CC BY
30Фізика живого, Т. 1S, No 2, 2010. С..142-145. © Рибалко А.В., Коваленко С. О.
Physics of the Alive
И W И.|Ш.Ч0ІІЧНЧ'ЧЧ‘І|(1‘Г.1К‘І
УДК 612.014.44+612.172.2
ЗМІНИ ЦЕНТРАЛЬНОЇ ГЕМОДИНАМІКИ ТА ХВИЛЬОВОЇ СТРУКТУРИ СЕРЦЕВОГО РИТМУ ПРИ ІМПУЛЬСНІЙ ОФТАЛЬМОФОТОСТИМУЛЯЦІЇ Рибалко А.В., Коваленко С.О.
Черкаський національний університет ім. Богдана Хмельницького Надійшла до редакції 18.01.2010
Досліджували зміни центральної гемодинаміки та хвильової структури серцевого ритму у 48 здорових осіб при імпульсній бінокулярній стимуляції світлом довжини хвилі 500 нм з частотою подачі сигналів 8, 12 та 16 Гц. Такі впливи приводять до зниження рівня серцевого викиду, середнього артеріального тиску, збільшення загального периферичного опору судин. Зміни спектральних компонентів серцевого ритму були найбільшими при подачі сигналу 12 та 16 Гц і полягали у зростанні потужності хвиль дуже низької та низької частоти.
Ключові слова: фотостимуляція, гемодинаміка, варіабельність серцевого ритму.
ВСТУП
Метод фотостимуляції широко використовується в практиці медичного та фізіологічного дослідження, а також у фізіотерапевтичній практиці [3]. З’ясовано вплив світла різної довжини хвилі та рівня інтенсивності на центральну нервову систему, психофізіологічні функції організму, електричну активність кори головного мозку [10], деякі аспекти використання імпульсного світла в діагностиці та лікуванні патології зорової системи [3].
Разом з цим, імпульсація, яка поширюється зоровими шляхами, активує не тільки проекційні центри зорової кори, а й передається безпосередньо в гіпоталамус, гіпофіз та стовбурові структури мозку, які відповідають за діяльність вегетативної нервової, ендокринної та інших систем організму [4]. Останнім часом вивчається вплив світла на нейрогуморальну регуляцію серцево-судинної системи [7], проводяться дослідження по вивченню функціонального домінування півкуль головного мозку на регуляцію ритму серця при фотостимуляції [9].
Тому метою нашої роботи було з’ясувати зміни стану центральної гемодинаміки та хвильових процесів серцевого ритму під впливом імпульсного світла синьо-зеленого діапазону спектру з різною частотою подачі сигналу.
МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ
Дослідження проведено на 48 здорових молодих особах віком 18-23 роки із дотриманням вимог біоетичних норм. Вимірювання здійснювались у першій половині дня при температурі 20-22° С та фоновому рівні штучного освітлення 100 лк.
Спочатку проводили фонові 5-ти хвилинні записи сигналів диференціальної реоплетизмограми (РПГ)
грудної клітки від біопідсилювача РА-5-01 (НДІ радіовимірювальної апаратури, Київ, Україна), пневмограми від п’єзоелектричного датчика, встановленого перед ніздрями носа досліджуваного, вимірювали артеріальний тиск. Офтальмостимуляцію здійснювали протягом 10 хвилин бінокулярно для кожної частоти подачі сигналу (8, 12 і 16 Гц) із 5-хвилинними перервами. Середня довжина хвилі світла складала 500 нм, рівень освітленості 400 лк, тривалість світлового імпульсу - 5 мс.
Сигнали цифрували через АЦП ADC-1280 (Holit Data Systems, Київ, Україна), записували на вінчестер комп’ютера та визначали критичні точки на аналізованих сигналах за допомогою програми Bioscan [6].
Ударний об’єм крові (УОК) визначали за формулою W.G.Kubicek et al [11]. Його величину розраховували для кожного кардіоциклу впродовж всього періоду запису за макросом в електронних таблицях Excel-97. Серцевий індекс (СІ) та ударний індекс (УІ) знаходили як відношення хвилинного й ударного об’єму крові до площі поверхні тіла. Площу поверхні тіла визначали за формулою Дю Буа. Середній артеріальний тиск (АТсер) розраховували за формулою Хікема. Відносне кровонаповнення органів грудної клітки (КНП) - як відношення квадрата відстані між струмовими електродами РПГ до базового опору [8]. Тривалість кожного
кардіоциклу (т-R-R) розраховували за часовими параметрами найвищих точок позитивного зубця диференціальної реограми. Аналізували 5-хвилинні ділянки запису у спокої та з 6-ї по 10-ту хвилини фотостимуляції.
Спектральний та крос-спектральний аналіз здійснювали за допомогою періодограмного методу зі згладжуванням вікном Daniel та корекцією часових
параметрів елементів періодограми в залежності від середнього значення частоти серцевих скорочень за алгоритмами програми “Statistica for Windows 5.0” (Statsoft Inc, Tulsa, USA) [1]. При цьому в спектрі розрізняли наступні компоненти [13]: 0,15-0,4 Гц (HF)
- потужність в діапазоні високих частот, 0,04-0,15 Гц (LF) - потужність в діапазоні низьких частот, 0-0,04 Гц (VLF) - потужність в діапазоні дуже низьких частот, 0-0,4 Гц (TP) - загальна потужність спектру. Також оцінювали показник нормалізованої потужності спектру в діапазоні 0,15-0,4 Гц (HFnorm), що відображає рівень ваго-симпатичного балансу. Для виявлення хвильової структури зв’язку часових рядів УОК та т-R-R застосовували побудову медіанних крос-періодограм за способом, запропонованим нами раніше [5].
Внаслідок того, що більшість показників була розподілена ненормально, розраховували їхню медіану, межі верхнього та нижнього квартилів.
Вірогідність різниць визначали за критерієм парних порівнянь "іісохоп.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
При фотостимуляції синьо-зеленим світлом з різною частотою подачі сигналу спостерігаються суттєві зміни в центральній гемодинаміці (табл.1). Так, достовірно збільшується тривалість інтервалу R-R по мірі зростання частоти подачі сигналу, високовірогідно зменшуються показники ударного та серцевого індексів, зростає кровонаповнення органів грудної клітки. При частоті імпульсації 8 Гц та 16 Гц значуще знижується середній артеріальний тиск. Всі вищезазначені зміни свідчать про пригнічення діяльності серця, ймовірно, як за рахунок посилення парасимпатичних, так і зменшення симпатичних впливів. Разом з тим, спостерігається тенденція до зростання загального периферичного опору судин, а при частоті 16 Гц цей показник збільшується достовірно, що вказує на одночасну активацію симпатичної ланки вегетативної нервової системи.
Таблиця 1
Показники спокій Частота стимуляції
8 Гц 12 Гц 16 Гц
т-R-R, 893 920* 959** 963***
мс [822; 1030] [846; 1062] [897; 1092] [910; 1109]
АТ сер, 86,7 85,0* 86,7 83,3*
мм рт. ст. [83,3; 92,8] [81,7; 90] [81,7; 90] [81,3; 90]
УІ, 44,5 41,7** * * * ,9 0, 4 * * * ,4 0, 4
мл/м2 [35,9; 48,6] [36,8; 48,6] [37,0; 49,3] [33,9; 47,4]
СІ, 2867 2703*** 2627*** 2384***
мл/хв.*м [2315;3328] [2329; 3224] [2224; 2886] [2071; 2977]
Відносне КНП, у. о. 26,1 * * * 6, 2 * * * ,6 6, 2 * * * ,2 6, 2
[22,0; 29,6] [22,4; 29,9] [22,5; 29,9] [22,7; 30,3]
ЗПО, 1370 1384 1462 1518***
дін/сек*см-5 [1154; 1529] [1135; 1617] [1279; 1667] [1230;1853]
Примітка. * р<0,05, **p<0,01, ***p<0,001 в порівнянні з фоновим рівнем
Таблиця 2
Показники хвильової структури серцевого ритму при імпульсній офтальмостимуляції
Показники спокій Частота стимуляції
8 Гц 12 Гц 16 Гц
VLF, 1267 1096 2094*** 1735**
2 мс [605; 2247] [626; 2668] [1121; 3342] [1053;3836]
LF, 989 1126 1447** 1752***
2 мс [687; 1520] [703; 1533] [1098; 2202] [1120; 2809]
HF, 1509 1626 1814 1995
мс2 [964; 2467] [644; 2243] [890; 2979] [1240;3675]
HF norm, 60,3 56,5** 53,3** 52,3**
% [50,2; 74,3] [42,8; 68,2] [47,2; 65,5] [44; 61,9]
TP, 4209 3707 6489** 6544**
2 мс [2643; 6345] [2504; 6870] [4097; 8195] [3923; 11225]
Примітка. * р< 0,05, **p<0,01, ***p<0,001 в порівнянні з фоновим рівнем
Рибалко А.В., Коваленко С.О.
Для подальшого аналізу змін в регуляторних механізмах діяльності серця нами була проведена оцінка спектральних характеристик масивів тривалості інтервалів Я-Я (табл. 2). Відбувалось достовірне зростання потужності спектру в діапазоні низьких та дуже низьких частот при імпульсації в 12 і 16 Гц, що свідчить про активацію симпатичної модуляції серцевого ритму та активності ренін-ангіотензинової системи [14]. Статистично значимих змін потужності спектру в діапазоні високих частот не виявлено. Однак, вірогідно зменшувалась відносна потужність високочастотної складової, яка характеризує вагусні впливи на серце та активність автономного контуру його регуляції. При цьому значуще зростає загальна потужність спектру.
Рис. 1. Медіанні крос-періодограми коливань тривалості інтервалу Я-Я та ударного об’єму крові у спокої та при стимуляції синьо-зеленим світлом з частотою імпульсації 16 гц. * - р<0,05 у порівнянні із рівнем у спокої
Крос-спектральний аналіз частоти серцевих скорочень та ударного об’єму крові виявив значуще збільшення синхронізації даних показників у ЬБ-діапазоні (0,09 Гц) при частоті імпульсації 16 Гц у порівнянні з фоном (рис.1), що може свідчити про підвищення чутливості барорефлексу, який оцінюється на частотах, близьких до 0,1 Гц [17].
ВИСНОВКИ
1. Імпульсна офтальмостимуляція світлом синьо-зеленого кольору призводить до зменшення серцевого викиду та середнього артеріального тиску, збільшення кровонаповнення органів грудної клітки, амплітуда реакцій яких визначається інтенсивністю частоти подачі сигналу, а також до зростанням загального периферичного опору судин.
2. При частоті імпульсації 12 і 16 Гц відбувається збільшення потужності хвиль серцевого ритму дуже низької та низької частоти .
Література
1. Боровиков В.П., Боровиков И.П. STATISTICA. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. - М.: ФИЛИНЬ. - 1998. - 592 с.
2. Гойденко В.С., Мейзеров Е.Е., Адашинская Г.А., Котовский А.В. Стимуляция светом. Краткий обзор литературы, патентов и авторских свидетельств на изобретения // Визуальная цветостимуляция в рефлексологии, неврологии, терапии и офтальмологии.
- М.:Медицина, 1998. - С. 7-22.
3. Голубцов К.В., Куман И.Г., Хейло Т.С., Ширина Н.А., Трунов В.Г., Айду Е.А, Быкова Т.А., Софронов П.Д., Рябцева А.А. Мелькающий свет в диагностике и лечении патологических процессов зрительной системы человека // Информационные процессы. - 2003
- Т.3, № 2. - С. 114-122.
4. Клиническая физиология зрения. Под ред.
Шамшиновой А.М., Яковлева А.А., Романовой Е.В. -М.: МБН., 2002. - 672 с.
5. Коваленко С.О. Аналіз варіабельності серцевого ритму за допомогою методу медіанної спектрограми // Фізіологічний журнал. - 2005 - Т.51, № 3. - С. 92-95.
6. Коваленко С.О., Кушніренко О.Є. Застосування
програмної системи “BIOSCAN” для визначення варіативності показників кардіодинаміки// Український журнал медичної техніки і технології. - 2001. - №2. -С.45-50.
7. Левицький П.Р., Гнатюк М.С. Вплив фотостимуляції на функціонально-біохімічні прояви адреналінової міокардіодистрофії // Медична хімія. - 2005. - № 2. -С. 14-17.
8. Палеев Н.Р., Каевицер И.М. Реография. / В кн.: Руководство по кардиологии. / Под ред. Е. И. Чазова. Методы исследования сердечно-сосудистой системы. -1981. - Т. 2. - С. 40-54.
9. Палієнко І.А. Вплив диференційованої світлоколірної стимуляції зорового аналізатору на показники автокорелограми ритму серця у здорових осіб // Фізіологічний журнал. - 2001. - Т. 47, № 1. - С.73-75.
10. Соловьева А.Д., Фишман Е.Я. Влияние фототерапии на психовегетативные синдромы // Журн. неврол. и психиатр. - 1999. - Т.99, № 5. - С. 2-7.
11. Kubichek W.G., Patterson R.P., Wetsol D.A. Impedanse cardiography as a noninvasive method of monitoring cardiac function and other parameters of the cardiovascular system // Ann. N.Y. Acad. Sci. - 1970. - №2. - P. 724-732.
12. Merritt M.M., Sollers J.J., Evans M.K., Zonderman A.B., Thaver J.F. Relationships among spectral measures of baroreflex sensitivity and indices of cardiac vagal control // Biomed Sci Instrum. - 2003. - Vol.39. - P. 193-198.
13. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart Rate Variability / Standards of Measurements, Physiological Interpretation, and Clinical Use // Circulation. - 1996. - Vol. 93. - P. 1043-1065.
14. Taylor J.A., Carr D.L., Myers C.W., Eckberg D.L. Mechanisms underlying very-low-frequency RR-interval oscillations in humans // Circulation. - 1998. - Vol.98, N6.
- P.547-555.
ИЗМЕНЕНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ГЕМОДИНАМИКИ И ВОЛНОВОЙ СТРУКТУРЫ СЕРДЕЧНОГО РИТМА ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ ОФТАЛЬМОФОТОСТИМУЛЯЦИИ
Рыбалко А.В., Коваленко С.А.
Исследовали изменения центральной гемодинамики и волновой структуры сердечного ритма у 48 здоровых лиц при импульсной бинокулярной стимуляции светом длины волны 500 нм с частотой подачи сигналов 8, 12 и 16 Гц. Такие влияния приводят к снижению уровня сердечного выброса, среднего артериального давления, увеличению общего периферического сопротивления сосудов. Изменения спектральных компонентов сердечного ритма были наибольшими при подаче сигнала 12 и 16 Гц и заключались в росте мощности волн очень низкой и низкой частоты.
Ключевые слова: фотостимуляция, гемодинамика, вариабельность сердечного ритма.
THE CHANGES OF CENTRAL HAEMODYNAMICS AND WAVE STRUCTURE OF THE HEART RHYTHM WITH IMPULSE OPHTALMOPHOTOSTIMULATION
Rybalko A.V., Kovalenko S.O.
The changes of central haemodynamics and wave structure of the heart rhythm were investigated among 48 healthy persons with impulse binocular stimulation by light of 500 nm length wave with signal frequency of 8 Hz, 12 Hz, 16 Hz. Such effects lead to decreasing heart stroke level, middle blood pressure; and increasing general peripheral vessel resistance. The changes of the spectral components of the heart rhythm were the most essential with the signal of 12 and 16 Hz and consisted in increasing the power of waves of very low and low frequency.
Key words: photostimulation, haemodynamics, heart rate variability.
