Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Показатели реоэнцефалограммы при биоуправлении параметрами ритма сердца у подростков 15-17 лет

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Показатели реоэнцефалограммы при биоуправлении параметрами ритма сердца у подростков 15-17 лет"

На правах рукописи

КАМЕНЧЕНКО Екатерина Александровна

ПОКАЗАТЕЛИ РЕОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ ПРИ БИОУПРАВЛЕНИИ ПАРАМЕТРАМИ РИТМА СЕРДЦА У ПОДРОСТКОВ 15-17 ЛЕТ

03.03.01 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

г 8 НОЯ 2013

Архангельск - 2013 00554П^

005541144

Работа выполнена в лаборатории биоритмологии Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт физиологии природных адаптации Уральского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент Поскотинова Лилия Владимировна

Официальные Игнатьева Светлана Николаевна

оппоненты: доктор медицинских наук, профессор,

ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, профессор кафедры патологической физиологии

Панков Михаил Николаевич

кандидат медицинских наук, доцент, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет» им. М.В. Ломоносова, заместитель директора - руководитель центра компетенций развития ребёнка «Содействие» Института медико-биологических исследований

Ведущая организация Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет»

Защита диссертации состоится « 19 » декабря 2013 года в « 14 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.04 на базе Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова по адресу: 163045, г. Архангельск, пр. Бадигина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова».

Автореферат разослан « 18 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Старцева Лариса Федоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Изучение процессов управления собственными функциональными резервами регуляторных систем организма человека является актуальной проблемой физиологии (Сороко С.И, 2010; Штарк М.Б, 2012; Суворов Н.Б., 2005; Peper Е., 2009). Снижение регуляторных влияний вегетативной нервной системы и особенно парасимпатического ее отдела на проводящую систему сердца отражает процессы нарушения адаптации к психосоциальным и физическим нагрузкам (Larkin К.Т, 2010; Wahbeh Н., 2012), особенно на этапе возрастного становления организма подростка. Нарушения вегетативной регуляции ритма сердца, и в частности снижение вагусной активности, могут быть предикторами цереброваскулярных нарушений - синдрома вегетативной дистонии, артериальной гипертензии, синдрома внезапной сердечной смерти (Siepmann М., 2008; Servant D., 2009).

Тонус мозговых сосудов в подростковом возрасте весьма лабилен, с выраженной межполушарной асимметрией, зачастую обусловлен нестабильностью шейного отдела позвоночника (Рожков В.П., 2009-2012; Шишелова О.В., Гудков А.Б., 2011). Реактивность вегетативных структур и тонуса мозговых сосудов подростков также значимо зависят от климато-географических условий проживания, особенно в условиях Севера (Сороко С.И., Рожков В.П., Бурых Э.А., 2008-2012; Грибанов A.B., Волокитина Т.В., 2006; Максимов A.J1., 2011; Поскотинова JI.B., 2009). Способность человека влиять на процесс оптимизации собственных кардио-респираторных и вегетативных функций посредством активизации биологической обратной связи (БОС) используется как с позиции когнитивного теста для оценки уровня адаптации человека к окружающей среде (Красильникова М.О., 2005; Поскотинова J1.В., 2010), так и с позиции немедикаментозной коррекции психонейровегетативных нарушений (Джафарова O.A., 2004; Редько Н.Г., 2010; Бразовская Н.Г., 2002; Ефимова Е.А., 2007), тонуса сосудов головы (Андреева В.М., 2007), проблем социальной адаптации (Гилева О.Б., 2013).

Успешное биоуправление параметрами вариабельности сердечного ритма позволяет не только оптимизировать вегетативный тонус (Lechrer М., Vaschillo Е., Vaschillo В., 2004; Wheat A.L., Larkin К.Т., 2010), но и определяет различные эффекты изменений биоэлектрической активности головного мозга (Дёмин Д.Б., 2012; Кривоногова Е.В., 2012; Prinsloo G.E., 2013). Важным компонентом стратегии биоуправления параметрами ритма сердца является изменение характеристик дыхания, которые отражаются в виде респираторных колебаний тонуса сосудов головы, внутричерепного давления, циркуляции ликвора, венозного оттока из полости черепа (Белякова Е.А., Рыжов А.Я., 2009).

Учитывая то, что показатели реоэнцефалограммы (РЭГ) содержат информацию о тонусе как экстра- так и интракраниальных сосудов (Perez J.J, 2006), представляется важным определить направленность изменений

реографических показателей при биоуправлении параметрами ритма сердца у подростков с учетом климато-географических условий их проживания.

Цель работы: определить характер изменений вегетативной регуляции сердечной деятельности и показателей реоэнцефалограммы при биоуправлении параметрами вариабельности сердечного ритма (ВСР) у подростков 15-17 лет. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Оценить показатели ВСР и РЭГ в покое у подростков 15-17 лет, проживающих в различных климато-географических условиях (Приполярный и Заполярный районы Европейского Севера).

2. Определить варианты изменений тонуса сосудов головы по данным РЭГ при однократном сеансе биоуправления параметрами ВСР у подростков 15-17 лет, проживающих в различных климато-географических условиях.

3. Выявить характер изменений показателей ВСР и РЭГ у подростков 15-17 лет при многократных сеансах биоуправления параметрами ВСР (10 сеансов).

Научная новизна. Впервые установлены варианты изменений тонуса сосудов головы по данным РЭГ при биоуправлении с целью повышения суммарной мощности спектра вариабельности сердечного ритма, формирование которых зависит от исходного уровня кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы. При однократном сеансе биоуправления у подростков Приполярного района варианты увеличения либо снижения кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы определяются на фоне более выраженных изменений тонуса сосудов в затылочных областях головы по сравнению с подростками Заполярного района. У подростков Заполярного района выявлен более длительный эффект биоуправления параметрами ритма сердца на фоне минимальных изменений пульсового кровенаполнения сосудов головы. При многократных сеансах БОС-тренинга (10 сеансов) наиболее значимое и устойчивое повышение суммарной мощности спектра ВСР как управляемого показателя и снижение симпатической активности у подростков происходит при варианте повышения кровенаполнения сосудов во фронтальных отделах головы.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты могут быть теоретической основой методических рекомендаций для специалистов медико-биологического профиля по разработке индивидуальных программ коррекции нейровегетативных расстройств у подростков с помощью биоуправления параметрами ритма сердца с учетом исходного тонуса сосудов головы по данным реоэнцефалограммы.

Материалы диссертации использованы в работе по оптимизации уровня здоровья в Архангельском педагогическом колледже (акт внедрения от 06.11.2013). Теоретические сведения диссертации использованы при подготовке учебно-методических разработок для студентов вузов, а также для курсов лекций и практических занятий на кафедре экологической физиологии и биохимии Северного Арктического федерального университета (акт внедрения от 30.10.2013).

Диссертационное исследование выполнено в соответствии с комплексными планами НИР ФГБУН Института физиологии природных адаптации УрО РАН (№№01201256462 и 0120.0.951604) и при финансовой поддержке гранта Президиума УрО РАН (№ 12-У-4-1019, 2012-2014 г.г.).

Положения, выносимые на защиту.

1. Состояние тонуса сосудов головы по данным реоэнцефалограммы в покое и при однократном сеансе управляемого повышения вагусных влияний на ритм сердца у подростков 15-17 лет зависит от климато-географических условий их проживания.

2. Направленность изменений показателей реоэнцефалограммы при однократном сеансе биоуправления параметрами вариабельности сердечного ритма у подростков 15-17 лет зависит от исходного уровня пульсового кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы.

3. Многократные сеансы биоуправления параметрами ритма сердца (10 сеансов) способствуют перестройкам тонуса крупных и мелких сосудов головы, при которых возрастает устойчивость к снижению тонуса мозговых сосудов в затылочных отделах головы, повышение кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы на фоне снижения тонуса мелких сосудов и облегчения венозного оттока.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на Ученом совете Института физиологии природных адаптации УрО РАН (Архангельск, 2010-2013), межвузовской комиссии при совете по защите кандидатских и докторских диссертаций Северного Арктического федерального университета (2013) и 10 научных конференциях: научно-практическая конференция САФУ «Образование и наука: ступени развития» (Архангельск, 2010), студенческая научно-практическая конференция Архангельского педагогического колледжа (Архангельск, 2010), научно-практическая конференция ГУ НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН «Вопросы сохранения и развития здоровья населения Севера и Сибири» (Красноярск, 2010), научно-практическая конференция с международным участием СГМУ «Циркумполярная медицина: влияние факторов окружающей среды на формирование здоровья человека» (Архангельск, 2011), III съезд физиологов СНГ (Ялта, Украина, 2011), региональная молодежная научно-практической конференция «Образование и наука: ступени развития» (Архангельск, 2011), научно-практическая конференция АО ИППК «Современные научные походы и практика управления здоровьем и безопасностью в образовательных учреждениях» (Архангельск, 2011), научно-практическая конференция с международным участием «Актуальные проблемы материнства и детства в реализации государственной программы развития здравоохранения в Российской Федерации» (Нарьян-Мар, 2012), 8 международный форум по нейронаукам (Барселона, Испания, 2012), Северный социально-экологический конгресс СГМУ «Российский Север: перспективы, долгосрочные прогнозы, управление рисками» (Архангельск, 2013).

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и

методов исследований, главы собственных исследований и их обсуждения, заключения, практических рекомендаций и выводов. Работа иллюстрирована 15 таблицами и 2 рисунками. Библиография включает 221 источник (142 отечественных авторов и 79 зарубежных).

ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЁМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Все исследования проводились в осенний период в течение трех лет с 2009 по 2012 г.г., на территории Европейского Севера (г. Архангельск - 64°30'с.ш.; Приморский район - 64°30' с.ш.; с. Ома — 66°39' с.ш.; п. Нижняя Пёша - 66°45' с.ш. и п. Индига - 67°40' с.ш. Ненецкого автономного округа). В комплексном обследовании приняли участие практически здоровые подростки от 15 до 17 лет, не имеющие острых заболеваний на момент исследования, а также неврологических заболеваний в анамнезе. От всех обследованных лиц и их родителей получено информированное согласие на участие в исследовании; этические принципы исследования согласованы с ученым советом ИФПА УрО РАН, выполняющим функции этического комитета.

На первом этапе оценивали показатели ВСР и РЭГ в покое в положении сидя у подростков 15-17 лет, проживающих в различных климато-географических условиях. При этом Приморский район, был отнесен к Приполярному району, а посёлки Ненецкого автономного округа отнесены к Заполярному району. Обследованы 50 практически здоровых подростка 15-17 лет (20 юношей и 30 девушек), родившихся и проживающих в Приполярном районе, и 42 практически здоровых подростка 15-17 лет (21 юноша и 21 девушка), родившихся и проживающих в Заполярном районе. Средний возраст и процентные доли лиц мужского и женского пола в группах были статистически одинаковыми. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) оценивалась с помощью кардиоинтервалографического исследования с использованием аппаратно - программного комплекса «Варикард» (ООО «Рамена», г. Рязань). Определяли частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин), суммарную мощность спектра ВСР (Total Power - TP, мс2), индекс напряжения регуляторных систем (ИН, усл.ед.), рассчитанный по формуле ИН = АМо / 2Мо х MxRMn, где АМо% - амплитуда моды, Мо - мода, MxDMn -вариационный размах значений RR в динамическом ряду как показатель активности симпатического звена вегетативной регуляции (Баевский P.M., 2001). Учитывали, что общая мощность спектра ВСР при коротких записях кардиоинтервалограммы (5 минут) по физиологическому смыслу соответствует показателю стандартного квадратического отклонения величины

кардиоинтервала (SDNN), который отражает как суммарный эффект вегетативной регуляции, так и степень вагусных влияний на ритм сердца (Баевский P.M., 2001). Параллельно регистрировали показатели реоэнцефалограммы (РЭГ) с помощью электроэнцефалографа-анализатора «Энцефалан 131-03» (НПКФ «Медиком МТД», г. Таганрог) в полосе 0,5 Гц-10 Гц и частоте зондирования 112 кГц - во фронто-мастоидальных (FM) и окципито-мастоидальных (ОМ) отведениях слева (s) и справа (d). Определяли

амплитудно-частотный показатель (АЧП, Ом/с), максимальную скорость быстрого кровенаполнения (МСБКН, Ом/с), дикротический индекс (ДКИ, %), индекс венозного оттока (ИВО, %), коэффициент межполущарной асимметрии по данным прироста АЧП (КА, %) с большим значением справа (KA_d) и с большим значением слева (KA_s). Значимой асимметрию принимали при уровне более 20% (Зенков J1.P., Ронкин М.А., 2004).

На втором этапе определяли показатели тонуса сосудов головы по данным РЭГ при однократном сеансе биоуправления параметрами ВСР. Исследование включало три этапа - фоновую запись (5 минут), сеанс биоуправления с использованием биологической обратной связи (БОС-тренинг) с целью увеличения суммарной мощности спектра ВСР (5 минут) и время после БОС-тренинга (5 минут) (патент №2317771 RU, авторы Поскотинова Л.В., Семенов Ю.Н., 2008). Для реализации принципа биоуправления человеку регистрировали электрокардиограмму (11 стандартное отведение). При этом человеку предъявлялся на мониторе линейный график и число, отражающие динамику показателя TP в мс2. Обновление показателей происходили каждые 4 секунды по принципу скользящего окна. Цель тренинга - увеличение общей мощности спектра в течение 5 минут тренинга. В случае увеличения показателя TP и снижения ИН констатировали положительный эффект выполненной процедуры.

В качестве группы контроля обследовано 33 подростка 15-17 лет в Приморском районе Архангельской области. Регистрировали показатели ВСР и РЭГ в покое 15 минут, которые были распределены на три этапа, аналогичные таковым при биоуправлении - фон 1 (5 минут), фон 2 (5 минут) и фон 3 (5 минут).

На третьем этапе проводили многократный мониторинг показателей ВСР при биоуправлении с целью повышения суммарной мощности спектра ВСР (10 сеансов). Обследовано 41 человек в возрасте 15-17 лет. Каждый подросток выполнял первый сеанс биоуправления параметрами ВСР, при этом регистрировали параметры РЭГ до, во время и после сеанса БОС-тренинга (длительность записей по 5 минут). В последующем проводили 8 сеансов биоуправления ежедневно или через 1 день, а на последнем 10 сеансе регистрировали показатели ВСР и РЭГ до, во время и после сеанса БОС-тренинга.

Статистическая обработка полученных результатов, оценка распределения показателей, определение границ нормального распределения проводили с помощью компьютерного пакета прикладных программ Statistica 5.5 (StatSoft, США). Уровень статистически значимых различий в группах определяли с помощью непараметрических критериев Манна-Уитни, Краскела-Уоллиса (для независимых выборок) и Вилкоксона (для зависимых выборок). Учитывали критерий х-квадрата Пирсона для сравнения процентных долей. Статистически значимыми отличия принимались при р<0,05. В связи с тем, что распределение большинства исследуемых параметров не подчинялось закону нормального распределения, в представленной работе они описаны медианой (Me), нижней и верхней квартилями (25-75 %) (Гланц С., 1998).

РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На первом этапе проведен сравнительный анализ показателей РЭГ и ВСР в покое групп мальчиков и групп девочек Приполярного и Заполярного района. Установлено, что у мальчиков Приполярного района амплитудно-частотный показатель (АЧП) во фронтальных отделах головного мозга слева и справа составил 0,12 Ом/с, что значимо ниже, чем у мальчиков Заполярного района -0,18 Ом/с (р<0,01). В затылочных областях головного мозга у мальчиков Приполярного региона АЧП составил 0,13 Ом/с слева и 0,11 Ом/с справа, что также значимо ниже, чем у мальчиков Заполярного региона — 0,17 Ом/с слева (р<0,05) и 0,15 Ом/с справа (р<0,01). В Приполярном районе у мальчиков-подростков выявлены значимо более низкие значения максимальной скорости быстрого кровенаполнения сосудов (МСБКН) во фронтальных отделах головного мозга справа (1,63 Ом/с, р<0,01) и затылочных отделах головного мозга слева (1,42 Ом/с, р<0,05) и справа (1,5 Ом/с, р<0,01), по сравнению с подростками-мальчиками Заполярного района (МСБКН - 2,04 Ом/с во фронтальных областях головного мозга справа (р<0,01), 1,99 Ом/с (р<0,05) и 1,87 Ом/с (р<0,01) в затылочных областях головного мозга слева и справа соответственно). Сравнительный анализ групп девочек Приполярного и Заполярного районов достоверных различий по реографическим показателям не выявил. Анализ половых различий реографических показателей в Приполярном районе выявил, что у девочек статистически значимо выше показатели АЧП, МСБКН как во фронтальных, так и затылочных областях головного мозга (р<0,001). Показатель тонуса мелких сосудов (ДКИ) во фронтальных отделах справа статистически значимо ниже у мальчиков (61,5%) в сравнении с таковым у девочек (72,5%, р<0,05). Индекс венозного оттока в области вертебро-базиллярного бассейна также значимо ниже у мальчиков слева (р <0,05) и справа (р<0,01). В Заполярном районе половые различия показателей РЭГ по уровням статистической значимости различий выражены в меньшей степени, чем в Приполярном районе, и выражены эти различия в основном во фронтальных отделах. У девочек Заполярного района во фронтальных отделах головного мозга показатели пульсового кровенаполнения и тонуса крупных сосудов (АЧП и МСБКН) значимо выше в сравнении с таковыми у мальчиков (р <0,05 и р<0,01). Показатели тонуса мелких сосудов во РМ-отведениях слева (р<0,05) и ОМ-отведениях слева (р<0,01) и справа (р<0,05) статистически значимо ниже у мальчиков в сравнении с таковыми у девочек. Индекс венозного оттока в области вертебро-базиллярного бассейна справа также значимо ниже у мальчиков (р<0,05). Статистически значимых различий показателей ВСР в покое у девочек и мальчиков в исследуемых районах проживания не выявлено. Установлена выраженная левосторонняя асимметрия кровенаполнения по амплитудно-частотному показателю во фронтальных отделах головы у подростков Приполярного (43,3 % девочек и 45 % мальчиков) и Заполярного (42,8 % девочек и 33,3% мальчиков) районов. Также была

выражена и левосторонняя асимметрия в затылочных отделах головы у обследованных лиц.

Таким образом, анализ показателей реоэнцефалограммы и показателей вариабельности сердечного ритма в покое у подростков 15-17 лет в зависимости от их района проживания показал более выраженные различия показателей мозгового кровотока в сравнении с вегетативными параметрами. Результаты исследования свидетельствуют о том, что у мальчиков Заполярного района в сравнении с мальчиками Приполярного района более низкий тонусе магистральных и средних сосудов во фронтальных отделах головного мозга преимущественно в правой гемисфере и в области вертебро-базиллярного бассейна. Независимо от района проживания показатели объемного пульсового кровенаполнения и максимальная его скорость более высокие у девочек в сравнении с мальчиками во фронтальных отделах головы, при этом у девочек Приполярного района данная закономерность обнаружены и в отношении затылочных отделов головы. У девочек Заполярного района более высокие значения тонуса мелких сосудов в затылочных отделах в сравнении с мальчиками этого же района.

На втором этапе определены варианты изменений тонуса сосудов головы по данным РЭГ при однократном сеансе биоуправления параметрами ВСР. Учитывая важность сохранения перфузионного давления в передних отделах головного мозга как наиболее значимых с позиции функциональных связей с подкорковыми и вегетативными центрами, решено распределить обследованных лиц на группы. Определены I группа с повышением амплитудно-частотного показателя в FM-отведениях более чем на 10 % в обоих полушариях, справа либо слева, II группа с понижением данного показателя более, чем на 10% от фона в двух или хотя бы в одной гемисфере при минимуме изменений в другой, а также III группа лиц с минимальными изменениями РЭГ (менее 10 % от фоновых значений как справа, так и слева).

Результаты исследования показали, что у лиц, отнесенных к I группе, во время сеанса БОС-тренинга кроме закономерного повышения пульсового кровенаполнения как слева, так и справа во фронтальных отделах происходит также снижение тонуса крупных сосудов (МСБКН значимо выше при биоуправлении как справа, так и слева) - рис.1 и 2. После сеанса биоуправления значения АЧП и МСБКН у подростков I группы возвращались к исходным, так как статистически значимых различий в значениях до и после биоуправления не выявлено. В затылочных отделах у лиц I группы Заполярного района значимых различий реографических показателей не выявлено. В то же время у подростков Приполярного района после БОС-тренинга в районе вертебро-базиллярного бассейна слева уровень пульсового кровенаполнения значимо снизился по отношению к БОС-тренингу (АЧП достоверно ниже после БОС-тренинга, р<0,01). Снижение пульсового кровенаполнения происходило на фоне повышения тонуса крупных сосудов после сеанса биоуправления (МСБКН значимо ниже после биоуправления как слева (р<0,001), так и справа (р<0,01) по сравнению с сеансом биоуправления). При этом в левой гемисфере затылочных отделов головного мозга максимальная скорость быстрого

кровенаполнения осталась после БОС-тренинга более низкой в сравнении с фоновыми значениями (р<0.05).

0,26 0,24 0,22 0,2 0,18 0,16 0,14

О <Ц? 0,1

0,08

0,06

0,04

0,02

0

Рис.1. Амплитудно-частотные показатели (АЧП) у подростков 15-17 лет 1 группы Приполярного (п=19) и Заполярного районов Севера (п=12) при биоуправлении параметрами ритма сердца во фронто-мастоидальных (РМ) отведениях РЭГ слева (в) и справа (О).

Примечание для рис. 1, 2, 3: Статистически значимое отличие в сравнении с предыдущим этапом исследования: * - р <0,05; ** - р <0,01; *** - р <0,001.

з 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8

1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

Приполярье Приполярье Заполярье Заполярье

КМ х КМ 11 РМэ ГМ<1

Рис.2. Максимальная скорость быстрого кровенаполнения сосудов (МСБКН) у подростков 15-17 лет I групп Приполярного и Заполярного районов Севера при биоуправлении параметрами ритма сердца во фронто-мастоидальных (РМ) отведениях РЭГ слева (8) и справа (Э).

У подростков 11 группы во время сеанса биоуправления отмечено снижение кровенаполнения во фронтальных отделах головного мозга (АЧП значимо ниже при биоуправлении как слева, так и справа) - рис.3. При этом

□ ФОН ■ БОС И После БОС

Приполярье Приполярье Заполярье Заполярье

РМв 1\Ы КМ* КМ (1

эффект снижения кровенаполнения сохранился и после биоуправления, что отражено в значимом снижении АЧП после БОС-тренинга по отношению к фоновым значениям во фронтальных отделах и затылочных слева (р<0,01). Тонус крупных сосудов во фронтальных отделах головного мозга при биоуправлении повысился как в Приполярном районе (значение МСБКН достоверно ниже при БОС-тренинге как слева (р<0,01), так и справа (р<0,05)), так и Заполярном районе (значение МСБКН слева достоверно ниже при БОС-тренинге, р<0,05). Эффект снижения тонуса крупных сосудов сохранился и после БОС-тренинга по отношению к фоновым значениям во фронтальных отделах как слева (р<0,001), так и справа (р<0,()1).

0,28 0,26 0,24 0,22 0,2 0,18 0,16 2 0,14 О (^И 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0

Рис.3. Амплитудно-частотные показатели (АЧП) у подростков 15-17 лет II групп Приполярного и Заполярного районов при биоуправлении параметрами ритма сердца во фронто-мастоидальных (FM) отведениях РЭГ слева (S) и справа (D).

При анализе динамики показателей РЭГ у лиц III групп Приполярного и Заполярного районов выявлено, что во время сеанса БОС-тренинга изменения тонуса сосудов во фронтальных отделах были минимальными согласно принципу исходной группировки данных. У подростков Приполярного района более выражено изменились показатели тонуса крупных (МСБКН) и мелких (ДКИ) сосудов во фронтальных отделах. Здесь МСБКН значимо снизился (2,45 Ом/с) после сеанса биоуправления по отношению к фоновым значениям слева (2,51 Ом/с, р<0,01). Показатель ДКИ значимо снижался при биоуправлении (с 74,5% до 69% слева, р<0,001; с 74,5% до 65% справа, р<0,001). Отмечено изменение состояния венозного оттока во время сеанса биоуправления (индекс венозного оттока значимо снизился во фронтальных отделах головного мозга как слева (с 28 % до 24 %, р<0,05), так и справа (с 26,5 % до 23,5 %, р<0,05). В затылочных отделах головного мозга в данной группе Приполярного района показатели РЭГ во время сеанса БОС-тренинга остались статистически одинаковыми. Более выражено изменился показатель МСБКН в затылочных

отделах в группе Заполярного района. Здесь тонус крупных сосудов снижалась при биоуправлении и затем после завершения сеанса достигло минимальных значений (с 2,16 Ом/с до 1,7 Ом/с слева, р<0,01; с 2,15 Ом/с до 1,79 Ом/с справа, р<0,01). Показатель тонуса мелких сосудов в затылочных отделах снижался при биоуправлении, однако статистически значимо снизился лишь после сеанса БОС-тренинга по отношению к фоновому показателю (66 % и 60 % слева, р<0,05; 60,5 % и 58 % справа, р<0,05).

Фоновые значения параметров вегетативной регуляции ритма сердца были статистически идентичными в группах. Прирост суммарной мощности спектра ВСР и снижение индекса напряжения при БОС-тренинге наблюдалось у всех подростков независимо от группы (р<0,001). Показатели суммарной мощности (TP) и индекса напряжения (ИН) у подростков все трех групп Приполярного района после БОС-тренинга вернулись к исходным значениям, так как статистически достоверных различий между фоновыми значениями и значениями после БОС-тренинга не выявлено. Показатели TP и ИН у подростков I и II групп Заполярного района после БОС-тренинга вернулись к исходным значениям, так как статистически достоверных различий между фоновыми значениями и значениями после БОС-тренинга не выявлено. В III группе Заполярного района после БОС-тренинга снизилась суммарная мощность ВСР, однако по отношению к фоновому показателю осталась значимо выше (р<0,05). Обратная динамика наблюдалась в отношении индекса напряжения (р<0,05). Данные изменения показателей ВСР свидетельствует о сохранении вагусных влияний на ритм сердца и после прекращения сеанса биоуправления у подростков III группы Заполярного района.

У подростков группы контроля в течение всего времени обследования наблюдались разнонаправленные изменения как вегетативного тонуса (отсутствие статистически значимых различий показателей суммарной мощности и индекса напряжения), так и тонуса сосудов во фронтальных и затылочных отделах головы. В отличие от лиц, прошедших сеанс биоуправления, в группе контроля в конце исследования (этап фон 3) наблюдали снижение пульсового кровенаполнения слева (р<0,01) и справа (р<0,001), увеличение показателя индекса венозного оттока в FM-отведениях слева (р<0,01).

Таким образом, на фоне однонаправленного усиления вагусных влияний на ритм сердца в процессе однократного сеанса биоуправления определены различные варианты изменений показателей реоэнцефалограммы у подростков 15-17 лет, проживающих в различных климато-географических условиях. В Приполярном районе происходит усиление кровенаполнения и снижение тонуса крупных сосудов фронтальных отделов головного мозга происходит у лиц I группы (с исходно низкими уровнями амплитудно-частотного показателя) преимущественно во фронтальных отделах мозга справа. Снижение кровенаполнения и повышение тонуса крупных сосудов головного мозга во фронтальных отделах и в затылочных отделах слева происходит у лиц II группы (с исходно высоким амплитудно-частотным показателем во фронтальных отделах мозга преимущественно справа). У лиц III группы на

фоне минимальных изменений объема пульсового кровенаполнения по данным АЧП выявлено повышение тонуса мелких сосудов и облегчение венозного оттока во фронтальных отделах головного мозга. В Заполярном районе у лиц I группы (с исходно более низким амплитудно-частотным показателем во фронтальных отделах мозга преимущественно слева) выявлено усиление кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы за счет снижения тонуса магистральных сосудов; во II группе (с исходно высоким амплитудно-частотным показателем во фронтальных отделах мозга преимущественно слева) - снижение кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы за счет повышения тонуса магистральных сосудов, преимущественно слева на фоне разнонаправленных изменений тонуса крупных и мелких сосудов в затылочных отделах головы. Минимальные изменения пульсового кровенаполнения во фронтальных отделах головы на фоне перераспределения тонуса сосудов в затылочных отделах головы (повышение тонуса магистральных и снижение тонуса мелких сосудов) отмечены у лиц III группы.

На третьем этапе проведен БОС-тренинг с целью повышения общей суммарной мощности спектра ВСР у подростков 15-17 лет в режиме мониторинга - 10 сеансов. Распределение по типам реактивности тонуса мозговых сосудов при первом и последнем сеансах биоуправления отражало те же закономерности, что описаны выше. Так, при первом сеансе биоуправления I группу составили 10 человек (24,4 %), II — 14 человек (34,2%) и III группу 17 человек (41,4%) (рис. 4). При последнем сеансе БОС-тренинга соотношение типов реактивности кровенаполнения сосудов головы изменилось. Доля лиц с повышением кровенаполнения во фронтальных отделах (группа I) значимо повысилась до 46,4% (19 человек, р<0,05), за счет снижения доли лиц с понижением амплитудно-частотного показателя (группа 11-11 человек, 26,8 %) и с минимальными изменениями кровенаполнения (группа III - 11 человек, 26,8 %).

100% 80%

60%

40%

20% 0%

Рис.4. Соотношение типов реактивности сосудов головы при первом и последнем сеансах БОС-тренинга (I группа —с повышением АЧП, II группа-со снижением АЧП, III - минимальные изменения АЧП в FM-огведениях).

□ I группа Dil группа □ [II группа

ШШШШ:

26,8

34,2

46,4

24,4

1 сеанс 10 сеанс

Таким образом, цикл сеансов кардиотренинга с целью усиления вагусных влияний на ритм сердца способствовал повышению кровенаполнения фронтальных отделов головного мозга.

Анализ показателей ВСР при БОС-тренинге в режиме мониторинга показал, что повышение суммарной мощности спектра ВСР происходит независимо от типа реактивности мозговых сосудов. На первом сеансе БОС-тренинга в группу I попали лица с исходно более высоким уровнем симпатической активности, что обусловило более высокий исходный ИН и более низкую суммарную мощность спектра ВСР у лиц данной группы в сравнении с группой II. На первом сеансе биоуправления не выявлено статистически значимого снижения ИН в сравнении с фоновым значением из-за присутствия лиц с признаками симпатикотонии (ИН выше 150 усл.ед.) и большого внутригруппового разброса данных (см. табл.).

Таблица

Параметры ВСР у подростков I группы при БОС-тренинге в режиме мониторинга, Ме (25; 75)

Показатель Первый сеанс (п=10)

Фон БОС После БОС

ТР, хЮОО мс2 1,42 (1,12; 2,51) 3,73 * (2,55; 4,13) 1,91 (0,89; 3,34)

ИН, усл.ед. 148,0 (76,0; 175,0) 72,0 (61,0; 121,0) 131,0 (88,0; 256,0)

Последний сеанс (п=19)

Фон БОС После БОС

ТР, хЮОО мс2 2,75* (1,75; 6,16) 7 39 ***** (3,93; 12,97) 2,54 (1,79; 6,28)

ИН, усл.ед. 62,0* (34,0; 156,0) 54,0 * * (31,0; 76,0) 77,0* (41,0; 155,0)

Примечание: уровни статистической значимости различий:

*, **, *** - соответственно р<0,05, р<0,01, р<0,001 между фоном и БОС;

#, ## — соответственно р<0,05, р<0,01 между первым и последним сеансом.

Тем не менее, именно у лиц группы I на последнем сеансе БОС-тренинга происходило максимальное повышение показателя ТР на фоне значимого снижения ИН. При этом фоновые значения на последнем сеансе свидетельствовали о значимом снижении симпатикотонии после проведенного курса БОС-тренинга (снижение ИН и повышение ТР на последнем сеансе относительно первого сеанса).

В других группах выявлена лишь тенденция в увеличении прироста вагусной активности после биоуправления на 10 сеансе по отношению к первому сеансу. Возможно, это обусловлено выраженностью компенсаторных

механизмов симпатической активности у лиц с оптимальным вегетативным тонусом.

У лиц группы I на первом сеансе во фронтальных отделах повышается АЧП справа (с 0,2 Ом/с до 0,24 Ом/с, р<0,01) и остается значимо выше фонового значения на этапе после БОС (0,21 Ом/с, р<0,05). При этом снижается тонус как крупных, так и мелких сосудов головы во фронтальных отделах и затылочных отделах головы (повышение МСБКН, Ом/с - 2,58 и 2,88 слева, р<0,05; 2,49 и 2,75 справа, р <0,01; и снижение ДКИ, % - 63 и 58 слева, р <0,05; 59,5 и 52 справа, р<0,01). На последнем сеансе БОС-тренинга у лиц данной группы наблюдалось более выраженное повышение АЧП как справа (с 0,16 Ом/с до 0,2 Ом/с, р<0,01), так и слева (с 0,18 Ом/с до 0,21 Ом/с, р<0,001) в FM-отведениях РЭГ. Обращает на себя внимание более выраженное и стойкое снижение тонуса мелких сосудов в затылочных отделах - ДКИ значимо снижается в ходе последнего сеанса (с 69% до 63% слева, р <0,05; с 71,5% до 66%, справа, р<0,05) и остается сниженным после него (68% слева и справа, р<0,05). Также во время последнего сеанса значимо снижается показатель ИВО как во фронтальных, так и в затылочных отделах головы. Эти данные свидетельствуют о том, что многократные сеансы БОС-тренинга способствовали в данной группе усилению кровенаполнения в отделах головного мозга, ответственных как за когнитивную деятельность (фронтальные отделы), так и за обработку афферентной информации в центрах регуляции дыхания и кровообращения в стволовых структурах головного мозга (затылочные отделы).

У лиц группы II курс сеансов кардиотренинга способствовал повышению устойчивости тонуса сосудов, что обусловливало менее выраженное снижение кровенаполнения сосудов головы по сравнению с первым сеансом, особенно в затылочных отделах головы. Сохранение устойчивости кровенаполнения стволовых отделов головного мозга является биологически целесообразным, так как здесь находятся жизненно важные центры регуляции сосудистого тонуса.

У лиц III группы на первом сеансе биоуправления согласно принципу группировки не выявлено значимых изменений кровенаполнения во фронтальных отделах головы. При этом в затылочных отделах было снижение кровенаполнения на фоне перераспределения тонуса сосудов - повышения тонуса крупных (снижение МСБКН) и снижения тонуса мелких сосудов головы (снижение ДКИ). На последнем сеансе у лиц группы III были минимальные изменения реографических данных как во фронтальных отделах, так и в затылочных. При этом в затылочных областях лишь на последнем этапе исследования было снижение АЧП кровенаполнения справа (р<0,05) без статистически значимых изменений других показателей РЭГ. То есть, как и в группе II произошло повышение устойчивости тонуса сосудов затылочных отделов головы к снижению их кровенаполнения.

Таким образом, многократные сеансы биоуправления параметрами ритма сердца (10 сеансов) способствует значимым перестройкам тонуса крупных и мелких сосудов головы, при которых возрастает устойчивость к снижению

тонуса мозговых сосудов в затылочных отделах головы, повышение кровенаполнения сосудов на фоне снижения тонуса мелких сосудов и облегчения венозного оттока во фронтальных отделах головы. При этом именно на фоне повышения амплитудно-частотного показателя во фронтальных отделах головы происходит наиболее значимое и устойчивое повышение суммарной мощности спектра ВСР как управляемого показателя при БОС-тренинге при снижении симпатической активности.

ВЫВОДЫ

1. У мальчиков Заполярного района в сравнении с мальчиками Приполярного района выявлены более высокие уровни пульсового кровенаполнения головного мозга в покое на фоне более высокой максимальной скорости кровенаполнения сосудов во фронтальных отделах головного мозга преимущественно в правой гемисфере и в области вертебро-базиллярного бассейна.

2. Независимо от района проживания показатели объемного пульсового кровенаполнения и максимальная его скорость в покое более высокие у девочек в сравнении с мальчиками во фронтальных отделах головы; у девочек Приполярного района в сравнении с мальчиками более высокие показатели кровенаполнения фронтальных и затылочных отделов головы.

3. В процессе однократного сеанса биоуправления у подростков Приполярного района с исходно более низким амплитудно-частотным показателем во фронтальных отделах мозга, преимущественно справа, происходит усиление кровенаполнения и снижение тонуса крупных сосудов фронтальных отделов головного мозга, а также снижение кровенаполнения в затылочных отделах головы. У подростков Заполярного района с исходно более низким амплитудно-частотным показателем во фронтальных отделах мозга, преимущественно слева, происходит усиление кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы за счет снижения тонуса крупных сосудов на фоне минимальных изменений тонуса сосудов в затылочных отделах головы.

4. У подростков Приполярного района с исходно более высоким амплитудно-частотным показателем во фронтальных отделах мозга, преимущественно справа, при однократном сеансе биоуправления происходит повышение тонуса крупных сосудов головного мозга во фронтальных отделах и в затылочных отделах. У подростков Заполярного района с исходно более высоким амплитудно-частотным показателем во фронтальных отделах мозга, преимущественно слева, происходит повышение тонуса крупных сосудов во фронтальных и затылочных отделах головы, преимущественно слева.

5. У подростков Приполярного района на фоне минимальных изменений пульсового кровенаполнения сосудов головы выявлено повышение тонуса крупных сосудов головного мозга, преимущественно слева, снижение тонуса мелких сосудов и облегчение венозного оттока во фронтальных отделах головы. У подростков Заполярного района минимальные изменения пульсового кровенаполнения во фронтальных отделах головы выявлены на фоне

перераспределения тонуса сосудов в затылочных отделах головы (повышение тонуса магистральных и снижение тонуса мелких сосудов).

6. У подростков Заполярного района в сравнении с подростками Приполярного района выявлен более длительный эффект биоуправления параметрами ритма сердца на фоне минимальных изменений пульсового кровенаполнения сосудов головы.

7. Многократные сеансы биоуправления параметрами ритма сердца (10 сеансов) способствует значимым перестройкам тонуса крупных и мелких сосудов головы, при которых возрастает устойчивость к снижению тонуса мозговых сосудов в затылочных отделах головы, повышение кровенаполнения сосудов на фоне снижения тонуса мелких сосудов и облегчения венозного оттока во фронтальных отделах головы.

8. Наиболее значимое и устойчивое повышение суммарной мощности спектра ВСР как управляемого показателя при БОС-тренинге (10 сеансов) и снижение симпатической активности у подростков происходит на фоне повышения кровенаполнения сосудов во фронтальных отделах головы.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В рамках медико-профилактических программ по сохранению здоровья учащихся и студентов образовательных учреждений рекомендовано проводить однократные сеансы биоуправления параметрами ритма сердца с учетом вариантов реографических изменений показателей тонуса мозговых сосудов для выявления группы риска развития сосудистых и вегетативных нарушений.

2. Для оптимизации деятельности нейровегетативной регуляторной системы у учащихся и студентов рекомендовано проводить многократные сеансы биоуправления с целью повышения суммарной мощности спектра вариабельности сердечного ритма у лиц с признаками симпатикотонии и с нарушением тонуса сосудов головного мозга.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Поскотинова Л.В., Волкова (Каменченко) Е.А., Дёмин Д.Б., Кривоногова Е.В. Состояние тонуса мозговых сосудов по данным реоэнцефалограммы у подростков 15-17 лет Европейского Севера России / Материалы итоговой научно-практической конференции ГУ НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН «Вопросы сохранения и развития здоровья населения Севера и Сибири». - Красноярск: Версо. - Вып. 9. - 2010. - С. 62-64.

2. Каменченко Е.А. Функциональное состояние обучающихся: результаты исследования с использованием метода биоуправления // Мат. научно-практической конференции «Современные научные походы и практика управления здоровьем и безопасностью в образовательных учреждениях». -[Электронный ресурс] СБ-диск АО ИППК, Архангельск, апрель 2011г.

3. Каменченко Е.А. Индивидуальные особенности и функциональное состояние обучающихся: результаты исследования с использованием метода биоуправления // Мат. региональной молодежной научно-практической конференции «Образование и наука: ступени развития». - Архангельск,

2011,-С. 338.

4. Поскотинова Л.В., Каменченко Е.А. Показатели реоэнцефалограммы покоя у здоровых подростков 15-17 лет на Европейском Севере // Экология человека. - 2011. - №9. - С. 36-44.

5. Каменченко Е.А., Кривоногова Е.В. Особенности тонуса мозговых сосудов по данным реоэнцефалограмм у девушек 15-17 лет в зависимости от личностных установок // Научные труды III съезда физиологов СНГ (1-6 октября 2011, Ялта, Украина). - С. 210.

6. Каменченко Е.А. Особенности тонуса мозговых сосудов по данным реоэнцефалограммы у девушек 15-17 лет в зависимости от склонности к аддиктивному и делинквентному поведению // Мат. Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Циркумполярная медицина: влияние факторов окружающей среды на формирование здоровья человека». - Архангельск, СГМУ, 2011. -С. 148-150.

7. Poskotinova L., Kamenchenko Е. Parameters of cardiovascular system and rheoencephalogram in healthy 15-17 years adolescents during HRV biofeedback / 8th FENS Forum of Neuroscience Abstract. 2012. Barcelona, Spain, No A-471-0214-00061.

8. Каменченко E.A., Поскотинова Л.В. Показатели реоэнцефалограммы при управляемом усилении вагусных влияний на ритм сердца у подростков Заполярья. // Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке»-

2012.-Т. 14, №1. - С.133-134.

9. Поскотинова Л.В., Дёмин Д.Б., Кривоногова Е.В., Каменченко Е.А. Фундаментальные и прикладные аспекты изучения нейровегетативного статуса у подростков циркумполярных территорий / Сборник материалов научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы материнства и детства в реализации государственной программы развития здравоохранения в Российской Федерации». - Нарьян-Мар, 2012. - С.262-265.

10.Каменченко Е.А., Поскотинова Л.В. Сравнительный анализ показателей реоэнцефалограммы покоя у подростков приполярного и заполярного регионов // Мат. IX Северного социально-экологического конгресса «Российский Север: перспективы, долгосрочные прогнозы, управление рисками». Архангельск СГМУ. - 2013. - С.84-85.

Подписано в печать 14.11.2013. Формат 60x84'/i6. Бумага офсетная.

Гарнитура Times New Roman. Печать ризография. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 1297

ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» 163000, г. Архангельск, пр. Троицкий, 51 Телефон 20-61-90. E-mail: izdatel@nsmu.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Каменченко, Екатерина Александровна, Архангельск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ ПРИРОДНЫХ АДАПТАЦИЙ УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

04201450832 *

КАМЕНЧЕНКО Екатерина Александровна

ПОКАЗАТЕЛИ РЕОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ ПРИ БИОУПРАВЛЕНИИ ПАРАМЕТРАМИ РИТМА СЕРДЦА У ПОДРОСТКОВ 15-17 ЛЕТ

03.03.01 - физиология

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент

Л.В. Поскотинова

Архангельск -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ......... 3

ВВЕДЕНИЕ....................................................................... 4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.......................................... 9

1.1. Вариабельность сердечного ритма как метод оценки вегетативной регуляции ритма сердца человека в зависимости от природных и психо-социальных условий его проживания............ 9

1.2. Биоуправление параметрами сердечного ритма: физиологическое обоснование метода, критерии его успешности и эффективности................................................................... 16

1.3. Состояние тонуса мозговых сосудов у подростков и молодых лиц; взаимосвязь его параметров с показателями сердечнососудистой и центральной нервной систем............................... 25

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........... 32

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 37

3.1. Показатели реоэнцефалограммы и вариабельности сердечного ритма в покое у подростков 15-17 лет в зависимости от широты их проживания (Приполярный и Заполярный районы Европейского Севера)........................................................................................ 37

3.2. Показатели реоэнцефалограммы и вариабельности сердечного ритма у подростков 15-17 лет при однократном сеансе биоуправления параметрами ВСР (Приполярный район)............... 44

3.3. Показатели реоэнцефалограммы и вариабельности сердечного ритма у подростков 15-17 лет при однократном сеансе биоуправления параметрами ВСР (Заполярный район).................. 54

3.4. Показатели реоэнцефалограммы и вариабельности сердечного ритма у подростков 15-17 лет при биоуправлении параметрами ВСР

в режиме мониторинга (10 сеансов).......................................... 64

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................................77

ВЫВОДЫ....................................................................................................................................................88

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ............................................................................90

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................................................91

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

БОС-тренинг - тренинг биоуправления с использованием биологической обратной связи

ВСР - вариабельность сердечного ритма

- интервалы электрокардиограммы ИН - индекс напряжения регуляторных систем ТР - общая мощность спектра ВСР ЧСС - частота сердечных сокращений РЭГ - реоэнцефалограмма БМ - фронто-мастоидальные отведения ОМ - окципито-мастоидальные отведения (б) - слева (с!) - справа

РИ - реографический индекс

АЧП - амплитудно-частотный показатель

МСБКН - максимальная скорость быстрого кровенаполнения

ДКИ - дикротический индекс

ИВО - индекс венозного оттока

КА - коэффициент межполушарной асимметрии

КА_<1 - коэффициент межполушарной асимметрии с большим значением справа

КА_б - коэффициент межполушарной асимметрии с большим значением слева

Ме - медиана

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Изучение процессов управления собственными функциональными резервами регуляторных систем организма человека является актуальной проблемой физиологии [119, 123, 131, 209]. Снижение регуляторных влияний вегетативной нервной системы и особенно парасимпатического ее отдела на проводящую систему сердца отражает процессы нарушения адаптации к психосоциальным и физическим нагрузкам [217, 218] особенно на этапе возрастного становления организма подростка. Нарушения вегетативной регуляции ритма сердца, и в частности снижение вагусной активности, могут быть предикторами цереброваскулярных нарушений - синдрома вегетативной дистонии, артериальной гипертензии, синдрома внезапной сердечной смерти [146, 189].

Тонус мозговых сосудов в подростковом возрасте весьма лабилен, с выраженной межполушарной асимметрией, зачастую обусловлен нестабильностью шейного отдела позвоночника [47, 111, 112]. Реактивность вегетативных структур и тонуса мозговых сосудов подростков также значимо зависят от климато-географических условий проживания, особенно в условиях Севера [45, 85, 104, 112, 121]. Способность человека влиять на процесс оптимизации собственных кардио-респираторных и вегетативных функций посредством активизации биологической обратной связи (БОС) используется как с позиции когнитивного теста для оценки уровня адаптации человека к окружающей среде [77, 104], так и с позиции немедикаментозной коррекции психонейровегетативных нарушений [21, 62, 82, 109], тонуса сосудов головы [7], проблем социальной адаптации [40].

Успешное биоуправление параметрами вариабельности сердечного ритма позволяет не только оптимизировать вегетативный тонус [157, 218], но и определяет различные эффекты изменений биоэлектрической активности головного мозга [50, 78, 215]. Важным компонентом стратегии биоуправления параметрами ритма сердца является изменение характеристик дыхания, которые отражаются в виде респираторных колебаний тонуса

сосудов головы, внутричерепного давления, циркуляции ликвора, венозного оттока из полости черепа [17].

Учитывая то, что показатели реоэнцефалограммы содержат информацию о тонусе сосудов как экстра- так и интракраниальных [212], представляется важным определить направленность изменений реографических показателей при биоуправлении параметрами ритма сердца у подростков с учетом климато-географических условий их проживания. Цель работы: определить характер изменений вегетативной регуляции сердечной деятельности и показателей реоэнцефалограммы при биоуправлении параметрами вариабельности сердечного ритма (ВСР) у подростков 15-17 лет. Задачи:

• оценить показатели ВСР и реоэнцефалограммы в покое у подростков 15-17 лет, проживающих в различных климато-географических условиях (Приполярный и Заполярный районы Европейского Севера);

• определить варианты изменений тонуса сосудов головы по данным реоэнцефалограммы при однократном сеансе биоуправления параметрами ВСР у подростков 15-17 лет, проживающих в различных климато-географических условиях;

• выявить характер изменений показателей ВСР и реоэнцефалограммы у подростков 15-17 лет при многократных сеансах биоуправления параметрами ВСР (10 сеансов).

Положения, выносимые на защиту:

1. Состояние тонуса сосудов головы по данным реоэнцефалограммы в покое и при однократном сеансе управляемого повышения вагусных влияний на ритм сердца у подростков 15-17 лет зависит от климато-географических условий их проживания.

2. Направленность изменений показателей реоэнцефалограммы при однократном сеансе биоуправления параметрами вариабельности сердечного

ритма у подростков 15-17 лет зависит от исходного уровня пульсового кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы.

3. Многократные сеансы биоуправления параметрами ритма сердца (10 сеансов) способствуют перестройкам тонуса крупных и мелких сосудов головы, при которых возрастает устойчивость к снижению тонуса мозговых сосудов в затылочных отделах головы, повышение кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы на фоне снижения тонуса мелких сосудов и облегчения венозного оттока.

Научная новизна исследования.

Впервые установлены варианты изменений тонуса сосудов головы по данным реоэнцефалографии при биоуправлении с целью повышения суммарной мощности спектра вариабельности сердечного ритма, формирование которых зависит от исходного уровня кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы.

При однократном сеансе биоуправления у подростков Приполярного района варианты увеличения либо снижения кровенаполнения сосудов фронтальных отделов головы определяются на фоне более выраженных изменений тонуса сосудов в затылочных областях головы по сравнению с подростками Заполярного района. У подростков Заполярного района выявлен более длительный эффект биоуправления параметрами ритма сердца на фоне минимальных изменений пульсового кровенаполнения сосудов головы.

При многократных сеансах БОС-тренинга (10 сеансов) наиболее значимое и устойчивое повышение суммарной мощности спектра ВСР как управляемого показателя и снижение симпатической активности у подростков происходит при варианте повышения кровенаполнения сосудов во фронтальных отделах головы.

Научно-практическая значимость работы.

Полученные результаты могут быть теоретической основой методических рекомендаций для специалистов медико-биологического профиля по разработке индивидуальных программ коррекции

нейровегетативных расстройств у подростков с помощью биоуправления параметрами ритма сердца с учетом исходного тонуса сосудов головы по данным реоэнцефалограммы.

Материалы диссертации использованы в работе по оптимизации уровня здоровья в Архангельском педагогическом колледже (от 6.11.2013). Теоретические сведения диссертации использованы при подготовке учебно-методических разработок для студентов вузов, а также для курсов лекций и практических занятий на кафедре экологической физиологии и биохимии Северного Арктического федерального университета (от 30.10.2013).

Диссертационное исследование выполнено в соответствии с комплексными планами НИР Института физиологии природных адаптаций УрО РАН (№№01201256462 и 0120.0.951604) и при финансовой поддержке гранта Президиума УрО РАН (№12-У-4-1019, 2012-2014 г.г.).

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на Ученом совете Института физиологии природных адаптаций УрО РАН (Архангельск, 2010-2013), межвузовской комиссии при совете по защите кандидатских и докторских диссертаций Северного Арктического федерального университета (2013) и 10 научных конференциях: научно-практическая конференция САФу «Образование и наука: ступени развития» (Архангельск, 2010), студенческая научно-практическая конференция Архангельского педагогического колледжа (Архангельск 2010), научно-практическая конференция ГУ НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН «Вопросы сохранения и развития здоровья населения Севера и Сибири» (Красноярск, 2010), научно-практическая конференция с международным участием СГМУ «Циркумполярная медицина: влияние факторов окружающей среды на формирование здоровья человека» (Архангельск, 2011), III съезд физиологов СНГ (Ялта, Украина, 2011), региональная молодежная научно-практической конференция «Образование и наука: ступени развития» (Архангельск, 2011), научно-практическая конференция АО ИПГТК «Современные научные походы и практика управления здоровьем и

безопасностью в образовательных учреждениях» (Архангельск, 2011), научно-практическая конференция с международным участием "Актуальные проблемы материнства и детства в реализации государственной программы развития здравоохранения в Российской Федерации" (Нарьян-Мар, 2012), 8 международный форум по нейронаукам (Барселона, Испания, 2012), Северный социально-экологический конгресс СГМУ «Российский Север: перспективы, долгосрочные прогнозы, управление рисками» (Архангельск, 2013).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, главы собственных исследований и их обсуждения, заключения, практических рекомендаций и выводов. Работа иллюстрирована 15 таблицами и 2 рисунками. Библиография включает 221 источник (142 отечественных авторов и 79 зарубежных).

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Вариабельность сердечного ритма как метод оценки вегетативной регуляции ритма сердца человека в зависимости от природных и психо-социальных условий его проживания

Метод вариабельности сердечного ритма сохраняет свою актуальность как неинвазивный и эффективный способ оценки адаптационных резервов вегетативной регуляции сердечной деятельности [5, 28, 30, 144, 147, 169, 173, 175, 188]. В основе вариабельности сердечного ритма (ВСР) лежит саморегуляция автоматии сино-атриального узла, а также колебания венозного возврата, закономерно возникающими в результате резонансных (по отношению к частоте дыхания) колебаний кровотока в отдельных сосудистых регионах [13, 28, 63, 86, 91, 96, 99]. Функциональный смысл ВСР заключается в постоянной поднадстройке сердечного ритма на резонансный режим взаимодействия дыхательных и региональных колебаний кровотока в организме. При этом резонанс создается не только саморегуляцией сино-атриального узла, но и специальными влияниями блуждающего нерва [191], рефлекторно уменьшающими или увеличивающими длительность каждого кардиоцикла.

Несмотря на постоянно изменяющиеся условия существования, у здоровых взрослых испытуемых в состоянии спокойного бодрствования выявляется относительная стабильная и высоко упорядоченная организация механизмов нервной регуляции вариабельности сердечного ритма как на разных функциональных уровнях регуляции, так и сопряженности уровней между собой [25, 26, 211].

Снижение общей вариабельности ритма сердца и вагусной активности связывают с колебаниями факторов воспаления в крови [208], степенью кардио-респираторного сопряжения [39, 58], активностью гипоталамических структур [66] и эндокринными факторами [1, 104].

Получение скаттерграмм на экране монитора on-line дает возможность своевременно визуализировать и диагностировать изменение

функционального состояния испытуемого во время любой деятельности, выявлять повышенную тревожность, неуверенность в возможности решения задачи, оптимизирую процесс обучения [220]. Установлено, что у здоровых лиц с возрастом снижается вариабельность сердечного ритма [219]. У молодых людей утреннего и вечернего хронотипа обнаружены различия в параметрах кардиоинтервалограммы. Лиц утреннего хронотипа отличает склонность к симпатикотонии утром, ослабевающей в конце дня. Для лиц вечернего хронотипа характерна обратно направленная тенденция в виде появления признаков симпатизации кардиоинтервалограммы в вечернее время [65].

В настоящее время большое внимание уделяется функциональным связям функции мозга и вегетативной регуляции ритма сердца [116, 178, 181, 199]. Связь активности нейронов головного мозга и сердечным и дыхательным ритмами изучалась и ранее [103]. С помощью методов нейровизуализации параметров мозгового кровотока обозначены зоны мозга, где эти связи наиболее значимы - миндалина, вентромедиальная часть префронтальной коры головного мозга. Показатели вариабельности сердечного ритма могут выступать индикаторами того, насколько эффективно функционирует «вертикальная интеграция» кортико-висцеральных нервных связей, обеспечивающая гибкий контроль поведения и функции периферических органов [143]. Наиболее явно связь показателей сердечно-сосудистой системы и мозгового кровотока выявляется при функциональных нагрузках. Так, при длительных физических нагрузках могут возникать такие вегетативные сдвиги как постуральная гипотензия, снижение активности барорефлекса, которые могут рассматриваться как критерии риска гипоперфузии головного мозга [148].

Изучение нейронных коррелятов нарушения вегетативной регуляции ритма сердца показало, что при выполнении информационно-стрессовых задач у лиц, страдающих депрессией, наряду с изменением показателей ВСР значимо изменялся кровоток по данным позитронно-эмиссионной

томографии в медиальной и латеральной областях орбитальной коры [187, 213].

При выполнении эмоциональной нагрузки у людей с социальными фобиями установлена связь снижения высокочастотных компонентов ВСР и усиления церебрального регионального кровотока в определенных областях по Бродману - в области правого каудального ядра, правой передней части поясной извилины и билатеральной медиальной префронтальной коре, а также в дорсолатеральной префронтальной коре левого полушария [143, 190]. Также у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, нейрогенные структуры, ответственные за сохранение высокочастотной части спектра ВСР (вагусную активность), обнаружены в тех же зонах, что ответственны за различные эмоции (печаль, счастье, отвращение) -инсулярная область слева, каудальное ядро [204].

Аритмогенные изменения биоэлектрической активности сердца, которые рассматриваются с позиции риска внезапной сердечной смерти, коррелируют с изменением регионального кровотока мозга в правом полушарии мозга [159, 165, 200]. Также выявлена связь сниженной вариабельности сердечного ритма и повышение соотношения LF/HF у лиц с CADASIL-синдромом (церебральной аутосомно-доминантной артериопатией с субкортикальным инфарктом и лейкоэнцефалопатией). То есть риск в