CC BY
41
УДК 612
А. С. Эйдукайтис, Н. 3. Кайгародова
ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА НЕКОТОРЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У ШКОЛЬНИКОВ
Введение
Традиционный подход к анализу динамического ряда кардиоинтервалов с использованием методов статистики и вариационной пульсометрии производится исходя из допущения, что сердечный ритм как случайный процесс вполне подчиняется нормальному (Гауссовому) распределению и является стационарным [1[ Однако вместе с тем отмечаются частые отклонения гистограмм кардиоинтервалов от Гауссовой кривой [2. 3], а недавние исследования доказывают и наличие нестационарного детерминированного компонента (хаоса) [4]. Для оценки стационарного компонента традиционно используются методы статистического анализа. Нестационар-постъ и нелинейность [5] сердечного ритма позволяют применять к нему методы теории детерминированного хаоса [6, 7].
В настоящей работе при исследовании временной структуры последовательности кардиоинтервалов наряду с общепринятыми статистическими показателями (средняя длина И—Н-интервала, индекс напряжения, размах, амплитуда моды, асимметрия) рассчитывалась также размерность аттрактора (в литературе встречаются аналоги: корреляционная размерность, фрактальная размерность), чтобы оценить уровень хаотичности сердечного ритма
Данные о возрастных изменениях характеристик ритма сердца у детей, особенного школьного возраста, имеют немаловажное значение для оценки функционального состояния организма, определения адекватного для них двигательного и учебного режима и проверки их воздействия на организм. В связи со сказанным возрастной диапазон был ограничен младшим, средним и старшим школьными периодами, так как детский организм в это время испытывает влияние целого ряда факторов, ухудшающих состояние сердечнососудистой системы.
Методика исследований
Работа выполнена на основании наблюдений за 140 здоровыми испытуемыми обоего пола, учащимися 1, 2, 3, 7, 9 и 11 классов в начале учебного года в первую половину дня начала недели, что позволило снять влияние таких факторов, как утомление и время суток В каждой возрастной группе было рав-
ное количество мальчиков и девочек, что позволило снять влияние половых различий на характеристики сердечного ритма.
ЭКГ регистрировалась во втором стандартном отведении. Для анализа отбирались отрезки ЭКГ длиной от 100 до 200 кардиоинтервалов.
Расчет показателей, отражающих стационарный компонент, производился с использованием методов статистического анализа по P.M. Баевскому [1]. Для выявления и оценки хаотической составляющей, т. е. определения размерности аттрактора, был использован метод Грассбергера—Прокаччо [8J. Аппроксимация результирующей кривой, построенной с помощью этого метода, и поиск значения насыщения осуществлялись методом Марквардта [9J.
Результаты и их обсуждение
Среднее значение кардиоинтервала (М) является конечным результатом взаимодействия всех уровней регуляции сердечного ритма. На рисунке 1 представлены средне-групповые значения этого показателя в зависимости от года обучения в средней школе. Как видно из графика, от младших классов к старшим частота пульса уменьшается: наименьшее значение М наблюдается у учащихся 1-го класса, наибольшее — у учащихся 11-го класса. В литературе неоднократно отмечается урежение пульса с возрастом как результат изменения лабильности синусового узла, становления более совершенных форм нейрогуморальной регуляции деятельности сердца, и прежде всего усиления тонических влияний блуждающего нерва, на обмен и лабильность водителя ритма [10, 11].
Из рисунка 1 можно видеть, что на фоне урежения ЧСС растет величина доверительного интервала, особенно в старших классах. Это вызвало, возможно, постпубертатными половыми различиями в частоте пульса (у мужчин ЧСС достоверно меньше, чем у женщин [10]). Увеличение доверительного интервала может быть вызвано также усиливающимися с возрастом индивидуальными различиями в функционировании механизмов регуляции.
На рисунках 2-4 показаны возрастная динамика индекса напряжения (ИН), амплиту-
100
- ■ Jrt
1,00 а«о 0.80 0.70 о.ео п,эо
Р^—1—Р
11 класс
Рис. 1. Возрастная динамика среднего И— И-интервала (М)
Рис. 3. Возрастная динамика амплитуды моды (АМо)
Рис. 5. Возрастая динамика асимметрии (Аз)
ды моды (АМо) и размаха (АХ). ИН характеризует степень напряжения (централизации) регуляторных механизмов сердца, АМо и АХ — активность симпатической и вагусной регуляции ритма сердца соответственно [1]. На указанных трех графиках заметны повышенные значения ИН и АМо на фоне пониженного АХ у учащихся 1-го класса по сравнению с 3-м классом. Такие значения не являются обычным явлением для данного возраста и объясняются стрессирующим действием такого социального фактора, как начало обучения в школе. Принимая значения обсуждаемых показателей у первоклассников как нехарактерные для данного возраста, отметим достоверные их изменения от младших классов к девятому классу. АХ достоверно снижается, АМо и ИН достоверно возрастают, что говорит о повышенной нагрузке на сердечную деятельность у девятиклассников по сравнению с учащимися второго и третьего классов.
Из литературы известно, что по мере взросления и увеличения массы тела на фоне соответствующих гормонально-функциональных изменений происходит и становление механизмов регуляции сердечного ритма
0.00
Рис. 2. Возрастая динамика индекса напряжения (ИН)
0.40
0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0,10
у
\ т./
г
1 2 3 7 9 11 класс
Рис. 4. Возрастная динамика размаха (АХ)
8.00 5.50 5,00 4,50 4.00 3.50 3.00
1
11 класс
Рис. 6. Возрастая динамика фрактальной размерности (О)
Симпатическая и парасимпатическая регуляции в возрастной динамике активизируются не одновременно. Формирование механизма совместного реагирования вегетативной нервной системы на изменяющиеся условия функционирования сердечно-сосудистой системы, а также взаимодействия этих регуляторов (симпатического и парасимпатического) между собой происходит наиболее активно в пре-пубертатный (около 10-летнего возраста) и пубертатный периоды, заканчиваясь в 17-18-летнем возрасте [11]. Таким образом, некоторое напряжение в сердечном ритме у семи-девятиклассников, которое исчезает у учащихся 11 класса, можно объяснить гормонально-функциональными изменениями, свойственными этим возрастным группам.
Возрастная динамика асимметрии (Аб) показана на рисунке 5. По Р.М. Баевскому [1], Аб отражает степень нестационарности динамического ряда кардиоинтервалов как результата переходного процесса Однако отмечается затрудненность физиологического толкования этого показателя. Например, А. Д. Воскресенский отмечает, что асимметрия может сильно изменяться даже в течение коротких отрезков времени в условиях полного покоя;
600,00 400.00 300,00 200.00 100.00
в то же время, когда сдвиги в регуляции кровообращения были очевидными, этот показатель не обнаруживал достоверных изменений [12].
Из рисунка 5 можно видеть, что средние значения Аб по мере взросления обследуемого смещаются в сторону отрицательных величин. В 1-м и 2-м классах Аб у всех испытуемых положительна. Далее, частично начиная с 3-го класса, этот показатель смещается в среднем к нулевому, сбалансированному значению. Такое поведение Аб может быть связано с особенностями регуляции сердечного ритма до «критического» 10-летнего возраста, в котором начинают складываться новые шаблоны реагирования сердечного ритма на внешние воздействия [10, 11].
Фрактальная размерность (уровень хаотичности) и асимметрия являются показателями. характеризующими нестационарность динамического ряда Однако следует отметить кардинальную разницу в подходах к анализу в том и другом случаях. Асимметрия отражает нестационарность как временное явление, возникающее при переходе от одного стационарного состояния к другому, т. е. переходный процесс (в других случаях асимметрия равна нулю), при этом динамика ряда кардиоинтервалов изначально расценивается как случайный процесс. Напротив, фрактальная размерность рассчитывается исходя из представления о сердечном ритме как полностью детерминированном процессе, имеющем более или менее выраженный нестационарный компонент. Фрактальная размерность, отличная от нуля, отражает внутреннюю нестационарность, присущую системе.
На рисунке 6 представлен график, описывающий возрастную динамику фрактальной размерности (О). Несмотря на отсутствие достоверных различий можно, однако, отметить тенденцию к снижению этого показателя у учащихся 7-го и 9-го классов по сравнению с учащимися младших классов и 11-го класса Возвращаясь к рисунку 2 и сравнивая изменение кривой ИН с изменением кривой О. можно сделать вывод о снижении средних значений Б на фоне возрастания напряжения регуляторных механизмов сердечного ритма, что подтверждает гипотезу некоторых авторов о том, что фрактальная размерность (О) отражает резервные возможности системы [4].
В последние годы фрактальная размерность аттрактора (О) все чаще используется для анализа биологических ритмов. В прило-
жении к кардиологии еще нет четких представлений о генезе и физиологической интерпретации нестационарного детерминированного компонента сердечного ритма, который и измеряет величина Э.
Из всех исследованных показателей наибольшей устойчивостью в онтогенезе обладает О. Такую устойчивость, на наш взгляд, можно объяснить хорошей гомеостатируемо стью данного параметра организма, что обусловлено его детерминированностью. От рождения до взрослого состояния число кар-диомиоцитов в сердце человека по сути не увеличивается, оставаясь равным примерно 2 ■ 109 [13], тогда как масса сердца растет в основном за счет изменения размеров кардиоми-оцитов и массы других сердечных тканей. Очевидно, механизмы генерирования сердечных сокращений в кардиальных пейсмекерах формируются еще в период внутриутробного развития. Исходя из вышесказанного можно предположить, что поскольку Э практически не изменяется с возрастом, то этот показатель отражает нестационарность иного рода, чем асимметрия, а именно нестационарность, порождаемую взаимоотношениями либо клеток синусного узла (эксперименты на эту тему см. в [4]), либо кардиальных пейсмеке-ров различного уровня.
Выводы
1 Показапо уменьшение среднего уровня частоты сердечных сокращений у школьников от 1-го до 11-го класса, что хорошо согласуется с данными литературы.
2. Возрастпое снижение среднего уровня ЧСС происходит на фоне повышения дисперсии этой характеристики сердечной деятельности, что, по-видимому, связано с усилением влияния индивидуальных различий в регуляции сердечного ритма.
3. С возрастом обнаружено достоверное снижение показателя асимметрии (Аб) распределения ряда кардиоинтервалов. Учитывая, что Аб отражает переходный процесс при адаптации к каким-либо факторам, выявленную особенность изменения этого показателя можно объяснить совершенствованием механизмов адаптации с возрастом.
4. Уровень хаотичности с возрастом практически не менялся. Вероятно, это является отражением онтогенетически более раннего формирования механизмов генерации сокращений сердца
у
Литература
1. Баевский P.M., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М., 1984.
2. Аксенов В. В. Методические основы кибернетического анализа сердечного ритма // Ритм сердца у спортсменов. М.. 1986.
3. Никулина Г. А. Суточная динамика статистических характеристик ритма сердца у здоровых людей // Ритм сердца в норме и патологии: Мат. симп.. сост. в Паланге. Вильнюс, 1970.
4. Гласс Л., Мэки М. От часов к хаосу. М., 1991.
5. Власов Ю. А. Нелинейная модель функциональной организации синусного узла и статистические свойства синусного ритма сердца // Ритм сердца в норме и патологии: Мат. симп., сост. в Паланге. Вильнюс. 1970.
6. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.. 1990.
7. Рейман А. М. Размерностный анализ ритма сердца // Биоритмические и самоорганиза-
ционные процессы в сердечно-сосудистой системе. Теоретические аспекты и практическое значение. Н. Новгород, 1992.
8. Grassberg er P., Procaccia L Measuring the strangeness of strange attractors // Physica. 1983. V. 9D.
9. Куликов M. А, Использование методов нелинейной динамики для выявления и описания хаотической детерминированной составляющей ЭЭГ // Биофизика. 1993. Т. 38. №2
10. Олешкевич Т. Г. Распределение длительности кардиоинтервалов у детей школьного возраста // Ритм сердца у спортсменов. М., 1986.
11. Власов Ю. А, Онтогенез кровообращения человека. Новосибирск. 1985.
12. Воскресенский А. Д. Комплекс показателей, характеризующих ритм здорового человека // Ритм сердца в норме и патологии: Мат. симп., сост. в Паланге. Вильнюс. 1970.
13. Adler С,-Р. Fortschr. Med. 1972. Bd 90.
