низкочастотных волн (LF - Low Frequency), характеризующих внутрисистемный гомеостаз единой кардиореспираторной системы (таб. 1). В подобного рода исследованиях [5, 6] содержится информация о ведущей роли 3-го уровня центрального контура в регуляции кардиоритма у юношей.
Таким образом, в организме мужчин в изучаемые периоды онтогенеза вазомоторный центр продолговатого мозга осуществляет афферентный синтез и посылает в сосудистую систему эфферентную импульсацию. Эта обратная связь осуществляется постоянно и характеризуется вазомоторными волнами, отражающими работу 3-го уровня центрального контура регуляции кардиоритма.
Межгрупповой анализ параметров спектрального анализа кар-диоритма в условиях физиологического покоя выявил в организме мужчин зрелого возраста возрастание вагусных воздействий (HF-волны) и существенное - в 2,5 раза - возрастание церебральных эр-готропных влияний (VLF-волны), свидетельствующих о повышении функциональной активности коры головного мозга. В целом установленные факты свидетельствуют о преобладании в регуляции кардио-
Таблица 1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАРДИОРИТМА
группы тр, мс2 HF, мс LF, мс VLF, мс
1 группа
клино 4548,8 ± 728,4 1422,4 ± 22,7 2378,4 ± 22,3 747,8 ± 15,0
орто 4241,9 ± 567,1 508,6±6,1 2744,9 ± 24,0 988,4 ± 26,1
Р > 0,1 < 0,001 < 0,001 < 0,001
2 группа
клино 6113,5 ± 30,0 1878,4 ± 9,8 2391,9 ± 8,7 1843,2 ± 5,4
орто 6333,1 ± 28,7 2503,2 ± 10,3 2829,7 ± 10,5 1000,3 ± 4,6
Р < 0,001 < 0,001 < 0,05 < 0,001
Р1 < 0,05 < 0,001 > 0,1 <0,001
Р2 < 0,001 < 0,001 < 0,01 > 0,1
Примечание: 1 группа - юношеский период онтогенеза;
2 группа - мужчины зрелого возраста второго периода; Р - уровень достоверности между клино- и ортоположением в каждой группе;
Р1 - уровень достоверности клино/клино между группами; Р2 - уровень достоверности орто/орто между группами.
ритма мужского организма зрелого возраста автономного контура и резком возрастании роли 2-го контура регуляции, что в совокупности указывает на ведущую регуляторную роль синусового узла, гипотала-мо-гипофизарной и центральной нервной систем.
Выполнение юношами клиноортостатической пробы привело к возрастанию низкочастотной составляющей за счет достоверного снижения воздействия высокочастотных волн - High Frequency (HF), характеризующих автономный контур регуляции. На этом фоне в организме юношей возросла роль очень низкочастотной составляющей спектра колебаний ритма сердца - Very Low Frequency (VLF-волны), отражающей 2-й уровень центрального контура регуляции. Появление
в общем спектре плотности и мощности колебаний кардиоритма VLF-волн, отражающих церебральные эрготропные влияния, позволяет судить о функциональном состоянии мозга и определенной степени психоэмоционального напряжения.
С учетом известных современной физиологической науке данных [7, 9] о подключении к регуляции кардиоритма при психоэмоциональном напряжении и кардиальной патологии гипоталамо-гипофи-зарных и церебральных, установленное у юношей возрастание роли таких влияний позволяет отнести их к группе риска психосоматической патологии. Указанное справедливо еще и потому, что резкое повышение роли 2-го уровня центрального контура выявлено в наших исследованиях при выполнении адекватной функциональной нагрузочной пробы.
Выполнение нагрузочной пробы в организме мужчин зрелого возраста на фоне доминирования симпатической модуляции ритма вызвало дополнительное подключение автономного контура регуляции и снижение роли 2-го уровня центрального контура регуляции кардиоритма, указывающего на гипоталамо-гипофизарный и корковый уровни.
Межгрупповой анализ параметров спектрального анализа кардиоритма при выполнении функциональной нагрузочной пробы выявил в организме мужчин зрелого возраста резкое (в 5 раз) возрастание вагусных воздействий (HF-волны), выявляющих главенствующую роль вазомоторного центра продолговатого мозга. В целом выявленный факт резкого усиления парасимпатического контура регуляции, обеспечивающего вагусные воздействия при выполнении нагрузочной пробы с позиции физиологической трактовки, указывает на снижение функциональной активности регуляторных механизмов и обнаружение сниженных функциональных резервов сердечнососудистой системы.
Индивидуальная оценка спектральной мощности плотности колебаний ритма сердца, дающая информацию о распределении мощностей в зависимости от частот колебаний, отражает активность звеньев регуляторного механизма (рис. 3) [8].
В условиях физиологического покоя в организме юношей ведущим является 3-й уровень центрального контура регуляции кардио-
90 % 17 20 1.
80 %
52 30 ■Ш 39
70 % 68 VLF, %
60 % 39 1 LF, %
50 % 1 HF, %
40 %
30 %
20 % 31 31
10 %
0 %
1 группа 2 группа 1 группа 2 группа КЛИНОПОЛОЖЕНИЕ ОРТОПОЛОЖЕНИЕ
Рисунок 3. Спектральная мощность колебаний ритма сердца.
ритма (LF = 52 %), а в организме мужчин зрелого возраста одинаково влияние на кардиоритм и автономного контура, и 2-го, и 3-го уровней центрального контура (HF = 30 %, LF = 39 %, VLF = 31 %). Выполнение клиноортостатической нагрузочной пробы привело в организме юношей к возрастанию роли 3-го уровня центрального контура (с 52 % в клиноположении до 68 % в ортостазе) за счет достоверного снижения влияния автономного контура (с 31 % в клиноположении до 12 % в ортостазе). Во второй группе выполнение нагрузочной пробы выявило возрастание высокочастотных - High Frequency (с 31 % в клиноположении до 39 % в ортоположении) и низкочастотных - Low Frequency (с 39 % в клиноположении до 45 % в ортоположении) волн за счет снижения очень низкочастотной составляющей (с 30 % в клиноположении до 16 % в ортоположении).
Подводя общий итог, можно заключить, что в механизмах регуляции кардиоритма в мужском организме выявлены онтогенетические различия. Анализ активности звеньев вегетативной нервной системы выявил принципиально различные регуляторные механизмы - тро-
фотропные в юношеском возрасте и эрготропные - в зрелом периоде онтогенеза.
Поскольку функциональная система регуляции кровообращения является многоконтурной иерархически организованной системой, в которой доминирующая роль управляющих контуров определяется текущими потребностями организма, постольку в изучаемые периоды онтогенеза выявлена различная роль центрального и автономного контуров, обусловленная как прямой, так и обратной связью.
Так, в условиях физиологического покоя в регуляции кардио-ритма мужского организма зрелого возраста значима роль синусового узла, гипоталамо-гипофизарной и центральной нервной систем.
При выполнении функциональной нагрузочной пробы в организме мужчин зрелого возраста резко возросла роль вагусных воздействий, выявляющих главенствующую роль вазомоторного центра продолговатого мозга. В целом выявленный факт резкого усиления парасимпатического контура регуляции при выполнении нагрузочной пробы с позиции физиологической трактовки указывает на снижение функциональной активности регуляторных механизмов и обнаружение сниженных функциональных резервов сердечнососудистой системы.
библиографический список
1. Адельшина Г. А, Гавриков К.В., Радышевская Т.Н., Лущик И.В., Полеткина И.И., Балуева В.А. Экспертная оценка применимости метода вариационной пульсометрии для диагностики типов вегетативных регуляций // Современные наукоемкие технологии. 2009. № 3. 34 с.
2. Андросова Д. А. Статистическая обработка данных, полученных ПАК «Варикард 2.5», в электронных таблицах MICROSOFT EXCEL для оценки состояния здоровья человека // Биоразноб-разие, биоресурсы, новые материалы и здоровье населения региона. Ставрополь, 2010. 191-192 с.
3. Бабунц И.В., Мириджанян Э.М., Мшаех Ю.А. Азбука вариабельности сердечного ритма. Ставрополь. 2010. 68-73 с.
4. Губкина Д. Г., Кайко С. А., Сеттарова З. С., Павленко В. Б. Изменение показателей вариационной пульсометрии под влиянием сеансов обратной связи по ЭЭГ // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «Биология, химия». 2009. № 4. 36-40 с.
5. Захарова Н.Ю., Михайлов В.П. Физиологические особенности вариабельности ритма сердца в разных возрастных группах // Вестник аритмологии. № 23. 2008. 78 с.
6. Мироновам Т.Ф., Давыдова Е.В., Соколова Т.А. Вариабельность сердечного ритма при профессиональных заболеваниях // Клиническая информатика и Телемедицина 2010. T. 6. Вып. 7. 200 с.
7. Филимонова Н.Б., Кравец Т.В. Определение индивидуальных особенностей динамики кардиоритма при тестировании оперативной памяти человека // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «Биология, химия». Т. 23 (62). 2010. № 3. С. 176-187.
8. Яблучанский Н.И., Мартыненко А.В. Вариабельность сердечного ритма. 2010. 256 с.
9. Biger J. T., Fleiss, J. L., Steinman, R. C. et al. RR variability in healthy, middle-aged persons compared with patients with chronic coronary heart disease or recent acute myocardial infarction // Circulation, 2007. 56-70 с.
ОБ АВТОРАХ
Бутова Ольга Алексеевна, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой анатомии и физиологии Северо-Кавказского федерального университета. Телефон: 353465; 359-134; 8-928-304-4367. E-mail: [email protected]
Ермакова Анна Сергеевна, аспирант 4-го года обучения Северо-Кавказского федерального университета. Телефон 8-961-475-38-22. E-mail: [email protected]
Butova Olga Alekseevna, Doctor of medical sciences, Professor, Head of Department of Anatomy and Phisiology North Caucasus Federal University. Phone: 353-465; 359-134; 8-928-304-43-67. E-mail: [email protected].
Ermakova Anna Sergeevna, Graduate North Caucasus Federal University. Phone: 8-961-475-38-22. E-mail: [email protected].
