CC BY
158
ОСОБЕННОСТИ НЕЙРО-ЭНДОКРИННОЙ РЕГУЛЯЦИИ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ АДАПТАЦИИ К УМСТВЕННОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКАМ У ШКОЛЬНИКОВ 9-ЛЕТНЕГО ВОЗРАСТА
А.Н. Шарапов, В.Н. Безобразова, С.Б. Догадкина1, Г.В. Кмить, Л.В. Рублева Институт возрастной физиологии РАО, Москва
Методами временного и спектрального анализа вариабельности ритма сердца, электрокардиографии, поликардиографии и биполярной реоэнцефалографии проведено комплексное исследование адаптации сердечно-сосудистой системы к физической и умственной нагрузкам детей 9 лет. Выявлены группы детей с адекватной, сниженной и неадекватной реакцией ВРС на ортопробу. Неадекватная реакция наиболее часто отмечалась у детей с преобладанием симпатической активности в регуляции СР. Показано, что краткосрочная адаптация к динамической физической нагрузке характеризуется уменьшением длительности сердечного цикла, продолжительности периода напряжения и фазы изометрического сокращения миокарда, продолжительности электрической систолы и пред-сердно-желудочковой проводимости. Выявлено наличие двух основных фазовых синдромов: гипердинамии и гиподинамии миокарда. Краткосрочная адаптация мозгового кровообращения к умственной нагрузке характеризовалась двумя вариантами - благоприятным и неблагоприятным.
Ключевые слова: детский возраст, вегетативная нервная система, ЭКГ, поликардиография, мозговое кровообращение
Peculiarities of neuro-endocrine regulation of blood circulation system in the process of adaptation to mental and physical activity in pupils aged 9 years old. The methods of temporal and spectral analyses of heart rate variability (HRV), electrocardiography, policardiography and bipolar rheoencephalography were used to conduct the complex study of adaptation of cardio-vascular system to physical and mental activity in 9-year-old children. There were found out groups of children with adequate, low and inadequate reaction of HRV to orthostatic probe. Inadequate reaction was common in children with dominant sympathetic activity in heart rate regulation. It is shown that short-term adaptation to dynamic physical activity is characterized by a shorter heart cycle, shorter intensity period and shorter phase of isometric myocardium contraction and smaller duration of electric systole and ventriculoatrial conduction. Two main phase syndromes are present: hyperdynamics and hypodynamics of myocardium. Short-term adaptation of brain blood circulation to mental activity was characterized by two variants: favourable and unfavourable.
Key words: child age, autonomic nervous system, ECG, policardiography, brain blood circulation.
Адаптация организма ребенка к изменяющимся условиям внешней среды будучи одним из важнейших вопросов возрастной физиологии, является процессом обязательно регулируемым нейрогуморальными механизмами, которые с возрас-
Контакты:'Догадкина С.Б., E-mail:[email protected]
том претерпевают существенные изменения и окончательно формируются только в более старшем возрасте. Одним из объективных индикаторов изменений процесса срочной адаптации считается вариабельность сердечного ритма.
Ведущую роль в адаптации организма к воздействию факторов внешней среды играет сердечно-сосудистая система. Функциональное состояние системы кровообращения является своего рода индикатором, как срочной, так и долговременной адаптации к различным видам деятельности.
Между тем, практически отсутствуют данные о комплексных межсистемных исследованиях, включающих оценку ВРС, биоэлектрических функций миокарда, состояния сократительной способности сердечной мышцы и кровообращения головного мозга в покое, а также в процессе умственной и физической нагрузок у детей 9-летнего возраста, что подчёркивает новизну и актуальность изучаемой проблемы и явилось задачей нашего исследования.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Проведено комплексное исследование, включавшее изучение автономной нервной регуляции сердечного ритма, сократительной функции, биоэлектрических характеристик миокарда и церебральной гемодинамики у детей 9 лет.
Обследовано 40 детей 9 лет, отнесенных к 1-11 группам здоровья, учащихся общеобразовательной школы №27 г. Москвы. Исследование проводили с письменного согласия родителей в первой половине дня (с 9 до 13 часов) - периоде наибольшей активности физиологических функций.
Изучение автономной нервной регуляции сердечного ритма (СР) проводили методом спектрального анализа вариабельности ритма сердца (ВРС) [12]. Определяли следующие спектральные параметры: общей мощности (ТР, мс2); высокочастотных колебаний (ИР, мс2, п.и., %); низкочастотных колебаний (ЬР, мс2, п.и., %); очень низкочастотных колебаний (УЬР, мс2, п.и., %); мощности в диапазоне высоких частот, выраженной в нормализованных единицах: ИРп.и.; мощности в диапазоне низких частот, выраженной в нормализованных единицах: ЬРп.и.; ЬР/ИР. Для характеристики текущего функционального состояния организма применяли активную ортостатическую пробу.
Возбудимость и проводимость миокарда изучали с помощью метода электрокардиографии. Регистрация ЭКГ осуществлялась в 12 общепринятых отведениях. Длительность интервалов и зубцов ЭКГ определялась по данным II стандартного отведения. Определялись следующие показатели: длительность сердечного цикла ЯР; продолжительность предсердно-желудочковой проводимости PQ; продолжительность внутрижелудочковой проводимости QRS; длительность электрической систолы желудочков QT; длительность зубцов Р, Q и Я; амплитуда зубцов Р, Q, Я, S, Т.
Сократительная функция миокарда изучалась методом поликардиографии. Проводилась синхронная регистрация ЭКГ во II стандартном отведении, фоно-кардиограммы и каротидной сфигмограммы с помощью прибора Поли-Спектр-12. Анализ поликардиограммы базировался на сопоставлении элементов записанных кривых во времени по методике В.Л. Карпмана [7]. Вычисляли следующие параметры: продолжительность сердечного цикла (Я-Я, мс), фаза асинхронного сокращения (ФАС, мс), фаза изометрического сокращения (ФИС, мс), период
напряжения (Т, мс), период изгнания (Е, мс), механическая систола (8ш, мс), общая систола (8о, мс), электрическая систола (8э, мс), диастолический интервал (Б, мс), индекс напряжения миокарда (ИНМ, у.е.); внутрисистолический показатель (ВСП,у.е.).
При изучении возбудимости, проводимости и сократительной функции миокарда в качестве функциональной пробы в работе была использована динамическая нагрузка: модифицированная проба Летунова (20 приседаний за 30 секунд). Регистрация всех параметров ЭКГ и ПКГ производилась в исходном состоянии и сразу после нагрузки.
Мозговое кровообращение. Изучение мозгового кровообращения проводилось методом биполярной реоэнцефалографии [22] посредством компьютерного реографа "Реоспектр" в бифронтальном (Р-Р) и биокципитальном (ОО) отведениях, отражающих кровообращение лобных и затылочных областей больших полушарий головного мозга. Вычислялись следующие параметры: амплитуда пульсовой волны (А, ом), показатели, характеризующие тонус артерий головного мозга большого и среднего калибра (а/Т, %) и малого калибра (дикротический индекс, & %), АЧП, у.е. - амплитудно-частотный показатель (отражает кровоток в единицу времени), а также частота сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин). Измерение артериального давления (АД) проводилось по методу Н.С. Короткова. Определяли САД, мм рт.ст. - систолическое артериальное давление, ДАД, мм рт.ст. - диасто-лическое артериальное давление. В качестве функциональной пробы использовалась умственная нагрузка - устный счет в течение 10 минут. Регистрация изучаемых параметров проводилась в состоянии покоя и на 10-й минуте выполнения задания.
Экспериментальные данные обработаны общепринятыми методами вариационной статистики. Степень достоверности различий между показателями в исходном состоянии и после нагрузки определялась по критерию Стьюдента. Во всех случаях граничным считался уровень значимости при р<0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведенное исследование позволило оценить состояние автономной нервной регуляции у детей 9 лет. Результаты анализа волновой и спектральной структуры ВРС в покое и в ответ на ортостатическую пробу представлены в таблицах 1,2.
В целом у большинства детей 9 лет отмечено хорошее состояние автономной нервной регуляции сердечного ритма (СР). У этих детей ВРС характеризуется хорошо выраженными волнами короткого, длинного и очень длинного периодов. Наибольший вклад в регуляцию СР у детей 9 лет вносит парасимпатическая система (фоновая ваготония покоя). Данный вариант регуляции СР отражает хорошее физическое состояние и стрессоустойчивость организма.
Установлены достоверные половые различия в значениях частотных и временных показателей ВРС (табл.1, 2). Так, общая плотность мощности частотных колебаний достоверно выше у девочек 9-летнего возраста в сравнении с мальчиками за счет достоверно более высоких величин показателей высокочастотных колебаний ВРС. Показатель отношения низкочастотных колебаний к высокоча-
стотным достоверно ниже у девочек 9 лет, что свидетельствует о преобладании парасимпатических влияний в регуляции сердечного ритма (табл. 1).
Временной анализ ВРС (табл. 2) выявил, что показатель SDNN, отражающий состояние механизмов регуляции и характеризующий АHС в целом, показатели RMSSD и рNN50, характеризующие активность парасимпатического отдела АНС, достоверно выше у девочек 9 лет в сравнении с мальчиками. Результаты анализа свидетельствуют о преобладании парасимпатический влияний на ритм сердца у девочек. Преобладание парасимпатического компонента в структуре ВРС девятилетних девочек согласуется с представлением об адаптационно-трофическом действии блуждающих нервов на сердце и является показателем индивидуальной устойчивости здорового организма к стрессирующим факторам [1, 12].
Таким образом, исследование вариабельности сердечного ритма детей 9 лет в состоянии относительного покоя показало, что значения спектральных и временных показателей ВРС соответствуют таковым, приводимым в ряде исследований [12, 25]. У всех обследованных детей частотный спектр ВРС характеризовался хорошо выраженными волнами высокой, низкой и очень низкой частот. При этом у большинства обследованных школьников суммарная мощность спектра в диапазоне высоких частот доминировала над величинами мощности спектра в очень низкочастотном диапазоне. Это свидетельствует о преобладании модулирующего симпато-парасимпатического регуляторного влияния над гуморально-метаболи-ческими и центральными эрготропными регуляторными стимулами.
Выявленное преобладание парасимпатических влияний на сердечный ритм и более высокая суммарная активность нейрогуморальных влияний на сердечный ритм у девочек 9 лет также свидетельствуют о большей устойчивости девочек 9 лет к стрессирующим факторам в сравнении с мальчиками этого же возраста, что совпадает с данными исследований E.Longin et а! [26].
Исследование вариабельности сердечного ритма при ортостатической пробе позволяет получить информацию о состоянии различных звеньев регуляторного механизма и об общей адаптационной реакции организма.
Оценка изменений показателей временного анализа ВСР (табл. 2) выявила достоверное уменьшение в ходе ортостатической пробы показателей RRNN, RMSSD и pNN50, отражающих снижение активности парасимпатического звена автономной нервной системы. Результаты анализа спектральных характеристик сердечного ритма (табл. 1) показали, что у детей в возрасте 9 лет при проведении ортоста-тической пробы наблюдается разнонаправленная динамика изменения частотных составляющих спектра. Выявлено существенное увеличение мощности очень низкочастотного и низкочастотного компонентов и достоверное снижение мощности высокочастотного компонента спектра сердечного ритма (табл. 1, 2). Следовательно, реакция на ортостаз характеризуется существенным увеличением симпатической и снижением парасимпатической активности АНС. Величина К3015, характеризующего адекватность реакции АНС находилась в пределах нормы. У детей обоего пола выявлен существенный сдвиг автономной нервной регуляции в сторону симпатических влияний. Все это свидетельствует об адекватной реакции АНС на ортостатическое воздействие [3, 5, 12, 29].
Показатели спектрального анализа вариабельности сердечного ритма у детей 9 лет в состоянии покоя и в ответ на ор-
тостатическую пробу (М±т)
Группы Период исслед. ТР, мс2 мс2 мс2 ОТ, мс2 п.11. ОТ П.11. ШЯ¥ П.11. %УЬ р %НР
Общая покой 4989,8 ±693,5 1183,9 ±235,2 1359,4 ±191,8 2446,4 ±432,0 40,9 ±3,1 59,0 ±3,1 0,836 ±0,114 25,3 ±2,7 29,4 ±2,0 45,5 ±3,5
ортостаз 5222,7 ±881,8 1574,3 ±327,7 2069,8 ±409,6# 1558,6 ±439,7 60,9 ±2,5# 39,0 ±2,5# 1,873 ±0,205# 32,9 ±2,3# 40,5 ±2,0# 26,4 ±2,0#
М покой 4068,6 ±748,8 1101,0 ±288,4 1224,4 ±328,6 1743,0 ±601,1 45,3 ±4,6 54,6 ±4,6 1,021 ±0,195 29,6 ±4,4 30,9 ±3,2 40,0 ±4,8
ортостаз 4268,0 ±867,9 1390,9 ±263,2 1837,6 ±528,2 999,3 ±187,1# 61,8 ±3,9# 38,1 ±3,9# 1,987 ±0,318# 35,2 ±3,2 40,1 ±3,3# 24,6± 2,4#
Д покой 5911,0 ±873,1* 1266,7 ±382,3 1494,3 ±205,7 3149,8 ±577,8* 36,6 ±3,9 63,4 ±3,9 0,652 ±0,103 21,1 ±2,9 27,8 ±2,6 51,0 ±4,8
ортостаз 6177,5 ±1992,8 1757,7 ±610,5 2301,9 ±641,3# 2118,0 ±847,6 60,0 ±3,4# 39,9 ±3,4# 1,759 ±0,267# 30,7 ±3,4# 41,0 ±2,5# 28,1 ±3,4#
Примечание: М- мальчики; Д— девочки; * - достоверность различий между показателями у мальчиков и девочек; # - достоверность различий между показателями в покое и во время ортостаза
Показатели временного анализа вариабельности сердечного ритма у учащихся 9 лет в покое и в ответ на ортоста-
тическую пробу (М±т)
Группы Период исследия И-Итт И-Итах ккш 8БШ рШ50 СУ К30:15
Общая покой 549,8 ±12,1 919,3 ±31,6 696,6 ±19,2 61,9 ±4,6 64,5 ±5,7 33,0 ±3,6 8,6 ±0,4 -
ортостаз 457,5# ±12,3 912,5 ±85,8 598,8# ±11,7 57,0 ±5,7 48,2# ±6,4 14,5# ±1,8 9,4 ±0,9 1,224 ±0,035
М покой 542,0 ±15,7 861,5 ±34,3 673,6 ±22,7 54,4 ±6,3 54,8 ±6,8 26,6 ±4,3 7,8 ±0,6 -
ортостаз 461,6# ±9,2 806,2 ±32,9 586,3# ±13,2 50,9 ±4,9 39,1# ±3,5 13,1# ±2,2 8,5 ±0,6 1,252 ±0,052
Д покой 557,5 ±19,0 977,2 ±49,3 719,6 ±30,5 69,4* ±6,3 74,2* ±8,5 39,3* ±5,3 9,4* ±0,5 -
ортостаз 453,3# ±23,3 1018,9 ±166,6 611,3# ±19,4 63,2 ±10,3 57,3# ±12,2 15,8# ±2,9 10,2 ±1,7 1,195 ±0,048
Примечание: *-достоверность различий между показателями у мальчиков и девочек; # - достоверность различий
между показателями в покое и во время ортостаза
Отношение ЬР/ИР, характеризующее симпато-парасимпатический баланс [27,30], использовано нами при разделении детей на три группы. Дети с ЬР/ИР > 1,0 составили 1-группу (с преобладанием симпатических влияний в регуляции сердечного ритма), дети с ЬР/ИР от 0.5 до 0.9 составили 2 группу (со сбалансированной регуляцией сердечного ритма) и дети с ЬР/ИР<0.5 составили 3 группу (с преобладанием парасимпатических влияний в регуляции сердечного ритма).
В таблице 3 и 4 приведены показатели временного и спектрального анализа ВРС у детей 9 лет с разным типом регуляции сердечного ритма.
Таблица 3
Показатели спектрального анализа вариабельности сердечного ритма у учащихся 9 лет с разным типом автономной нервной регуляции в покое и во время ортостаза (М±т)
Гру ппа Период исслед ТР мс2 УЬЕ мс2 ЬЕ мс2 НЕ мс2 ЬЕ п.и. НЕ п.и. ЬЕ/Н Е п.и. УЬЕ % ЬЕ % НЕ %
1 Покой 2903,8 ±583,2 1036,3 ±380,6 1087,5 ±183,7 780,0 ±146,7 58,1 ±2,3 41,8 ±2,3 1,469 ±0,170 33,0 ±4,4 38,8 ±2,8 29,0 ±2,7
Ортостаз 2773,0 ±330,9 993,6 ±233,5 1170,3 ±144,8 609,3 ±81,4 65,2 ±3,5 34,7 ±3,5 2,165 ±0,368 33,8 ±4,4 42,4 ±2,7 23,6 ±3,1
2 Покой 6682,5 ±560,6 * 1773,7 ±522,0 1914,8 ±451,4 2993,7± 300,2* 39,6 ±1,8* 60,3 ±1,8* 0,669 ±0,054 * 27,3 ±4,9 28,8 ±2,3* 43,8 ±3,3*
Ортостаз 5265,6 ±602,6 1524,4 ±308,8 2450,0 ±182,7 1291,3± 314,6# 62,2 ±3,7 # 37,7 ±3,7 # 1,878 ±0,290 # 31,8 ±3,2 # 42,4 ±3,2# 25,7 ±2,7#
3 Покой 5117,6 ±557,6 * 662,3* ±91,8 985,7 ±195,6 * 3469,5 ±318,0 * 23,4 ±2,4 * 76,5 ±2,4 * 0,316 ±0,040 * 14,9 ±2,1 * 19,6* ±1,8 65,4* ±3,5
Ортостаз 7728,2 ±691,4 # 2278,7 ±549,4 # 2572,7 ±356,4 # 2818,7 ±450,1 53,9 ±5,0 # 46,0 ±5,0 # 1,474 ±0,174 # 33,7 ±4,4 # 35,7 ±4,3 # 30,4 ±4,3 #
Примечание: 1 группа - симпатотоники; 2 группа - нормотоники; 3 группа ваготоники; *-достоверность различий между показателями в группах детей с разным типом АНС; # - достоверность различий между показателями в покое и во время ортостаза.
Показатели временного анализа вариабельности сердечного ритма у учащихся 9 лет с разным типом автономной нервной регуляции в покое и во время ортостаза (М±т)
Гру ппа Период исслед. К-К шш К-К шах КЮЧ N рШ50 СУ К30:15
1 Покой 528,2 ±19,2 799,7 ±40,1 636,5 ±27,4 45,3 ±4,9 39,7 ±4,0 15,4 ±2,9 7,0 ±0,4
Ортостаз 464,7 ±9,5 763,6 ±31,2 562,4 ±9,0 42,0 ±2,2 31,4 ±2,0 8,4 ±0,8 9,6 ±1.1 0,085 ±0,028
2 Покой 554,5 ±26,7 971,4 ±48,4 739,2 ±40,4 73,4 ±9,2* 76,0 ±10,0* 42,5 ±5,6* 9,7 ±0,8*
Ортостаз 471,7 ±19,4 844,3 ±44,5 623,2 ±27,7 59,0 ±3,9 49,4 ±6,1 19,6 ±3,8 9,2 ±0,9 1,253* ±0,084
3 Покой 564,7 ±13,8 988,7 ±48,4 718,1 ±14,8 66,2 ±2,4* 78,8 ±7,7* 43,0 ±4,2* 9,1 ±0,6*
Ортостаз 441,5 ±29,6 1140,1 ±32,5 614,3 ±12,2 71,1 ±3,3 64,0 ±16,5 15,6 ±2,4 11,6 ±2,3 1,262 ±0,073
Примечание: см. табл.3
Дети 1-й группы (симпатотоники) характеризуются достоверно более низкой общей мощностью спектра в сравнении с детьми 2-ой (нормотоники) и 3-ей (па-расимпатотоники) групп за счет более низкой мощности высокочастотного компонента вариабельности ритма сердца (ЭТ). Структура симпатико-парасимпатического воздействия на сердечный ритм симпатотоников характеризуется большим вкладом в регуляцию сердечного ритма центральных эрготроп-ных и симпатических влияний в сравнении с детьми, у которых преобладают парасимпатические влияния. Показатели временного анализа вариабельности сердечного ритма у детей-симпатотоников также характеризуются достоверно более низкими значениями SDNN, свидетельствующими о сниженной вариабельности сердечного ритма и наиболее низкими значениями RMSSD, что говорит о низкой активности высокочастотных колебаний у детей с симпатотонией.
Реакция сердечного ритма на ортостатическую пробу у детей с исходной симпатикотонией характеризуется отсутствием достоверных изменений как низкочастотных так и высокочастотных колебаний, сравнительно более низкими значениями индекса К31М5 (0.085±0.028), незначительно выраженным снижением показателей RRNN, SDNN и RMSSD, наряду со значительным уменьшением pNN50,
что свидетельствует о неадекватной реакции на ортопробу и весьма низких адаптационных возможностях у детей данной группы [12].
У детей с номотоническим (2-я группа) и ваготоническим (3-я группа) типами автономной нервной регуляции, напротив, отмечена адекватная реакция сердечного ритма на пробу с ортостазом, которая сопровождалась снижением высокочастотных компонентов, наряду с увеличением спектра низкочастотных колебаний сердечного ритма (табл. 3), а также оптимальным снижением показателей временных параметров вариабельности ритма сердца, характеризующих парасимпатическую активность (табл. 4).
Таким образом, состояние симпато-парасимпатического баланса АНС во многом определяет адаптационные возможности ребенка. Дети с преобладанием сим-патотонических нервных влияний на ритм сердца характеризуются относительно сниженными адаптационными возможностями организма.
Проведенный анализ ЭКГ показал, что абсолютные значения большинства показателей ЭКГ обследованных детей в целом соответствуют возрастным нормативам, представленным в литературе [13, 16, 18]. Данные о длительности интервалов и амплитуде зубцов ЭКГ представлены в табл. 5, 6.
Таблица 5
Временные характеристики основных зубцов и интервалов ЭКГ детей 9-летнего возраста в покое и при нагрузке (М±т)
Показатели
Пол Период исслед. Я-Я, с Р^, с QRS, с QT, с Р, с Q, с Я, с
М покой 0,746± 0.0521 0,134± 0,0044 0,094± 0, 0014 0,368± 0,0174 0,099± 0,0023 0,016± 0,0029 0,051± 0,0052
нагрузка 0,689±* 0,0471 0,127±* 0,0033 0,092± 0,0013 0,346±* 0,0175 0,098± 0,0014 0,016± 0,0029 0,046± 0,0046
Д покой 0,797± 0.0521 0,129± 0,0044 0,092± 0, 0014 0,381± 0,0174 0,097± 0,0023 0,016± 0,0029 0,052± 0,0052
нагрузка 0,728±* 0,0471 0,128± 0,0033 0,091± 0,0013 0,354±* 0,0175 0,098± 0,0014 0,016± 0,0029 0,049± 0,0046
Примечания: интервалы представлены по данным II стандартного отведения, * - достоверность различий по сравнению с покоем.
Индивидуальный анализ электрокардиограмм 9-летних детей позволил выявить ряд особенностей, характеризующих ЭКГ детей данного возраста в ходе нагрузочной пробы динамического характера.
Под влиянием динамической нагрузки у детей 9 лет наблюдались следующие изменения амплитуды зубцов Т и R (по данным II стандартного отведения): амплитуда зубца Т у мальчиков повышалась в 35% случаев, снижалась - в 65% случаев; у девочек - в 11% случаев повышалась, в 89% - снижалась; амплитуда зубца R у мальчиков повышалась в 22% случаев, в 78% случаев - снижалась; у девочек в 22% случаев - повышалась, в 78% случаев - снижалась. В целом по группе в ответ на динамическую нагрузку наблюдается уменьшение амплитуды зубца R во
II стандартном отведении и грудных отведениях V5 (достоверно только у мальчиков) и V6 (достоверно у мальчиков и девочек) и достоверное уменьшение зубца Т во II стандартном отведении и грудных отведениях V5-V6. Выявленные изменения возбудимости миокарда в ответ на физическую нагрузку обусловлены особенностями морфофункционального созревания сердечной мышцы, а также особенностями регуляторных влияний на миокард со стороны автономной нервной системы в данном возрасте.
Также под влиянием физической нагрузки динамического характера отмечено достоверное уменьшение длительности сердечного цикла, предсердно-желудочковой проводимости и электрической систолы. Данные изменения в ответ на нагрузку свидетельствует об усилении влияний на миокард со стороны симпатического отдела автономной нервной системы.
Таблица 6
Амплитудные характеристики основных зубцов ЭКГ детей 9-летнего возраста в покое и при нагрузке (М±т)
Пол Период исслед. Отведение Показатели
Р, мм Q, мм R, мм S, мм Т, мм
II 1,138 ±0,066 -0,376 ±0,062 11,569 ±0,517 -1,069 ±0,185 4,053 ±0,174
У1 0,582 ±0,066 0 6,031 ±0,446 -12,046 ±0,763 -0,161 ±0,274
У2 0,584 ±0,053 0 8,084 ±0,554 -13,161 ±1,021 2,869 ±0,363
покой У3 0,583 ±0,035 0 8,684 ±0,703 -11,576 ±0,769 3,823 ±0,329
У4 0,592 ±0,032 -0,269 ±0,112 12,530 ±0,749 -7,753 ±0,597 5,453 ±0,266
У5 0,594 ±0,028 -0,515 ±0,116 12,415 ±0,573 -4,002 ±0,346 5,130 ±0,185
М У6 0,553 ±0,046 -0,630 ±0,148 10,715 ±0,446 -2,146 ±0,128 4,384 ±0,229
II 1,269 ±0,071 -0,392 ±0,062 11,246 ±0,518 -1,338 ±0,190 3,507* ±0,171
VI 0,569 ±0,069 0 5,284 ±0,408 -11,292 ±0,753 -0,846 ±0,280
У2 0,600 ±0,032 0 8,138 ±0,579 -15,569 ±1,042 2,700 ±0,419
Нагрузка У3 0,507 ±0,035 0 8,730 ±0,676 -13,415 ±0,967 4,169 ±0,356
У4 0,476 ±0,029 -0,176 ±0,102 10,211* ±0,847 -8,284 ±0,643 5,076 ±0,279
У5 0,492 ±0,031 -0,553 ±0,123 10,269* ±0,692 -3,453 ±0,311 4,215* ±0,230
У6 0,469 ±0,036 -0,676 ±0,102 8,592* ±0,450 -1,376* ±0,199 3,230* ±0,220
II 1,102 ±0,066 -0,246 ±0,062 8,661 ±0,517 -1,200 ±0,185 3.884 ±0,174
VI 0,507 ±0,066 0 4,309 ±0,446 -8,484 ±0,763 -0,792 ±0,274
У2 0,661 ±0,053 0 7,153 ±0,554 -11,823 ±1,021 2,661 ±0,363
покой V3 0,653 ±0,035 0 7,909 ±0,703 -10,738 ±0,769 3,515 ±0,329
V4 0,607 ±0,032 -0,169 ±0,112 11,761 ±0,749 -5,576 ±0,597 4,930 ±0,266
V5 0,561 ±0,028 -0,500 ±0,116 11,930 ±0,573 -2,469 ±0,346 4,884 ±0,185
Д V6 0,530 ±0,046 -0,592 ±0,148 10,261 ±0,446 -1,615 ±0,128 4,023 ±0,229
II 1,284 ±0,071 -0,2692 ±0,062 8,238 ±0,518 -1,530 ±0,190 3,230* ±0,171
VI 0,584 ±0,069 0 4,715 ±0,408 -9,830 ±0,753 -0,907 ±0,280
V2 0,607 ±0,032 0 7,607 ±0,579 -16,384* ±1,042 2,861 ±0,419
Нагрузка V3 0,653 ±0,035 0 8,384 ±0,676 -11,061 ±0,967 3,838 ±0,356
V4 0,576 ±0,029 -0,200 ±0,102 10,838 ±0,847 -5,276 ±0,643 5,176 ±0,279
V5 0,569 ±0,031 -0,546 ±0,123 10,469 ±0,692 -1,869 ±0,311 4,023* ±0,230
V6 0,476 ±0,036 -0,623 ±0,102 8,307* ±0,450 -0,707* ±0,199 2,907* ±0,220
Примечания: * - достоверность различий по сравнению с покоем.
В исследовании была также изучена частота встречаемости некоторых функциональных изменений ЭКГ у детей 9 лет. У значительной части детей наблюдались различные нарушения хронотропной функции миокарда. Синусовая аритмия отмечалась у 35% детей обоего пола. Синусовая тахикардия была отмечена 21% мальчиков и 14% девочек. Нарушения внутрижелудочковой проводимости регистрировались у 7% мальчиков и 14% девочек. Нарушения процессов реполяриза-ции миокарда наблюдались у 12% детей.
Следовательно, наиболее частыми в данном возрасте являются различные нарушения хронотропной функции миокарда. Высокая распространенность различных функциональных нарушений сердечного ритма является одной из отличительных особенностей хронотропной функции сердца в детском возрасте и отмечается в исследованиях большого числа авторов [8 - 10].
Нарушения сердечного ритма могут быть связаны с процессами формирования механизмов вегетативной регуляции сердца. В частности, тахикардия на данном этапе онтогенеза возможно обусловлена положительным хронотропным эффектом со стороны симпатических нервов.
Функциональные изменения миокарда, такие как нарушения внутрижелудоч-ковой проводимости, нарушения процессов реполяризации миокарда связаны,
вероятно, с морфологическим и функциональным созреванием сердечной мышцы на данном этапе онтогенеза, а также с гетерохронностью процессов роста и развития сердца.
При изучении реакции сократительной функции миокарда на физическую динамическую нагрузку было показано, что у детей 9 лет происходят существенные перестройки фазовой структуры сердечного цикла (таблица 7).
Таблица 7
Изменение длительности фаз сердечного цикла при физической динамической нагрузке у детей 9 лет (Ы±п)
П А Р А М Е Т Р Ы
Период Я- Я, ФАС, ФИС, Т, Е, Бш, Бо, Sэ, Д,
исслед. мс мс мс мс мс мс мс мс мс
Исход. сост-е 769.3+ 15.4 47.3+ 0.88 31.1+ 0.88 78.6+ 1.29 241+ 4.33 272.5+ 4.39 319.5+ 4.62 332.4+ 4.69 448+ 22.6
Конец нагрузки 746.7+ 17.6* 46.6+ 0.79 27.4+ 0.86* 74.0+ 1.10* 244.4+ 4.6 271.7+ 4.43 318.6+ 4.81 328.0+ 4.44 427.7+ 20.1
Примечание: * - достоверность различий показателей между исходным состоянием и нагрузкой.
Анализ результатов показал, что динамическая физическая нагрузка у детей 9 лет вызывает существенное снижение длительности сердечного цикла, продолжительности периода напряжения и фазы изометрического сокращения миокарда. По данным В.Л. Карпмана с соавт. [8] как только начинается инотропная стимуляция миокарда, длительность фазы изометрического сокращения укорачивается.
Помимо этого у детей данного возраста в ответ на физическую динамическую нагрузку отмечено достоверное увеличение внутрисистолического показателя 0=2.47) и снижение индекса напряжения миокарда 0=2.2).
Основным механизмом уменьшения длительности сердечного цикла при физической работе считают сочетанное снижение тонуса блуждающих нервов и увеличение симпатических влияний на сердце.
Отмеченное достоверное снижение длительности сердечного цикла, происходящее за счет уменьшения продолжительности периода напряжения без существенного изменения времени диастолы, свидетельствует о благоприятной реакции сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку, поскольку период расслабления является одним из ведущих факторов саморегуляции сокращения миокарда и восстановления энергетических запасов в мышечных клетках. Выявленное уменьшение продолжительности сердечного цикла без существенного изменения времени диастолы не нарушает процесса восстановления энергетических ресурсов миокарда и обуславливает эффективность последующей систолы [11,19].
Повышение внутрисистолического показателя и уменьшение индекса напряжения миокарда на физическую динамическую нагрузку свидетельствует об увеличении эффективности сокращения миокарда.
По характеру изменений продолжительности отдельных фаз при различных нагрузках В.Л. Карпманом [7] было выделено пять фазовых синдромов, при этом для физиологии основное значение имеют два из них - синдром гиподинамии и гипердинамии миокарда. Фазовый синдром гиподинамии характеризуется удлинением фазы изоволюмического сокращения, укорочением периода изгнания, а иногда и механической систолы, уменьшением внутрисистолического показателя и увеличением индекса напряжения миокарда. Синдром гиподинамии может иметь место в следующих случаях: при недостаточном наполнении кровью левого желудочка; при пробе Вальсальвы; при ортостатической пробе; у спортсменов (регулируемая гиподинамия). Фазовый синдром гипердинамии характеризуется укорочением фазы изометрического сокращения, периода изгнания и механической систолы. У здоровых людей этот синдром имеет место при повышенной физической или психической нагрузке.
В настоящем исследовании при индивидуальном анализе было установлено, что у 23% детей на физическую динамическую нагрузку отмечался фазовый синдром гипердинамии миокарда, который проявлялся в укорочении фазы изометрического сокращения, снижении времени изгнания крови и механической систолы.
У 15% детей отмечен фазовый синдром гиподинамии миокарда, т.е. удлинение периода напряжения за счет фазы изометрического сокращения, снижение времени изгнания крови и механической систолы, а также увеличение индекса напряжения миокарда. У остальных детей фазовый синдром на нагрузку не определен, изменения показателей структуры сердечного цикла носили разнонаправленный характер.
Предполагается, что гипердинамический синдром перестройки сократительной функции миокарда является результатом повышенной активности симпатического отдела вегетативной нервной системы, а гиподинамический - парасимпатического отдела [11, 15, 20]. Гипердинамический тип реакции является, по мнению ряда авторов, более благоприятным и свидетельствует о хороших функциональных резервах сердца [6, 7].
Для характеристики функционального состояния мозгового кровообращения детей 9 лет использована умственная нагрузка (счет в уме). Проведенный индивидуальный анализ изменений показателя АЧП при умственной нагрузке позволил разделить детей 9 лет на следующие группы. Группа 1 характеризовалась увеличением АЧП в бифронтальном и биокципитальном отведениях (40% испытуемых); группа 2А - увеличением АЧП в бифронтальном отведении (11% испытуемых); группа 2Б - увеличением АЧП в биокципитальном отведении (13% испытуемых); группа 3 - снижением АЧП в бифронтальном и биокципитальном отведениях (36% испытуемых).
При устном счете (табл.8) у испытуемых группы 1 отмечено достоверное увеличение АЧП, Аарт, а также снижение а/Т в бифронтальном и биокципитальном отведениях РЭГ. В ответ на нагрузку у испытуемых группы 2А наблюдалось достоверное увеличение АЧП и снижение а/Т в бифронтальном отведении; у детей группы 2Б происходило достоверное увеличение АЧП и снижение а/Т в биокци-питальном отведении. У детей группы 3 при устном счете отмечено уменьшение величин АЧП, Аарт и повышение значений а/Т во всех отведениях РЭГ.
Результаты индивидуального анализа показателей кровообращения головного мозга при умственной нагрузке у детей 9 лет (М±т)
Груп па Период Показатели
исследо- АЧП, у.е. % а/Т, % А арт,Ом
вания ОО1 ОО1 ОО1 ОО1
И.С. 3,6± 3,2± 64,7± 63,1± 25,0± 25,3± 0,208± 0,199±
1 0,15 0,12 3,16 2,14 0,97 1,02 0,014 0,011
У.Н. 4,4± 3,9± 52,3± 51,4± 18,6± 20,6± 0,220± 0,215±
0,11* 0,12* 2,24* 2,57* 1,35* 0,82* 0,011* 0,012*
И.С. 3,1± 3.4± 65,2± 61,6± 25,8± 25,9± 0,210± 0,198±
2А 0,17 0,16 2,16 3,11 0,82 1,79 0,010 0,014
У.Н. 4,0± 3,0± 52,4± 51,2± 20,2± 24,2± 0,208± 0,197±
0,12* 0,22 2,32* 2,11* 0,73* 1,98 0,008 0,014
И.С. 3,4± 3,1± 64,6± 63,5± 25,1± 25,5± 0,211± 0,194±
2Б 0,14 0,11 2,50 2,10 0,78 0,71 0,011 0,013
У.Н. 3,6± 3,6± 52,2± 53,2± 24,8± 20,5± 0,210± 0,198±
0,18 0,14* 2,42* 2,26* 0,69 0,74* 0,010 0,009
И.С. 3,6± 3,3± 66,1± 65,4± 25,3± 25,6± 0,214± 0,209±
3 0,14 0,12 1,67 2,11 0,83 0,86 0,008 0,009
У.Н. 2,4± 2,5± 58,0± 58,0± 26,9± 26,8± 0,188± 0,187±
0,17* 0,11* 1,65* 2,15* 0,88* 1,02* 0,008* 0,007*
Примечания: И.С.- исходное состояние; У.Н.-умственная нагрузка; * - достоверные различия показателей по сравнению с исходным состоянием (р<0,05); ЕЕ1 - бифронтальное отведение РЭГ; 001 - биокципитальное отведение РЭГ
Таким образом, проведенное исследование показало, что у детей 9 лет умственная нагрузка вызывала 2 варианта реакции мозгового кровообращения. Первый вариант характеризовался существенным увеличением артериального притока, снижением тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра в лобных и затылочных областях головного мозга или же в одной из изученных областей. Выявленные изменения кровообращения головного мозга у детей 9 лет согласуются с результатами исследований у детей младшего школьного возраста, показавших возрастание пульсового кровенаполнения, объемного мозгового кровотока и снижение тонического напряжения церебральных артерий при различных видах умственной деятельности [2, 20]. Следовательно, у детей с первым вариантом реакции срочная адаптация к умственной нагрузке не сопровождается выраженным напряжением механизмов регуляции мозгового кровообращения и носит благоприятный характер.
Второй вариант реакции отличался снижением артериального притока, повышением тонуса крупных и средних мозговых артерий в лобных и затылочных областях головного мозга. Необходимо отметить, что у испытуемых этой группы в то же время отмечалось существенное увеличение САД, ДАД и ЧСС, что указывает на значительные изменения со стороны центральной гемодинамики и согласуется с данными экспериментальных исследований, проведенных на детях дошкольного и школьного возраста при умственной деятельности [4, 6, 21].
Следовательно, отмеченное снижение артериального притока и повышение тонуса церебральных артерий крупного и среднего калибра можно характеризовать как проявление реакции ауторегуляции мозгового кровообращения, обусловленное изменениями параметров центральной гемодинамики [14, 23, 24]. Выявленные изменения указывают на весьма напряженный характер адаптации мозгового кровообращения к умственной нагрузке, по-видимому, обусловленный значительным эмоциональным напряжением испытуемых [17].
Умственная нагрузка вызывала у всех испытуемых 9 лет достоверное снижение величин дикротического индекса (табл. 8). Следовательно, у испытуемых 9 лет краткосрочная адаптация мозгового кровообращения к умственной нагрузке характеризовалась существенным снижением тонуса мозговых артерий малого калибра, что соответствует результатам изучения мозгового кровообращения у детей дошкольного и младшего школьного возраста при различных видах умственной деятельности [2,4]. Результаты нашего исследования согласуются с данными комплексных электро- и реоэнцефалографических исследований при различных видах умственной деятельности у испытуемых детей и взрослых, показавших, что повышение функциональной активности отдельных областей головного мозга сопровождается развитием регионарной функциональной гиперемии [20, 28].
Таким образом, выявленное у детей 9 лет снижение тонического напряжения церебральных артерий малого калибра является проявлением ауторегуляции мозгового кровотока, направленной на поддержание адекватного кровоснабжения нервной ткани при повышении ее функциональной активности во время умственной деятельности.
ВЫВОДЫ
1. Выявлены половые отличия в структуре вариабельности сердечного ритма у детей 9 лет, проявляющиеся более высокой общей мощностью спектра ВРСи преобладанием высокочастотных влияний на сердечный ритм у девочек в сравнении с мальчиками того же возраста.
2. На основании результатов, полученных в ходе ортостатического воздействия с анализом переходного периода и волновой структуры вариабельности сердечного ритма, выявлены дети с «адекватной» (оптимальные изменения частотных компонентов), «сниженной» и «неадекватной» (избыточная реактивность) реакцией ВРС. У детей с преобладанием симпатической активности в регуляции СР наиболее часто отмечалась неадекватная реакция на ортостаз. У мальчиков 9 лет по сравнению с девочками чаще встречается сниженная реакция на ортопробу. Более высокие адаптационные возможности организма выявлены у девочек, а также у испытуемых детей с преобладанием парасимпатических влияний на СР.
3. Срочная адаптация функции миокарда к физической динамической нагрузке характеризовалась уменьшением продолжительности электрической систолы и предсердно-желудочковой проводимости, снижением амплитуды зубцов Т и Я во II стандартном и левых грудных отведениях, а также существенной перестройкой фазовой структуры сердечного цикла. Выявлено снижение длительности сердечного цикла за счет уменьшения продолжительности периода напряжения и со-
ставляющей его фазы изометрического сокращения; увеличение внутрисистоли-ческого показателя и снижение индекса напряжения миокарда, что свидетельствует о благоприятной реакции сердечно-сосудистой системы на физическую нагрузку. У 23% детей отмечался фазовый синдром гипердинамии миокарда, у 15% детей - синдром гиподинамии миокарда.
4. Срочная адаптация мозгового кровообращения к умственной нагрузке у детей 9 лет протекала по двум вариантам. Первый вариант характеризовался существенным увеличением артериального притока, снижением тонуса мозговых артерий в лобных и затылочных областях головного мозга или же в одной из них и не сопровождался напряжением механизмов регуляции мозгового кровообращения. Второй вариант реакции отличался снижением артериального притока и повышением тонуса крупных и средних мозговых артерий в лобных и затылочных областях головного мозга, что указывает на напряженный характер адаптации мозгового кровообращения к умственной нагрузке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баевский Р.М. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения / Баевский Р.М., Иванов Г.Г. // http://koi. Ecg.ru/books
2. Безобразова В.Н., Догадкина С.Б., Пономарева Т.А. Возрастное развитие периферического отдела сердечно-сосудистой системы // Физиология развития ребёнка: руководство по возрастной физиологии/ Под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер. - М., Воронеж: МПСИ, 2010. - 767 с.
3. Берсенева И.А Оценка адаптационных возможностей организма у школьников на основе анализа вариабельности сердечного ритма в покое и при ортостатической пробе: автореф. дис. канд. биол. наук. - 2000. - 17 с.
4. Зиненко Е.С. Срочная адаптация центральной гемодинамики и кровообращения головного мозга детей дошкольного возраста к умственной нагрузке: авто-реф. дис... канд. биол. Наук. - М., 2010. - 19 с
5. Игишева, Л.Н. Возрастные индивидуально-типологические особенности вариабельности ритма сердца у детей и подростков /Л.Н. Игишева, А.Р. Галеев, Е.А. Анисова // Вестник аритмологии. - 2000. - №18. - С.86.
6. Индивидуальные особенности развития системы кровообращения школьников / Под ред. И.О. Тупицына. - М, 1995. - 64 с.
7. Карпман В.Л. Фазовый анализ сердечной деятельности. - М: Медицина, 1965. - 159 с.
8. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Любина Б.Г. Кардио-гемодинамика при физических нагрузках минимальной мощности // Клинико-физиологические характеристики сердечно-сосудистой системы у спортсменов: сб. посвящ. двадцатипятилетию каф. спорт. медицины им. проф. В.Л. Карпмана / РГАФК. - М., 1994.
- С. 42-46
9. Кубергер М.Б. Руководство по клинической электрокардиографии детского возраста. - М.: Медицина, 1983. - 368 с.
10. Макаров Л.М., Кондрыкинский Е.Л., Мягков И.Ф. Сердцебиение у детей: клиническая характеристика, тактика обследования и лечения // Педиатрия. - №2.
- 2005. - С. 4-8.
11. Меерсон Ф.З. Адаптация сердца к большой нагрузке и сердечная недостаточность. - М.: Наука, 1975. - 263 с.
12. Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения. - Иваново: Иван. Гос. Мед. академия, 2002. - 290 с.
13. Мурашко Е.В. Стандартная электрокардиография в педиатрической практике // Лечащий врач. - 2005. - N 1. - C. 52-57.
14. Мчедлишвили Г.И. Регуляция мозгового кровообращения. - Тбилиси: «Мецниереба», 1980.- 158 с.
15. Прокофьева В.Н., Кузнецов В.И., Кореневская А.А. Зависимость продолжительности фаз и периодов сердечного цикла у спортсменов от направленности тренировочного процесса // Физиология человека. - 2007. - Т. 33, №6. - С. 71-78.
16. Рублева Л.В. Развитие основных функций миокарда детей 7-15 лет, проживающих в различных экологических условиях: дисс.....канд. биол. наук. - М.,
1999. - 188 с.
17. Соколов Е.Н., Подочин, Е.В. Белова Е.В. Эмоциональное напряжение и реакции сердечно-сосудистой системы. - М.: Наука, 1980. - 190 с
18. Справочник педиатра-кардиоревматолога / Под ред. Р.Э. Мазо. - Минск: Наука и техника, 1982. - 342 с.
19. Трегубова М.В. Особенности сократительной деятельности сердца дзюдоистов 16 - 20 лет массовых разрядов при различной интенсивности физических нагрузок: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Челябинск, 2008. - 22 с.
20. Тупицын И.О., Князева М.Г. Характеристика сердечно-сосудистой системы // Физиология подростка / Под ред. Д.А. Фарбер. - М.: Педагогика, 1988. - С. 108-125.
21. Шарапов А.Н., Безобразова В.Н., Зиненко Е.С., Кмить Г.В. Срочная адаптация сердечно-сосудистой системы детей 5-7 лет к умственной нагрузке // Физиология человека, 2010. - Т. 36, № 3. - С. 74-81.
22. Яруллин Х.Х. Клиническая реоэнцефалография. М.:Медицина, 1983 -217 с.
23. Aaslid R., Lash S.R., Bardy G.H., et al. Dinamic pressure - flow velocity relationships in the human cerebral circulation // Stroke, 2003.- Vol. 34. - Р. 326-341.
24. Hamner J.W. Michael A.C., Seiji М. Spectral indices of human cerebral blood flow control: responses to augmented blood pressure oscillations // J. Physiol. - 2004. -Vol. 559. - Р. 965-973.
25. Heart rate variability. Standards of Measurement, Physiological interpretation and clinical use // Circulation. - 1996. - 93. - P. 1043-1065.
26. Longin E Autonomic nervous system function in infants and adolescents: impact of autonomic tests on heart rate variability/ Longin E, Dimitriadis C, Shazi S, Gerstner T, Lenz T, König S. // Pediatr Cardiol. - 2009. - 30, №3. - P. 311-24.
27. Pagani M. Power spectral analysis of heart rate and arterial pressure variabilities as a marker of sympatho-vagal interaction in man and conscious dog./ Pagani M, Lombardi F, Guzzetti S et al COT Res 1986; 59: 178-193.
28. Tolonen U., Sulg I.A. Comparison of quantitative EEG parameters from four different analysis techniques in evaluation of relationships between EEG and CBF in brain infarction // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. - 1981. - Vol. 51. - P. 177185.
29. Topcu B Akalin The autonomic nervous system dysregulation in response to orthostatic stress in children with neurocardiogenic syncope. // Cardiol Young. - 2010. - V.20(2). - P. 165-72.
30. Ubiria I. Relation between Heart Rate Variability and Peak Expiratory Flow in Healthy Schoolchildren/ Ubiria I., Telia A., Abuladze G. Bull. Of the Georgian Academy of Sciences, 167, № 3, 2003. - P. 546-548.
