CC BY
131
ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МИОКАРДА И ВАРИАБЕЛЬНОСТИ РИТМА СЕРДЦА У
ДЕТЕЙ 10-11 ЛЕТ
О.Н. Адамовская1
ФГНУ «Институт возрастной физиологии» РАО, Москва
Анализ результатов исследования позволил выявить существенные индивидуальные различия функционального состояния миокарда и вариабельности ритма сердца у детей 10-11 лет в покое и при умственной нагрузке. В исходном состоянии дети с хорошими адаптационными резервами по сравнению с испытуемыми со сниженными адаптационными резервами характеризуются сравнительно низкой возбудимостью миокарда предсердий и желудочков, большей длительностью сердечного цикла, систолы и общей диастолы, а также временем предсердно-желудочковой проводимости, преобладанием парасимпатических влияний на СР. Выделена специфика типов реакции сердечнососудистой системы (адекватный и неадекватный) в процессе срочной адаптации детского организма к работе на компьютере. Адекватная реакция проявляется в интенсификации деятельности предсердий, метаболических процессов в миокарде, укорочении длительности сердечного цикла за счет уменьшения продолжительности диастолы, усилении симпатических влияний на СР.
Ключевые слова: Ключевые слова: подростковый возраст, сердечнососудистая сиситема, ЭКГ, сердечный ритм
Myocardial functional state and heart rate variability in 10-11-year old children. The study reveals significant differences in functional state of the myocardium and heart rate variability (HRV) in 10-11-year-old children when at rest and while performing mental tasks. At the initial state, children with good adaptation reserves in comparison with subjects with lower adaptation reserves are characterized by a relatively low atri-oventricular excitability, longer cardiac cycle, systole and diastole, and the time of atri-oventricular conduction, predominance of parasympathetic influences on the sinus rhythm. Reaction types of cardio-vascular system (adequate and inadequate ones) during adaptation of a child to computer work are described. Adequate reaction is shown through more intensive work of atriums, shorter cardiac cycle due to shorter diastole, stronger sympathetic influences on the sinus rhythm.
Key words: teen age, cardio-vascular system, ECG, heart rate.
Изучение особенностей сердечнососудистой системы растущего организма является одной из задач возрастной физиологии. Центральным органом сердечнососудистой системы является сердце, деятельность которого определяется активностью миокарда. Для изучения биоэлектрических процессов в миокарде используется метод электрокардиографии, с помощью которого выявлены возрастные особенности миокарда у детей и подростков [2; 3; 11; 13; 17]. Известно, что возрастная динамика биоэлектрических процессов в миокарде тесно связана с моду-
Контакты:1 Адамовская О.Н. - E-mail: <[email protected]>
лирующим влиянием автономной нервной системы, поэтому весьма важным является комплексное изучение особенностей возбудимости и проводимости миокарда и автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей подросткового возраста. В ряде работ выявлена зависимость функционального состояния миокарда детей от типа автономной нервной регуляции СР [4; 13]. Однако такие работы малочисленны и не раскрывают взаимосвязи между параметрами автономной нервной регуляции СР и показателями возбудимости и проводимости миокарда. Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы зависит не только от возрастных и типологических, но и от индивидуальных особенностей, в частности от уровня адаптационных возможностей организма [7; 19].
Известно, что оценка функционального состояния миокарда только по параметрам покоя недостаточна и необходимо проведение тестирующих нагрузок, близких к тем, с которыми детям приходится сталкиваться в повседневной жизни. Особую актуальность представляет изучение влияния умственной нагрузки на организм школьника. Все сказанное выше определяет актуальность изучения типологических и индивидуальных особенностей функционального состояния сердечнососудистой системы у детей 10-11 лет.
Целью исследования явилось комплексное изучение возрастных, типологических и индивидуальных особенностей функционального состояния миокарда и регуляторных влияний автономной нервной регуляции на СР у детей 10-11 лет в покое и при умственной нагрузке.
СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Проведено обследование 100 детей 10-11 лет обоего пола, обучавшихся в общеобразовательных школах г. Москвы. Проведено комплексное исследование биоэлектрической активности миокарда и автономной нервной регуляции СР. Регистрацию ЭКГ проводили с помощью компьютерного кардиографа «Полис-пектр-12» фирмы «Нейрософт» (г. Иваново).
Во II стандартном отведении определяли следующие временные показатели ЭКГ: ЯЯ,мс (общая длительность сердечного цикла), PQ,мс (продолжительность предсердно-желудочковой проводимости), QRS,мс (продолжительность внут-рижелудочковой проводимости), QT,мс (длительность электрической систолы желудочков) и ТР,мс (длительность общей диастолы). Определяли величины амплитуды зубцов Р,мВ, отражающего процесс возбуждения в миокарде предсердий, Q,мВ, Я,мВ и S,мВ, характеризующих процесс возбуждения в миокарде желудочков, Т,мВ, характеризующего процесс быстрой реполяризации миокарда желудочков и, по мнению ряда авторов [3; 11], отражающего интенсивность метаболических процессов в миокарде.
Особенности автономной нервной регуляции СР оценивали по показателям спектрального анализа вариабельности сердечного ритма:
ИР (мс2, п.и., %) - мощность спектра в диапазоне высоких частот (0,15-0,4 Гц). Мощность в этом диапазоне отражает вагусный контроль сердечного ритма (колебания активности ПНС) и связана с актом дыхания;
ЬР (мс2,п.и.,%) - мощность спектра в диапазоне низких частот (0,04-0,15 Гц). Мощность в этом диапазоне отражает, преимущественно, колебания активности
симпатического регуляторного звена сердечного ритма (хотя и имеет смешанное симпато-парасимпатическое происхождение) и связана с системой регуляции артериального;
VLF (мс2, n.u., %) - мощность спектра в диапазоне очень низких частот (0,003-0,04 Гц). Мощность спектра в этом диапазоне характеризует влияние высших вегетативных центров на сердечно-сосудистый подкорковый центр и может использоваться в качестве надежного маркера степени связи автономных (сегментарных) уровней регуляции кровообращения с надсегментарными, в том числе с гипоталамо-гипофизарным (гуморально-метаболический уровень) и корковым (центральный эрготропный) уровнями;
TP (мс2) - общая мощность спектра или полный спектр частот, характеризующих ВРС. Это мощность спектра в диапазоне от 0,003 до 0,4 Гц. Она отражает суммарную активность вегетативного воздействия на сердечный ритм: активация вагуса приводит к увеличению величины TP, повышение активности СНС - к обратному эффекту;
LF/HF - отношение низкочастотной составляющей спектра к высокочастотной: это соотношение условно характеризует процентный вклад симпатических и парасимпатических влияний в автономную регуляцию сердечного ритма: его увеличение свидетельствуют о симпатизации регуляции СР, уменьшение - об обратном эффекте.
При проведении ортостатической пробы кроме показателей временного и спектрального анализов вариабельности ритма сердца определялся показатель «адаптационные резервы» (АР), отражающий степень активации симпатоадре-наловой системы относительно исходного уровня [10].
Величина АР вычислялась по формуле:
АР = ^N^™ - RRNN^m) x 100/ RR-NN^m + (LF/ОТорто - LF/HF^ ) х
х 100/ LF/HF^to + ((K 30:15) x 2),
где:
RRNNклино,мс - средняя длительность интервалов RR в горизонтальном положении;
RRNNорто,мс - средняя длительность интервалов RR в вертикальном положении.
K зо:15 - отношение минимального значения R-R интервала , обычно в районе 15 удара к самому длинному R-R интервалу, обычно около 30 удара во время переходного периода ортостатической пробы. Данный коэффициент характеризует реактивность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. В норме K 30:15 равен 1,25-1,75.
Адаптационные резервы организма оценивали по следующей шкале:
— Хорошие 12 - 6
— Удовлетворительные 6 - 0
— Снижены 0 - (-6)
— Значительно снижены (-6) - (-12)
При проведении ортостатической пробы по общепринятой методике, ритмо-граммы регистрировали в течение 5 минут в горизонтальном, а затем в вертикальном положении испытуемого. После проведения ортостатической пробы испытуемый садился перед экраном монитора компьютера. Испытуемый адап-
тировался к условиям исследования в течение 10 минут, после чего проводили регистрацию ЭКГ для изучения ВРС (5 минут) и биоэлектрических процессов миокарда. Затем испытуемый в течение 10 минут выполнял задание на компьютере (компьютеризированный вариант таблицы Анфимова, разработанный в Институте возрастной физиологии РАО [16]. Повторная регистрация ЭКГ для анализа изменений сердечного ритма проводилась с 4-й по 9-ю минуты выполнения испытуемым задания. Регистрация ЭКГ для анализа изменений биоэлектрических процессов в миокарде проводилась на 10 -й минуте выполнения задания. Продолжительность отдельного исследования составляла 30 -35 минут.
Результаты были подвергнуты статистической обработке с помощью пакета программ «Statistical и « SPSS».
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На основании проведенного кластерного анализа и с учетом литературных данных о величинах мощности HF и LF компонентов спектра ВРС у людей с разными типами автономной нервной регуляции [18] испытуемые были разделены на 3 группы по типу автономной нервной регуляции СР.
Дети 1 группы характеризовались преобладанием тонуса парасимпатической нервной системы в регуляции СР (парасимпатический тип регуляции), испытуемые 2 группы имели сбалансированный (смешанный) тип регуляции СР, испытуемые 3 группы характеризовались преобладанием тонуса симпатической нервной системы (симпатический тип регуляции СР).
Проведенное исследование показало, что дети с преобладанием парасимпатических влияний на СР по сравнению с испытуемыми с преобладанием симпатических влияний на СР характеризуется меньшей возбудимостью предсердий и желудочков и интенсивностью метаболизма, большей длительностью сердечного цикла, систолы, диастолы и большим временем предсердно-желудочковой проводимости. Данные особенности биоэлектрических характеристик миокарда, отмечаемые у детей с преобладанием парасимпатических влияний на СР, можно объяснить отрицательным хронотропным и батмотропным эффектами блуждающего нерва на миокард. У детей с преобладанием симпатических влияний на СР выявлены наибольшие значения зубца Т, что связано с интенсификацией метаболических процессов в сердечной мышце, возникающей при усилении симпатических влияний на миокард [8]. Выявленные различия функционального состояния миокарда у детей 10-11 лет с разными типами регуляции СР совпадают с результатами исследования типологических особенностей биоэлектрической активности миокарда у детей 6-9 лет, полученных Л.В. Рублевой (2005).
Проведенный в настоящем исследовании анализ значений показателя «адаптационные резервы» (АР) позволили разделить (табл. 1) всех детей на 3 группы: в группу А вошли испытуемые с хорошими; группу В составили учащиеся с удовлетворительными, а группу С - со сниженными адаптационными резервами.
Таблица 1
Распределение детей 10-11 лет по группам А, В,С (%)
Пол Группы
А В С
М 56 % 28 % 14 %
Д 44 % 32 % 24 %
В работе выявлены отличительные особенности автономной нервной регуляции СР и биоэлектрической активности миокарда у детей с разными АР в исходном состоянии. В состоянии покоя у испытуемых 10-11 лет с удовлетворительными АР вклад волн разной частоты в общую мощность спектра примерно одинаков, что свидетельствует о равной активности автономного и центрального контуров регуляции СР. Наибольшие различия в автономной нервной регуляции СР выявлены между детьми крайних групп (группы А и С). В исходном состоянии у испытуемых группы А отмечается высокая активность автономного контура регуляции СР и преобладание парасимпатических воздействий на ритм сердца, а у детей группы С в регуляции СР преобладают центральные эрготропные и гумо-рально-метаболические влияния. Выявленные различия регуляторных влияний на ритм сердца между детьми крайних групп свидетельствуют о том, что в состоянии покоя дети со сниженными АР по сравнению с испытуемыми с хорошими АР характеризуются большим напряжением механизмов регуляции СР.
Биоэлектрическая активность у детей 10-11 лет в состоянии покоя миокарда у испытуемых групп А и В по сравнению с детьми группы С отличается меньшей интенсивностью метаболических процессов, возбудимостью предсердий и желудочков (рис.1). По нашему мнению, исходно меньшая возбудимость и более низкий уровень метаболизма миокарда характеризуют энергетически более экономный тип функционирования сердца у детей с хорошими и удовлетворительными АР. Кроме того, у детей группы А по сравнению с детьми группы С выявлена большая (р<0,05) длительность предсердно-желудочковой проводимости, сердечного цикла и общей диастолы (рис. 2). Большее время атриовентрикулярной проводимости способствует более эффективному сокращению предсердий и лучшему наполнению желудочков, а также обеспечивает более координированную работу отделов сердца. Известно, что большая продолжительность диастолы соответствует большему периоду «отдыха» сердца, а также, согласно механизму Франка -Старлинга, обеспечивает рост кровенаполнения полостей сердца, т.е. способствует увеличению ударного объема сердца [7].
Выявленные у детей с хорошими АР меньшая возбудимость, более низкий уровень метаболизма миокарда, большая продолжительность сердечного цикла, диастолы и предсердно-желудочковой проводимости обеспечивают оптимальный режим работы сердца, характеризующийся высокой производительностью и меньшими энергозатратами.
1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
Р,мВ
Р,мВ
Т,мВ
ОД ПС
Рис. 1 Амплитуда зубцов Р; R; Ту мальчиков 10—11 лет с хорошими (А) и сниженными (С) АР
РР РО ТР
Рис. 2. Длительность интервалов ЯК, PQ, TP у мальчиков 10-11 лет с хорошими (А) и сниженными (С) АР
Работа на компьютере вызывала у детей с парасимпатическим типом регуляции СР повышение симпатических и снижение парасимпатических влияний на ритм сердца. Полученные нами данные об увеличении тонуса симпатического отдела АНС у школьников во время выполнения задания на компьютере, согласуются с рядом исследований, выявивших усиление симпатических модулирующих воздействий на СР у младших школьников во время выполнения умственной нагрузки и работы на компьютере [6; 12].
У испытуемых с симпатическим типом регуляции СР во время работы на компьютере увеличивались парасимпатические влияния на сердечный ритм. По нашему мнению, повышение тонуса парасимпатической нервной системы обусловлено исходно низким уровнем парасимпатических нервных воздействий на СР, согласно закону «исходного уровня». Полученные нами данные согласуются с результатами исследований, проведенных у детей разного возраста и взрослых, показавших влияние исходного функционального состояния АНС на динамику показателей ВРС при выполнении умственной нагрузки [12]. У детей со сбалансированным типом регуляции СР при работе на компьютере не выявлено значительного изменения симпато-парасимпатического баланса. Мы полагаем, что отсутствие существенной динамики параметров ВРС у испытуемых этой группы обусловлено разнонаправленными изменениями автономной нервной регуляции СР (повышение симпатических или парасимпатических влияний на ритм сердца), которые были выявлены в исследовании Т.А. Пономаревой (2005).
Изучение изменения биоэлектрических процессов в миокарде при работе на компьютере показало, что у всех детей 10-11 лет с преобладанием парасимпатических влияний на СР отмечается уменьшение длительности общей диастолы, повышение возбудимости предсердий, межжелудочковой перегородки и интенсификация метаболизма в миокарде. У всех детей со сбалансированным типом регуляции СР работа на компьютере вызывает увеличение возбудимости предсердий. Повышение возбудимости миокарда, отмеченное у детей с парасимпатическим и сбалансированным типами регуляции СР, а также сокращение длительности общей диастолы у детей с парасимпатическим типом регуляции СР обусловлены положительным батмотропным и хронотропным эффектами при повышении активности симпатической нервной системы во время работы на компьютере. У всех детей с симпатическим типом регуляции СР отмечается уменьшение возбудимости предсердий и удлинение систолы вследствие отрицательного батмотроп-ного и хронотропного эффектов при усилении парасимпатических влияний на миокард.
Существенную роль в процессе срочной адаптации детей к работе на компьютере играют индивидуальные особенности, в частности уровень адаптационных резервов. Исследование показало, что во время работы на компьютере у всех детей с хорошими адаптационными резервами (группа А) отмечается снижение парасимпатических влияний на СР. Кроме того, у мальчиков всех возрастов группы А в регуляции СР увеличивается вклад центральных, а у девочек - симпатических влияний. У испытуемых с удовлетворительными адаптационными резервами (группа В) наблюдается смещение вегетативного баланса в сторону усиления симпатических влияний на СР, а у детей со сниженными адаптационными резервами (группа С) происходит увеличение активности парасимпатического отдела АНС и уменьшение центральных влияний на СР.
У детей группы А при работе на компьютере происходит интенсификация деятельности предсердий, метаболических процессов в миокарде, а также укорочение длительности сердечного цикла за счет сокращения диастолы, обусловленные усилением симпатических влияний, вызывающих положительный хроно- и бат-мотропный эффекты. Выявленные изменения свидетельствуют об адекватной реакции миокарда на данный вид деятельности, поскольку уменьшение длительно-
сти сердечного цикла за счет диастолы является одним из механизмов саморегуляции, стимулирующим процесс расслабления и являющегося гарантом сохранения диастолической паузы при увеличении нагрузки на сердце [7].
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
0Д НС
Р,исх
Р,нагр
Т,исх
Т,нагр
Рис. 3. Динамика амплитуды зубцов Р,мВ и Т,мВ при работе на компьютере у мальчиков 10-11 лет с хорошими (А) и сниженными (С) АР
1000
800
600
400
200
□ А ПС
РР,исх
ОТ,исх
ТР,исх
Рис. 4. Динамика длительности интервалов КК,мс; QT,мс; ТР,мс при работе на компьютере у мальчиков 10-11 лет с хорошими (А) и сниженными (С) АР
0
У детей группы В при работе на компьютере отмечается уменьшение длительности общей диастолы без существенного изменения продолжительности сердечного цикла и увеличение амплитуды зубца Т. Выявленный комплекс изменений параметров ЭКГ можно расценивать как некоторое напряжение функционального состояния миокарда [3].
У всех детей группы С при работе на компьютере уменьшается возбудимость предсердий, снижается метаболизм, удлиняется электрическая систола и уменьшается продолжительность общей диастолы. Отмеченное у детей этой группы уменьшение зубца Т согласно данным литературы [6; 15] может свидетельствовать о психоэмоциональном напряжении испытуемых. Выявленное уменьшение продолжительности диастолы приводит к неполному восстановлению энергетических ресурсов миокарда, что обуславливает снижение эффективности последующей систолы [3]. Удлинение систолы и уменьшение продолжительности диастолы является проявлением дезадаптации и свидетельствует об энергетическом дефиците в миокарде [7]. Данный комплекс изменений функционального состояния миокарда, по нашему мнению, является признаком напряжения механизмов срочной адаптации миокарда к работе на компьютере у детей со сниженными адаптационными резервами.
ВЫВОДЫ
1. Выявлены существенные различия биоэлектрических процессов в миокарде и автономной нервной регуляции СР у детей с разными значениями показателя АР. В исходном состоянии дети с хорошими адаптационными резервами по сравнению с испытуемыми со сниженными адаптационными резервами характеризуются сравнительно низкой возбудимостью миокарда предсердий и желудочков, большей длительностью сердечного цикла, систолы и общей диастолы, а также временем предсердно-желудочковой проводимости. У детей этой группы модулирующее влияние на СР оказывают парасимпатическая нервная система.
2. Выявлены принципиальные различия срочной адаптации миокарда к работе на компьютере у детей 10-11 лет с разными адаптационными резервами. У детей с хорошими адаптационными резервами отмечается интенсификация деятельности предсердий, метаболических процессов, а также укорочение длительности сердечного цикла за счет сокращения диастолы, обусловленные усилением симпатических влияний на СР. У детей со сниженными адаптационными резервами выявлено снижение возбудимости предсердий и метаболизма миокарда, обусловленные повышением парасимпатических влияний на СР, а также увеличение времени систолы, и уменьшение продолжительности диастолы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баевский, Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ сердечного ритма при стрессах. - М.: Наука, 1984. - 225 с.
2. Гутхайль, X. ЭКГ детей и подростков / Херман Гутхайль, Ангелика Лин-дингер; пер. с нем. под ред. проф. М.А. Школьниковой, Т.А. Ободзинской. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012. - 256 с .: ил. ISBN 978-5-9704-1811-6.
3. Калюжная Р.А. Физиология и патология сердечнососудистой системы детей и подростков. - М.: Медицина, 1973. - 325 с.
4. Кмить Г.В., Рублева Л.В. Основные результаты многолетних исследований функционального состояния миокарда детей // Новые исследования. - 2003. -№ 1. - С. 192-199.
5. Кузнецова О.В. Особенности регуляции звеньев респираторно-гемодинамической системы у детей младшего школьного возраста: дис. ... на со-ис. канд. биол. наук. - 2007.
6. Лещинская Я.С. Изменение ЭКГ в условиях эмоционального напряжения // Кардиология. - 1974. - № 6. - С. 82-88.
7. Меерсон Ф.З. Адаптация сердца к большой нагрузке и сердечная недостаточность. - М.: Наука, 1975. - 262 с.
8. Меерсон, Ф.З. Адаптация к стрессовым ситуациям и физическим нагрузкам /Ф.З. Меерсон, М.Г. Пшенникова. - М.: Медицина, 1988. - 256 с.
9. Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения. - Иваново: Иван. Гос. Мед. академия, 2002. - 290 с.
10. Михайлов В.М. Оценка функционального состояния (ФС) и адаптационных резервов у подростков-хоккеистов по данным вариабельности ритма сердца. Влияние физической нагрузки на ФС. - 2006.
www.neurosoft.ru
11. Осколкова М.К., Куприянова О.О. ЭКГ у детей. - М.: Медицина, 2004. -351 с.
12. Пономарева Т.А. Срочная адаптация системы кровообращения детей младшего школьного возраста к работе на компьютере: дис. ... канд. биол. наук. -М., 2005. - 176 с.
13. Рублева Л.В. Развитие основных функций миокарда детей 7-15 лет, проживающих в различных экологических условиях: дис. ... канд. биол. наук. - М., 1999. - 188 с.
14. Рублева Л.В. Особенности электрофизиологических процессов в миокарде у младших школьников с разными типами автономной нервной регуляции // Новые исследования. - 2005. - № 1. - С. 70-77.
15. Сидоренко Г.И. Психофизиологические аспекты кардиологических исследований. - Минск, 1983. - 142 с.
16. Сонькин, В.В. Количественная оценка умственной работоспособности // Новые исследования. - 2004. - №1-2(6-7). - С. 359.
17. Школьникова, М.А. Нормативные параметры ЭКГ у детей и подростков / М.А. Школьникова, И.М. Миклашевич, Л.А. Калинин. - М., 2010. - 232 с.
18. Akselrod S.D., Gordon D., Madwed J.B. Hemodinamic regulation: investigation by spectral analysis //Am. J. Physiol. - 1985. - Vol. 18, №4. - P. 867-875.
19. Laughlin, M.H. Control of blood flows to cardiac and skeletal muscles during exercise handbook of physiology. Exercise, regulation and integration of multiple systems /M.N. Laughlin, R.J. Korthuis // Am. Physiol. Soc. - 1996. - Sect. 12, Chapt. 16. -P. 705-769.
