Показатели функционирования кардиореспираторной системы у студентов медицинского вуза Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

УДК 612.1/.2-057.87

ПОКАЗАТЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КАРДИОРЕСПИРАТОРНОЙ СИСТЕМЫ У СТУДЕНТОВ МЕДИЦИНСКОГО ВУЗА

© 2007 г. Н. Е. Кушкова, А. П. Спицин

Кировская государственная медицинская академия, г. Киров

Организм человека — сложная многоуровневая система, одной из основных функций которой является адаптация к изменяющимся условиям существования [2]. Структурные компоненты этой саморегулирующейся системы объединены благодаря постоянному взаимодействию между собой через нервные и гуморальные каналы связи [6, 9].

Тесная взаимосвязь наблюдается между дыхательной и сердечнососудистой системами. Такое тесное взаимодействие связано с тем, что регуляция и кровообращения, и дыхания направлена на поддержание постоянства регулируемых констант: парциального давления кислорода, углекислого газа и рН крови, что обеспечивает соответствие метаболическим потребностям организма [6].

Одним из проявлений кардиореспираторных взаимодействий является дыхательная аритмия (изменения частоты сердечных сокращений, синхронные с актом дыхания), выраженность которой оценивается по показателям вариабельности сердечного ритма [1]. Недавние исследования показали, что дыхательная аритмия повышает эффективность легочного газообмена путем согласования альвеолярной вентиляции и капиллярной перфузии на протяжении дыхательного цикла [10]. Контроль кардиореспираторных отношений осуществляется в центральной нервной системе, которая интегрирует афферентные сигналы от ряда центральных и периферических рецепторов и координирует центральные взаимодействия между группами нейронов, генерирующих дыхательный ритм и определяющих вариабельность сердечного ритма (ВСР) [9].

Сердечно-сосудистая система реагирует на изменения внешней и внутренней среды организма, являясь чувствительным индикатором адаптационной деятельности организма человека [2]. Показатели функционирования дыхательной системы также могут применяться для оценки адаптационных возможностей [4].

С возрастом в кардиореспираторной системе происходят сложные структурные перестройки [5]. Изучение функционирования кардио-респираторной системы у лиц молодого возраста позволяет оценить межсистемные взаимодействия в условиях минимального наслоения патологических изменений. С другой стороны, уже в молодом возрасте могут выявляться особенности, которые служат предиктором развития в дальнейшем дезадаптации и нарушения функционирования кардио-респираторной системы.

Методика исследования

В исследование включены практически здоровые студенты Кировской государственной медицинской академии (155 человек) с обычными физической активностью и уровнем стресса в возрасте от 19 до 23 лет. Из них 90 человек — девушки и 65 — юноши. Об-

Представлены результаты исследования кардиореспираторной системы у студентов медицинского вуза. Показано, что среди молодых людей с обычным уровнем физической активности, не имеющих в анамнезе хронических заболеваний, преобладают лица с нормотоническим типом регуляции и частотой дыхания в пределах 13-17 цикл./мин.

Для 2 % обследованных характерна частота дыхания 10 цикл./мин и менее; для 4,5 % - 20 цикл./мин и более; около 5 % имеют напряжение регуляторных систем по показателям вариабельности сердечного ритма в виде выраженного преобладания симпатической (2 %) или парасимпатической (3 %) активности.

У таких лиц повышена вероятность развития в будущем клинически выраженных нарушений функционирования кардиореспираторной системы. Ключевые слова: сердечно-сосудистая система, дыхательная система, студенты, вариабельность сердечного ритма.

следование проводилось в межсессионный период.

В состоянии покоя регистрировали кардиорит-мограмму. Для записи и обработки ритмограмм использовали программно-аппаратный комплекс «Ритм-Орто», разработанный на кафедре нормальной физиологии Кировского государственного медицинского института (авт. свид. № 2000610386 от 17.05.2000). Анализ вариабельности сердечного ритма осуществлялся с соблюдением алгоритмических стандартов и методических рекомендаций [ 1 ]. Определяли временные показатели: SDNN — среднеквадратичное отклонение интервалов Н—Н; rMSSD

— среднеквадратичное отклонение межинтервальных различий; pNN50 — долю смежных интервалов Н—Н, отличающихся более чем на 50 мс; АМо — амплитуду моды; ВР — вариационный размах; ИН — индекс напряжения. При спектральном анализе оценивали VLF — мощность волн в диапазоне очень низких частот, LF — мощность волн в диапазоне низких частот, HF — мощность волн в диапазоне высоких частот, ТР — общую мощность спектра.

Измерение систолического (САД), диастолического (ДАД) артериального давления и частоты пульса (принимали равной частоте сердечных сокращений

— ЧСС) проводили электронным тонометром иА-702 с цифровой регистрацией показателей. Среднее динамическое артериальное давление определяли по

формуле Хикема (СДД = ДАД + (САД — ДАД)/3). Ударный объем оценивали непрямым методом по формуле Старра (УО = 90,97 + (0,54 х ПД) - (0,57

х ДАД) — (0,61 х Возраст). Величину общего периферического сопротивления рассчитывали по формуле Пуазейля (ОПСС = 1330 х 60 х (СДД / МОК)). Минутный объем кровообращения (МОК) определяли как произведение УО на ЧСС.

Определяли частоту дыхания (ЧД) за 1 минуту (в спокойном состоянии, незаметно для обследуемого), жизненную емкость легких (ЖЕЛ), оценивали толерантность к гипоксии по длительности максимальной задержки дыхания на выдохе (проба Генче).

Результаты обрабатывали методом вариационной статистики с определением среднего арифметического (М) и ошибки среднего арифметического (т). Для оценки отличий между группами использовался 1-критерий Стьюдента. При р < 0,05 различия считали достоверными.

Результаты и их обсуждение

Было обнаружено, что показатели функционирования сердечно-сосудистой системы зависят от частоты дыхания в покое. На основании средней частоты дыхания все обследуемые были разделены на 3 группы: с частотой дыхания 13 цикл./мин и менее; с частотой дыхания от 14 до 16 цикл./мин; и с частотой дыхания 17 цикл./мин и выше. Группы не отличались по половому составу, росту, массе тела. Отмечены значимые отличия по показателям вариабельности сердечного ритма и центральной гемодинамики между вышеуказанными группами (табл. 1).

Таблица 1

Показатели вариабельности сердечного ритма и центральной гемодинамики у студентов с различной

частотой дыхания в покое (М + т)

Показатель Частота дыхания < 13 (п = 29) Частота дыхания 14—16 (п = 67) Частота дыхания > 17 (п = 59)

ЯЯМК, мс 828,31+21,05* 896,52+13,56 862,93+15,51

ЗБт, мс 52,44+3,13* 66,83±3,43 54,84+3,08*

ЯМЗЗБ, мс 44,03+3,49* 70,09±4,49 56,98+3,80*

рМШ0, % 11,79+1,47* 19,07±1,21 15,11+1,27*

ВР, мс 274,28+15,53* 334,81+12,37 283,59+12,52*

ИН, усл. ед. 110,55±18,41* 71,69+6,53 109,37+11,89*

ТР, мс2 2848,96+326,18* 4503,89+515,66 3098,31+400,22*

УЬБ, мс2 681,11+133,92 833,35+116,07 796,94+150,96

УЬБ, % 22,31+2,43 21,03+1,36 26,83+1,64*

ЬБ, мс2 923,07+130,92* 1106,12+128,07 728,06+103,99*

ИБ, мс2 1124,32+165,13* 2422,23+240,43 1438,79+207,93*

ЬБ погт, п. и. 43,94+3,84* 34,07±1,79 34,78+2,03

ИБ погт, п. и. 49,86+4,24* 61,26+1,95 58,96+2,15

ЬБ/ИБ усл. ед. 1,38+0,26* 0,67+0,06 0,74+0,08

ЧСС, уд./мин 73,64±1,08 67,94+1,05 70,73+1,19

САД, мм рт. ст. 114,83+1,87 113,24+1,38 113,56+1,30

ДАД, мм рт. ст. 69,48+0,84* 66,22+0,81 67,19+1,03

СДД, мм рт. ст. 84,60+1,05* 81,88+0,89 82,63+0,99

ЧД, цикл./мин 11,17+0,25 15,33+0,09 18,78+0,24

Проба Генче, сек. 32,75+1,83* 27,67+1,03 26,31+1,00

ЖЕЛ, л 4,23+0,15 4,12+0,13 3,96+0,12

Примечание. * — различие с группой 2 (лица с частотой дыхания от 14 до 16 цикл./мин), р < 0,05.

Большая часть обследуемых имела частоту дыхания в пределах 14—16 цикл./мин. У них наблюдались максимальные показатели rMSSD, pNN50, мощности в диапазоне НД минимальные значения частоты сердечных сокращений и артериального давления, что свидетельствует о доминировании парасимпатического отдела автономной нервной системы в регуляции деятельности сердца. Усиление дыхательной аритмии при частоте дыхания около 15 цикл./мин согласуется с мнением [3], что в системе вегетативного управления сердцем имеются собственные колебания с частотой 0,25 Гц. При частоте дыхания 15 цикл./мин (0,25 Гц) может возникать явление резонанса, что приводит к повышению выраженности высокочастотных колебаний.

У лиц с низкой частотой дыхания (менее 14 цикл./мин) наблюдается более высокая ЖЕЛ и большая толерантность к гипоксии (по пробе Генче). По показателям ритмограммы наблюдали снижение парасимпатических влияний на регуляцию сердечного ритма и относительное преобладание симпатического отдела вегетативной нервной системы (повышение вклада LF, снижение SDNN, rMSSD). Повышение симпатической активности также проявлялось повышением ЧСС и артериального давления. Только у трех человек (2 % обследованных) частота дыхания составляла 9—10 цикл./мин. У них усиление колебаний в диапазоне LF может быть связано с переходом части дыхательных колебаний в диапазон низких частот. Возможно, низкая частота дыхания требует усиления работы сердечно-сосудистой системы с целью оптимального снабжения тканей кислородом.

У лиц с высокой частотой дыхания (более 16 цикл./мин) имело место снижение выраженности колебаний низкой (LF) и высокой частоты (HF) в структуре сердечного ритма, что привело к относительному повышению вклада VLF. Эти данные свидетельствуют об ослаблении автономных влияний, которое наиболее заметно у лиц с частотой дыхания

20—22 цикл./мин (7 человек, 4,5 % обследованных). Эти данные согласуются с результатами исследований [8], которые показали, что при увеличении частоты дыхания снижается вариабельность сердечного ритма. Показатели центральной гемодинамики в этой группе не имеют существенных отличий от показателей в группе с частотой дыхания 14—16 цикл./мин.

Таким образом, лица с преобладанием влияния симпатической нервной системы на регуляцию сердечного ритма, как правило, характеризовались или высокими, или низкими показателями частоты дыхания в покое. Повышение симпатической активности отмечено у 31 человека, что проявлялось низкой вариабельностью сердечного ритма с преобладанием VLF и LF, высокими частотой сердечных сокращений и артериальным давлением (табл. 2); рNN50 не превышал в этой группе 8 % (при нормальном значении 10 % и более), индекс напряжения у всех обследованных в этой группе был выше 150 усл. ед. У трех человек индекс напряжения превысил 300 усл. ед., pNN50 составлял 2 %, а общая мощность спектра не превышала 500 мс2, что свидетельствует о выраженном преобладании симпатических влияний.

У 58 человек была отмечена высокая вариабельность сердечного ритма с преобладанием высокочастотного компонента (HF от 2 500 мс2, вклад в общую мощность спектра 30 % и выше), низкие частота сердечных сокращений и артериальное давление, что свидетельствует о ведущей роли парасимпатической нервной системы в регуляции сердечного ритма. Из них у 5 человек общая мощность спектра превышала 13 000 мс2, а индекс напряжения был менее 25 усл. ед.; толерантность к гипоксии была снижена: проба Генче составляла от 20 до 25 сек. (в норме 25—35 сек.). В группе с преобладанием парасимпатической активности наблюдались низкие значения частоты сердечных сокращений и минутного объема кровооборащения.

Показатели вариабельности сердечного ритма и центральной гемодинамики у лиц с разными типами вегетативной регуляции (М ± т)

Таблица 2

Показатель Тип регуляции

Ваготонический (п = 58) Нормотонический (п = 66) Симпатотонический (п = 31)

ЗБт, мс 82,48+2,94* 49,18+1,04 31,69+1,60*

рМШ0, % 25,65+0,71* 12,50±0,61 3,27+0,63*

АМо, % 25,79+0,79* 39,82±0,81 55,21+2,02*

ИН, усл. ед. 39,22+2,09* 96,25±4,00 219,68+20,38*

ТР, мс2 6318,2+525,3* 2101,8±96,5 1041,8+174,5*

УЬР, мс2 1203,8+168,9* 489,6±33,7 396,7+115,2

ЬР, мс2 1458,1+163,7* 648,6+51,2 309,6+44,3*

ИР, мс2 3447,9+329,4* 885,9±47,2 276,8+27,1*

ЬР/ИР, усл. ед. 0,48+0,05* 0,93±0,09 1,32+0,21*

ЧД, цикл./мин 15,47±0,30 15,57±0,48 16,35+0,86

ЧСС, уд./мин 62,65+1,03* 71,13±0,84 76,83+1,91*

МОК, л/мин 5,52+0,12* 6,02±0,09 6,50+0,11*

АДС, мм рт. ст. 112,33+1,31 112,77+1,29 115,13+1,43*

АДД, мм рт. ст. 65,33+1,12* 67,82±0,97 67,97+0,97

ОПСС, дин-с-см'5 1215,93+28,99* 1121,12+24,94 1049,39+29,37

Примечание: * — различие с группой 2 (нормотоники), р < 0,05.

Регуляция центральной гемодинамики в этой группе осуществляется преимущественно за счет повышенного тонуса периферических сосудов, о чем свидетельствует высокое общее периферическое сопротивление сосудов. Как показано [7], у лиц с ваготоническим типом регуляции существует высокий риск формирования с возрастом артериальной гипертензии, что связано с длительно повышенным тонусом периферических сосудов.

Нормотонический тип регуляции был отмечен у большинства обследованных. Он считается оптимальным в обеспечении функционирования сердечно-сосудистой системы; при нем в регуляции центральной гемодинамики участвуют и сердечный, и сосудистый компоненты, о чем свидетельствуют промежуточные значения МОК и общего периферического сопротивления сосудов в этой группе.

Таким образом, среди студентов медицинского вуза, не имеющих в анамнезе хронических заболеваний, преобладают лица с нормальным функционированием кардиореспираторной системы: частота дыхания находится в пределах 13—17 цикл./мин, влияние отделов автономной нервной системы на деятельность сердечно-сосудистой системы является сбалансированным, толерантность к гипоксии и жизненная емкость легких находятся в пределах физиологической нормы. В то же время для 2 % обследованных характерна частота дыхания 10 цикл./мин и менее, для 4,5 % — 20 цикл./мин и более. Около 5 % имеют напряжение регуляторных систем по показателям вариабельности сердечного ритма в виде выраженного преобладания симпатической (2 %) или парасимпатической (3 %) активности. У таких лиц при длительно существующем напряжении регуляторных систем формируется состояние дезадаптации, что в будущем может привести к нарушению функционирования кардиореспираторной системы и появлению клинически выраженных нарушений [2, 7].

Список литературы

1. Баевский Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) / Р. М. Баевский, Г. Г. Иванов, Л. В. Чирейкин и др. // Уральский кардиологический журнал. — 2002. — № 1.

- С. 22-38.

2. Баевский Р. М. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний / Р М. Баевский, А. П. Берсенева. — М. : Медицина, 1997. — 265 с.

3. Киселев А. Р. Изучение природы периодических колебаний сердечного ритма на основе проб с управляемым дыханием / А. Р Киселев, В. Ф. Киричук, В. И. Гриднев, О. М. Колирижина // Физиология человека. — 2005. — Т. 31, № 3. — С. 76—83.

4. Козырев О. А. Определение математического анализа ритма дыхания для определения вегетативного тонуса /

О. А. Козырев, Р. С. Богачев // Вестник аритмологии.

— 1999. — № 1. — С. 23—25.

5. Коркушко О. В. Анализ вегетативной регуляции сердечного ритма на различных этапах индивидуального развития человека / О. В. Коркушко, В. Б. Шатило, Т. В. Шатило // Физиология человека. — 1991. — Т. 17, № 2. — C. 31—39.

6. Фельдман Г. Л. Физиологические аспекты валеологии (на примере исследования обеспечения тканей кислородом) / Г. Л. Фельдман, Н. В. Воронова // Валеология. — 1996.

— № 2. — С. 45—50.

7. Шестопалова О. М. Вариабельность сердечного ритма у лиц с артериальной гипертензией с исходно различным типом вегетативной нервной системы / О. М. Шестопалова, А. П. Спицин // Пермский медицинский журнал. — 2006.

— № 5. — С. 23—28.

8. Lamine S. B. Individual differences in respiratory sinus arrhythmia / S. B. Lamine, P. Calabrese, H. Perrault et al. // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. — 2004. — Vol. 286.

— P. 2305—2312.

9. Taylor E. W. Central control of the cardiovascular and respiratory systems and their interactions in vertebrates / E. W Taylor, D. Jordan, J. H. Coote // Physiol. Rev. — 1999.

— Vol. 79. — P. 855—916.

10. Yasuma F. Respiratory sinus arrhythmia Why does the heartbeat synchronize with respiratory rhythm? / F. Yasuma, J. Hayano // Chest. — 2004. — Vol. 25. — P. 683—690.

INDICES OF CARDIORESPIRATORY SYSTEM FUNCTIONING IN STUDENTS OF MEDICAL EDUCATIONAL INSTITUTION

N. Е. Kushkova, А. P. Spitsin

Kirov State Medical Academy, Kirov

The results of the research of the cardiorespiratory system of students of the medical educational institution have been presented. It has been shown that among young people with a usual level of physical activity who do not have chronic diseases in anamnesis, there prevailed persons with the normotonic type of respiration regulation and rate within the limits of 13—17 cycles per minute. For 2 % of the examined students, respiration rate 10 cycles/minute and less was typical; for 4.5 % — 20 cycles/minute and more; about 5 % of the students had strain of the regulatory systems according to the indices of cardiac rhythm variability in the form of pronounced predominance of sympathetic (2 %) or parasympathetic (3 %) activity. Such persons had a higher possibility of development of clinically pronounced disorders of the cardiorespiratory system functioning in future.

Key words: the cardiorespiratory system, the respiration system, students, variability of cardiac rhythm.

Контактная информация:

Кушкова Надежда Евгеньевна — аспирант кафедры патофизиологии Кировской государственной медицинской академии

Адрес: 610000, г. Киров, ул. К. Маркса, д. 88, КГМА Тел. (8332) 37-47-10; e-mail: nku-jw@yandex.ru

Статья поступила 12.07.2007 г.