Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Пространственно-временная характеристика механизмов регуляции ритма сердца

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная характеристика механизмов регуляции ритма сердца"

На правах рукописи

Л/—

Шебеко Людмила Владимировна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ РИТМА СЕРДЦА

03.03.01 -физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

27 МАЯ 2015

Астрахань - 2015

005569377

Работа выполнена в государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава РФ

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент Горст Виктор Рудольфович Официальные оппоненты:

Цатурян Людмила Дмитриевна, доктор медицинских наук, профессор, ГБОУ ВПО «Ставропольский государственный медицинский университет» Минздрава РФ, кафедра нормальной физиологии, заведующая кафедрой

Сентябрсв Николай Николаевич, доктор биологических наук, профессор, академик Российской Академии Естествознания, ФГБОУ ВПО «Волгоградская государственная академия физической культуры», кафедра анатомии и физиологии, профессор

Ведущая организация: ГБОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н.Бурденко» Минздрава РФ, г. Воронеж

Защита состоится « 24 » июня 2015 г. в 10:00 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.009.01 при ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» по адресу: 414056, г.Астрахань, ул. Татищева, 20а и на сайте http://www.asu.edu.ru

Автореферат разослан « § » 2015 г.

Ученый секретарь .--

диссертационного совета Н.В. Курьянова

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Жизнедеятельность человека, его адаптация к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды осуществляется в сложном мире пространственно-временных взаимоотношений. Живой организм, являясь открытой термодинамической системой, обменивается с окружающей средой энергией, пластическими веществами, продуктами жизнедеятельности, информацией и временем (Чернышева, 2008). Формирование «продуктов» обмена и непосредственно обменные процессы связаны с функциональной активностью различных систем организма и компонентов окружающей среды. Время является динамическим фактором всех проявлений жизнедеятельности и выступает как связующее звено пространственных структур.

На восприятие времени человеком и временную организацию функций оказывают влияния психофизиологические (Серенкова, 1991; Водолажский, 2004; Котло, 2005), возрастные (Элькшг. 1962; Сурнина. Лупандин. Иванова. Зверева. 1997; Зимина. 2003; Гилева. 2004; Корягина. 2004; Балашова. Микеладзе. 2013; Сурнина. 2000. 2003: Сырцова. Митина. 2008; Bherer. Desiardins. Fortin. 2007: Friedman. Janssen. 20101 половые особенности (Трошев. 2000: Грошев. Давыдова. 2004; Der. Deary. 20061. характер двигательной активности (Ермолаева, 1980: Корягина. Тристан. 2001: Корягина. 2006: Котло, 2003; Hill, 1998; Гареев, 1987; Джеймс. 1991: Кублицкене, 1995; Мельникова, Косяков, Субочева, 2004;'Рубинштейн, 2005; Penney, 2003).

Пространственная организация биологической системы традиционно изучалась в основном с морфологической точки зрения. Однако элементами биологического пространства являются не только морфологические структуры, но и пространственно распределенные в них параметры физиологических процессов организма. Пространственная организация живой системы представляет собой совокупность взаимодействующих между собой гетерогенных структур, объединенных функциями, иерархически упорядоченными в пространстве (Романов, 1989, 1998,2001).

Пространственно-временная организация биологической системы изучена недостаточно. Имеются лишь единичные работы этого направления касающиеся систем пролиферации, энергетического метаболизма, гормональной системы (Романов, Маркина, Антохин и др., 1998; Романов, 2001; Чернышева, Ноздрачез, 2006).

Общая структура пространственно-временной организации организма сохраняется при экзогенных воздействиях, что дает возможность говорить об устойчивости системы к неблагоприятным условиям внешней среды. В этой связи изучение механизма компенсаторно-приспособительных реакции организма должно осуществляться при обязательном исследовании вклада отдельных элементов пространственно-временной организации системы в общий адаптационный процесс.

Диагностика состояния адаптационных механизмов человека является важной задачей современной медицины. В многочисленных

работах по адаптации отмечается, что наиболее быстро реагирующим звеном в адаптационных реакциях организма является система кровообращения, а вариабельность сердечного ритма четко отражает изменение напряжения деятельности регуляторных систем при различных состояниях (Баевский, Берсенева, 2001; Шлык, 2009). Неспецифичность и высокая чувствительность современного метода анализа вариабельности сердечного ритма делает его незаменимым инструментом для диагностики функциональной активности организма.

В сердечно-сосудистой системе наблюдается четкое проявление пространственно-временных параллелей. Так, в сердце имеются пространственно обособленные генераторы ритма с различной пейсме-керной активностью, создающие каскад внутрисердечных ритмооб-разовательных структур с нисходящим градиентом автоматии. Пространственную ориентацию имеет также многоконтурная и многоуровневая нейрогуморальная система, управляющая ритмообразователь-ным процессом сердца. В системе регуляции ритмом сердца выделяют центральный и периферический контуры, которые представлены симпатическим и парасимпатическим звеньями вегетативной регуляции, гемодинамическим центром, внутрисердечными механизмами. Каждая из этих структур вносит свои коррективы в функционирование енно-атриального узла. Определить вклад вышеназванных структурных компонентов в регуляцию сердечной деятельности можно по показателям вариабельности сердечного ритма (Баевский, Берсенева, 2001).

Целыо нашей работы является комплексное изучение пространственно-временных взаимоотношений механизмов регуляции ритмо-образовательных процессов сердца в условиях относительного функционального покоя, а также при физических и умственных нагрузках.

Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:

1. Исследовать взаимосвязь между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма у человека в условиях функционального покоя.

2. Исследовать взаимосвязь между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма с учетом типа вегетативной регуляции сердечного ритма и тонуса вегетативной нервной системы.

3. Рассмотреть особенности индивидуального восприятия времени у студентов младших курсов и исследовать связь продолжительности индивидуальной минуты с пространственно-временными характеристиками ритмообразователыюго процесса сердца.

4. Исследовать пространственно-временной статус механизма регуляции сердечного ритма и особенности восприятия времени у студентов младших курсов при физической нагрузке средней интенсивности.

5. Исследовать пространственно-временной статус механизма регуляции сердечного ритма и особенности восприятия времени у студентов младших курсов при интеллектуальной нагрузке.

Новизна исследования

Впервые осуществлено исследование формирования ритма сердца в организме человека с позиции пространственно-временной организации физиологических функций. Впервые получено представление о пространственно-временной организации механизма ритмооб-разователыюго процесса сердца с учетом вегетативного статуса и особенностей регуляции сердечной деятельности. Новизна исследования заключается в проведении комплексного анализа временных и пространственных параметров вариабельности сердечного ритма при физической и интеллектуальной нагрузках. Впервые определена связь между продолжительностью индивидуальной минуты и показателями вариабельности сердечного ритма у человека в состоянии относительного функционального покоя с учетом вегетативного тонуса и типов вегетативной регуляции. Впервые определена связь между субъективной оценкой времени человеком и показателями вариабельности сердечного ритма при физической и интеллектуальной нагрузках.

Теоретическая и практическая значимость

Сформулированы новые научные положения, дополняющие современные знания о формировании частоты и ритма сердца. Выявлена корреляционная связь между индивидуальным восприятием времени и ритмообразовательным процессом сердца.

Полученные в ходе исследования данные расширяют представления о механизмах пространственно-временных взаимоотношений в биологических системах. Пространственно-временные характеристики регуляции ритма сердца могут быть использованы в комплексной оценке компенсаторно-приспособительных реакций организма при различных функциональных состояниях.

Выявленные корреляционные связи между продолжительностью индивидуальной минуты и показателями вариабельности сердечного ритма позволяют использовать внутренний отсчет времени в качестве критерия оценки вегетативного статуса организма и его адаптационных возможностей.

Изучены особенности восприятия времени в процессах интеллектуальной и физической нагрузок.

Материалы исследования используются в преподавании курса «Нормальная физиология» на кафедре нормальной физиологии АГМА.

Материал и методы исследования

Исследования проводились на кафедре нормальной физиологии Астраханской государственной медицинской академии с 2010 по 2013г в соответствии с планом НИР в рамках кафедральной проблемы «Ритмообразовательная функция сердца». Исследования проводились на студентах 2 курса АГМА в возрасте от 17 до 23 лет. Данный возрастной период относится к критическому, так как сопряжен с процессами адаптации к новым социальным условиям, к учебному процессу (Черникова, 2004). Всего под наблюдением находились 348 человек, из них 193 девушки и 155 юношей. При выполнении исследований исходили из принципа максимального невмешательства в естественные физиологические процессы и соблюдения принципов биоэтики. В связи с

этим, все исследовательские работы осуществлялись при добровольном информированном согласии, болезненные и инвазивные процедуры полностью исключались. Структура исследования пространственно-временных характеристик формирования ритма сердца, психофизиологических процессов и состав групп обследованных испытуемых представлена в таблице 1.

Таблица 1

Структура исследования__

Предмет исследования Методы исследования Изучаемые показатели Количество студентов

Всего Девушки Юноши

Пространственно-временная характеристика ритма сердца в условиях покоя Антропометрические, клишжо-физиологические ЧСС, АДс, АДд, ВИ, МОК, АП, масса тела, длина тела, возраст. 348 193 155

Электрофизиологические ЭПК, ИФАСНС, MxDMn, SKO, Mo, АМо, Si, TP, HFP, LFP, VLFP, LF/HF, VLF/HF, 1С. PARS

Восприятие времени Психофизиологическое тестирование ИМ 107 77 30

Морфометричес-кне, клинико-физиологические, электрофизиологические ЧСС, АДс, АДд, ВИ, МОК, АП, масса тела, длина тела, возраст, показатели ВСР

Пространственно-временная характеристика ритма сердца при физических нагрузках Психофизиологическое тестирование ИМ 50 31 19

Морфометричес-кие, клшшко-фн-зиологические, электрофизиологические ЧСС, АДс, АДд. В И, АП, МОК, масса тела, длина тела, возраст, показатели ВСР

Пространственно-временная характеристика ритма сердца при интеллектуальных нагрузках Психофизиологическое тестирование ИМ 57 46 11

Морфометричее-кие, клинико-фи-зиологические, электрофизио-логическне ЧСС, АДс, АДд, ВИ, АЛ, МОК, масса тела, длина тела, возраст, показатели ВСР

Физическое развитие испытуемых оценивалось по длине, массе тела, возрасту. Состояние сердечно-сосудистой системы определяли по

пульсу, артериальному давлению, систолическому объему и минутному объему кровотока (Полунин, Яхьяева, 2005). Электропроводность кожи ладоней (ЭПК) измеряли с помощью микроамперметра (Рябцев, 1984). Адаптационные возможности организма оценивались по вариабельности сердечного ритма (Семенов, Баевский, 1996). Компенсаторно-приспособительные возможности сердечно-сосудистой системы определялись по интегральному показателю - адаптационному потенциалу (АП) (Баевски й, Берсенева, 1997). Соотношение активности симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы оценивали по показателям вариабельности сердечного ритма (Баевский, 1979; Баевский и др., 1984). Состояние тонуса вегетативной нервной системы (ваго-, нормо- и симпатотония) определяли с помощью расчетных формул по индексу Кердо (ВИ), по индексу функциональной активности симпатической нервной системы (ИФАСНС) (Вейн и др., 1991; Дубровский, 1999; Горбунов, 2003; Горст, Горст, 1992).

Анализ вариационной пульсометрии и спектральный анализ ВСР производили с помощью программы ИСКИМ6 аппаратного комплекса «Варикард 2.51». При определении типа вегетативной регуляции использовали принцип градации по показателям индекса напряжения регуляторных систем (SI) и мощности очень низкочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма (VLF) математического и спектрального анализа вариабельности сердечного ритма (Шлык, 2003, 2009).

Для оценки особенностей восприятия времени человеком использовали тест «индивидуальная минута», предложенный Ф. Халбер-гом (Halberg, 1969).

В качестве интеллектуальной нагрузки предлагались два варианта: автоматизированный вид тестирования (Орлов, Ноздрачев, 2005) и бланковый (неавтоматизированный) (Пак, 1998; Гузеев, 2002; Майоров, 2002). Физическая нагрузка обеспечивалась с помощью велоэрго-метра «Medicor» (Венгрия). Нагрузка для девушек составляла 50 Watt, для юношей - 100 Watt. Продолжительность работы - 5 минут.

Методы математнко-статнстлческого анализа данных

Полученные результаты статистически обрабатывались по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Использовался t - критерий Стыодента. корреляционный анализ (Лакин, 1990; Автандилов, 1990; Реброва, 2002). Для анализа динамики физиологических показателей в ходе наблюдений применялся метод прямых разностей (Некляев, 1968). Статистическая, геометрическая и спектральная обработка кардиоинтервалограмм осуществлялась по программе ИСКИМ6, разработанной в «Институте внедрения новых медицинских технологий» (г.Рязань) (Семенов, Баевский, 1996).

Основные положения, выносимые на защиту

Между частотой сердечных сокращений, наиболее часто встречающимся кардиоинтервалом, степенью разброса продолжительности кардиоинтервалов и контурами нейрональной регуляции ритмообразовательного процесса образуется пространственно-

временной континуум.

Пространственно-временные характеристики ритмообразователь-ного процесса сердца зависят от вегетативного статуса организма, типа вегетативной регуляции сердечного ритма.

При физической и интеллектуальной нагрузках сопряженность пространственных и временных характеристик регуляции ритма сердца увеличивается.

Индивидуальное восприятие времени имеет функциональные связи с пространственно-временными характеристиками ритмообразо-вательного процесса, усиливающимися при физических и умственных нагрузках.

Апробация работы и внедрение в практику ее результатов

Основные научные положения, выводы диссертационной работы представлены и обсуждены на 8-международной научно-практической конференции «Достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань, 2011), на V Всероссийском симпозиуме с международным участием «Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение» (Ижевск, 2011), на X и XI международных конгрессах «Кардиостим 2012» и «Кардиостим 2014» (Санкт-Петербург, 2012, 2014), на межрегионарной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кардио-неврологии - 2012» (Астрахань, 2012), на XXII съезде физиологического общества им. И.П.Павлова (Волгоград, 2013). на 9-международной научно-практической конференции «Достижения фундаментальных наук и возможности трансляционной медицины в решении актуальных проблем практического здравоохранения» (Астрахань, 2013), на итоговых научно-практических конференциях сотрудников АГМА и врачей Астраханской области (Астрахань, 2011, 2013), на заседании кафедры нормальной физиологии Астраханской государственной медицинской академии (Астрахань, 2011-2014), на IV Съезде физиологов СНГ (Сочи — Дагомыс,2014).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях согласно перечню ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура диссертации

Диссертация изложена на 144 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, главы собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка цитируемой литературы, содержащего 328 литературных источников, из них 82 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 13 рисунками и 18 таблицами.

Результаты исследования и их обсуждение 1. Исследования вегетативного статуса и пространственно-

временных характеристик рнт.мообразовательного процесса

сердца при различных функциональных состояний

Из большого многообразия физиологических систем с четким

проявлением пространственно-временных параллелей особое место занимает сердечно-сосудистая система, в которой особый интерес представляют структурно-хронологические закономерности рнтмообразо-вательного процесса. В системе регуляции ритма сердца выделяют центральный и периферический контуры, которые представлены вну-трисердечными механизмами, симпатическим и парасимпатическим звеньями вегетативной регуляции, гемодинамическим центром. Каждая из этих структур вносят свои коррективы в функционирование си-ноатриального узла - ведущего водителя ритма сердца. Определить вклад некоторых структурных компонентов в регуляцию сердечной деятельности можно по показателям вариабельности сердечного ритма. Уровень активности парасимпатического звена вегетативной регуляции оценивают по значению суммарной мощности спектра высокочастотного компонента ВСР (HF). Уровень активности симпатического звена вегетативной регуляции (преимущественно надсегментарных отделов) оценивают по значению суммарной мощности спектра очень низкочастотного компонента ВСР (VLF). Уровень активности гемодинамического центра - по значению суммарной мощности спектра низкочастотного компонента ВСР (LF) (Баевский и др., 2001).

К временным характеристикам сердечной деятельности относятся: частота сердечных сокращений, наиболее часто встречающиеся кардиоинтервалы, вариационный разброс кардиоинтервалов, стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов. Хронофизиологи-ческие параметры отражают общее состояние регуляторных систем, их активность, степень участия в формировании ритма сердца. 1.1. Пространственно-временные параллели в регуляции ритмообразовательной функции сердца в условиях покоя

С целью изучения пространственно-временных взаимоотношений механизмов регуляции ритмообразовательных процессов сердца мы провели корреляционный анализ между частотой сердечных сокращений и показателями вариабельности сердечного ритма, которые характеризуют контуры регуляции и хронологические аспекты деятельности сердца. Нами было обследовано 348 студентов медицинской академии в возрасте 19,4 ± 0,2 года. Среди них было 193 девушки и 155 юношей. Испытуемые находились в состоянии относительного функционального покоя. Все изучаемые нами гемодинамические показатели и показатели вариабельности сердечного ритма соответствовали возрастной норме. Нами выявлены различия между показателями юношей и девушек по частоте сердечных сокращений, артериальному давлению, адаптационному потенциалу, электропроводности кожи.

Далее мы провели корреляционный анализ между временными параметрами сердечной деятельности и показателями суммарной мощности высокочастотного, низкочастотного и очень низкочастотного компонентов спектра ВСР в абсолютных и относительных величинах. Результаты анализа представлены в таблице 2. Обращают : на себя внимание сильные корреляционные связи, выявленные между разбросом максимальных и минимальных значений кардиоинтервалов

и мощностью высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра ВСР в абсолютных величинах. Полученный результат закономерен, потому что при расчете мощности спектра волн ВСР учитывается разброс кардиоинтервалов.

Таблица 2

Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и показателями суммарной мощности компонентов спектра вариабельности сердечного ритма у студентов в условиях функционального _покоя (г)_

Сравниваемые Общая группа Девушки Юноши

показатели (п~348) (п=193) (п=155)

Ш-ЬТ -0,23* -0,32* -0,17

на-и -0,16 -0,20 -0,13

ня - уи -0,13 -0.12 -0,12

Ш-НРР -0.37* -0,44* -0,34*

ня-ир 0,30* 0,36* 0,27*

ня-уир 0.27* 0,33* 0,23*

МхЭМп-НР 0,73* 0,78* 0,72"

МхБМп-и 0,71* 0.76* 0,71*

МхЭМп - УЬР 0,68* 0,68* 0,68*

МхБМп-НРР 0,24* 0,24* 0,27*

\lxDMn - иР -0,16 -0,20 -0,15

МхОМп-УЦф -0,21* -0,18 -0.26*

Мо-НР 0,22* 0,30* 0,16

Мо-Ы7 0,17 0,18 0,15

Мо-УЬГ 0,15 0,09 0.18

Мо-НРР 0,33* 0,40* 0,29*

Мо-иР -0,28* -0,33* -0.25*

Мо-УЬРР -0,22* -0.29* -0,17

Примечание: * - Р<0,05

На следующем этапе исследования, на основании полученных данных, мы разделили всех испытуемых на четыре группы с умеренным (УПЦР) и выраженным (ВПЦР) преобладанием центральной регуляции сердечного ритма, а также с умеренным (УПАР) и выраженным (ВПАР) преобладанием автономной регуляции, используя принцип градации по показателям 51 и VЬР анализа вариабельности сердечного ритма (Шлык, 2003, 2009). По полученным данным, наиболее представительными были группы студентов с умеренным преобладанием автономной вегетативной регуляции (40% обследованных) и выраженным преобладанием центральной регуляции сердечного ритма (37% обследованных). Менее представительными были группы студентов с умеренным преобладанием центральной регуляции (18% обследованных) и выраженным преобладанием автономной регуляции сердечного ритма (5% обследованных).

Корреляционный анализ между временными параметрами сердечной деятельности и показателями суммарной мощности высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра ВСР в

абсолютных и относительных величинах в группах студентов с различными типами вегетативной регуляции организма показал, что наиболее сильные и многочисленные корреляционные связи между пространственными и временными показателями механизма регуляции сердечного ритма складываются в группах с выраженным преобладанием центральной и автономной регуляции (табл. 3). Можно предположить, что увеличение активности центрального и автономного контуров регуляции хронофизиологической деятельности сердца приводит к консолидации пространственных и временных характеристик ритмооб-разовательного процесса.

Таблица 3

Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и

показателями суммарной мощности компонентой спектра вариабельности сердечного ритма у студентов с различными типами вегетативной регуляции

Сравниваемые показатели Типы вегетативной регуляции организма

УПЦР (п=58) ВПЦР (п=116) УПАР (п=125) ВПАР (п=16)

Ш-МР -0,20 -0,39* 0,14 0,55*

НЯ-ЬИ -0,14 0.04 0,26* 0,65*

ня-уи -0,04 -0,16 0,24 0,65*

НИ - ЮТ -0,28 -0,40* -0,12 -0,27

НЯ-ЬЯР 0,03 0,43* 0,12 0,28

ня-уир 0,37* 0.16 0,04 0,04

МхЛМп - НР 0,29 0,65* 0,73* 0,69*

МхЭМп - Ы-' 0,18 0,52* 0,63* 0,77*

МхПМп - Уи 0,17 0,43* 0,55* 0,65*

МхВМп -Н1Ф 0.26 0,35 * 0,28* -0,06

МхОМп - ЬРР -0,07 -0,17 -0,21 0,22

МхОМп - УЬИР -0,30* -0,41* -0,19 -0.21

мо - да 0,18 0,36* -0,23 -0,16

\lo-LF 0,17 -0,07 -0,28* -0,37*

Мо-УЬР 0,04 0,17 -0,21 -0,29

Мо - НРР 0,22 0,37* 0,06 0,49*

Мо-ЬРР 0,04 -0,43* -0,09 -0,51*

Мо- УЬИР -0,35* -0,11 0,02 -0,07

Примечание; * - Р<0,05 Отличительной особенностью обследованных с выраженным преобладанием автономной вегетативной регуляции сердечного ритма является наличие сильных положительных корреляционных связей между частотой сердечных сокращений и мощностью высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра ВСР. Следует отметить, что в небольшой по численности группе студентов с выраженным преобладанием автономной регуляции частота сердечных сокращений находится на нижней границе нормы, величина вегетативного индекса Кердо свидетельствует о преобладании тонуса парасимпатической нервной системы, значения адаптационного потенциала

указывают на устойчивую адаптацию.

В аналитической группе с распределением испытуемых по степени активности вегетативной нервной системы было выделено три состояния: преобладание тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы (ВИ меньше - 10,0; 85 человек), баланс между парасимпатическим и симпатическим отделами вегетативной нервной системами (ВИ от - 10,0 до + 10,0; 146 человека), преобладание тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы (ВИ больше + 10,0; 117 человек).

В группах обследованных с различным состоянием вегетативного тонуса был проведен корреляционный анализ между временными и пространственными компонентами ритмообразовательных процессов сердца. Практически одинаково высокими оказались корреляционные связи между разбросом кардиоинтервалов и показателями мощности высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра ВСР в абсолютных величинах. В группе студентов с балансом взаимовлияния отделов вегетативной нервной системы и в группе с преобладанием тонуса симпатической системы обнаруживаются достоверные отрицательные корреляционные связи между частотой сердечных сокращений и относительными показателями высокочастотных компонентов спектра волн ВСР. Между частотой сердечных сокращений и очень низкочастотными компонентами вариабельности сердечного ритма формируются положительные корреляционные связи.

Таким образом, нами выявлено, что частота и ритм сердечных сокращений с одной стороны, и центральный и автономный контуры регуляторных механизмов, с другой, образуют пространственно-временной континуум системы регуляции ритмообразовательной функции сердца. В состоянии покоя наиболее тесные и обширные связи между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма и его регуляцией проявляются у испытуемых с выраженным преобладанием центральной и автономной вегетативной регуляции сердечного ритма.

1.2. Индивидуальная минута в пространственно-временных

взаимоотношениях механизмов формирования ритма и

частоты сердечных сокращений

Человеку свойственно субъективно оценивать продолжительность отдельных временных отрезков физического времени. Величина субъективной оценки продолжительности временных интервалов зависит от функционального состояния организма, возраста человека, внешних факторов (погодные условия, время суток, сезон года). Мы определяли взаимосвязи механизма формирования ритма и частоты сокращения сердца с персональным ощущением продолжительности временных отрезков. В качестве критерия субъективной оценки временных интервалов был выбран тест «индивидуальная минута». Продолжительность индивидуальной минуты в общей группе у студентов составила 64,2±1,7 секунды. У девушек величина индивидуальной минуты была 66,3± 2,2 секунды, что незначительно выше, чем у юношей (60,0±2,5 секунд).

Для детального исследования продолжительности индивидуальной минуты и ее связи с показателями гемодинамики и ВСР всех испытуемых разделили на группы по степени выраженности вегетативного индекса, величине адаптационного потенциала, а также на группы с различными типами вегетативной регуляции с принципом деления испытуемых по показателям ВСР (Шлык, 2009).

На первом этапе всех испытуемых разделили по величине вегетативного индекса на три группы. В 1-ю вошли студенты с преобладанием активности парасимпатической нервной системы (25 человек), во 2-ю группу вошли студенты с балансом между симпатическим и парасимпатическими отделами вегетативной нервной системы (43 человека), в 3-ю группу вошли испытуемые с преобладанием тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы (39 человек). Продолжительность индивидуальной минуты в первой группе составила 64,9±4,0 секунды, во второй группе - 65,3±0,9 секунды, в третьей — 62,6±2,6 секунды.

Корреляционный анализ проводили между продолжительностью индивидуальной минуты, с одной стороны, и основными показателями гемодинамики, вариабельности сердечного ритма и индексами функциональной активности с другой. Нами было установлено, что достоверные корреляционные связи возникают только между продолжительностью индивидуальной минуты и показателями вариабельности сердечного ритма, особенно в группе с преобладанием активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Меньше степень корреляции была в группе с балансом отделов вегетативной нервной системы и полностью отсутствовала в группе с преобладанием тонуса симпатического отдела. Обращает на себя внимание, что индивидуальная минута взаимосвязана с пространственными (НБ, ЬР) и временными (МхБМп) характеристиками ритмообразовательного процесса.

Деление испытуемых на группы с различными типами вегетативной регуляции организма позволило выделить четыре варианта: с умеренным (24 человека) и выраженным (34 человека) преобладанием центральной регуляции сердечного ритма, а также с умеренным (39 человек) и выраженным (1 человек) преобладанием автономной регуляции. Продолжительность индивидуальной минуты в группах с различными типами вегетативной регуляции практически не отличалась. У испытуемых с УПЦР составила 66,3±4,1с, при ВПЦР -64,5±2,8с, в группе с УПАР - 64,5±2,5с. Продолжительность индивидуальной минуты имела достоверную корреляционную взаимосвязь только с показателями вариабельности сердечного ритма в группах с выраженным (ВПЦР) и умеренным преобладанием центральной регуляции (УПЦР) (табл. 4).

1.3. Пространственные и временные показатели формирования ритма и частоты сердечных сокращений при физической нагрузке средней интенсивности

Далее была поставлена задача исследовать взаимосвязь между пространственными и временными показателями механизма регуляции

ритмообразовательной функции сердца при физической нагрузке. До физической нагрузки у испытуемых регистрировали гемодинамичес-кие показатели, рассчитывали адаптационный потенциал и вегетативный индекс, проводили запись ЭКГ на аппаратно-программном комплексе «Варикард 2.51», определяли продолжительность «индивидуальной минуты». Затем испытуемые в течение 5 минут выполняли физическую нагрузку на велоэргометре «Medicor» (Венгрия). Величина нагрузки дозировалась в соответствии с физическими возможностями испытуемых и составляла от 50 до 100 watt. Сразу после завершения физической нагрузки повторяли измерения вышеуказанных показателей.

Таблица 4.

Корреляционные связи между продолжительностью индивидуальной минуты, показателями гемодинамики и вариабельности сердечного ритма у студентов с _различными типами вегетативной регуляции организма_

Сравниваемые показатели Типы вегетативной регуляции организма

УПЦР (п=24) ВПЦР (п=34) УПАР (п=39)

ИМ-ЧСС 0,03 -0,3 -0,2

ИМ-АДС -0,001 -0,08 -0,04

ИМ-АДД 0,07 -0,09 -0,03

ИМ-ВИ -0.05 -0,3 -0,1

ИМ-АП -0,03 -0,2 -0,04

ИМ-МОК 0,03 -0,2 -0,2

им-со -0,004 0,1 -0,02

ИМ-Мо 0,05 0,34* 0,2

ИМ-АМо -0,1 -0,4* -0.09

ИМ-МхМп -0,2 0,3 0,04

ИМ-1С 0,3 -0,32* -0,3

ИМ-SI -0,02 -0,4* -0,2

ИМ-ТР 0,4* 0,4* 0,03

ИМ-HF 0,16 0,5* 0,06

ИМ-LF 0,5* 0,06 -0,03

ИМ-ULF 0,1 -0,03 0,004

ИМ-VLF 0,5* 0,2 0,01

ИМ-LF/HF 0,2 -0,3 -0,2

ИМ-PARS 0,06 -0,5* 0,07

ИМ-HFP -0.4* 0,4* 0,2

ИМ-LFP 0,5* -0,35* -0,2

ИМ-VLFP 0,04 -0,2 -0,09

Примечание: * -Р<0,01

Продолжительность «индивидуальной минуты» до физической нагрузки составила б5,0±2,7 с, после физической нагрузки практически не изменилась и составила 64,8±1,9 с. Показатели гемодинамики, анализ вариабельности сердечного ритма, интегральные индексы функциональной активности организма свидетельствуют о

том, что физическая нагрузка приводит к повышению тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы, что является адекватной реакцией испытуемых на умеренную физическую нагрузку.

Исследование пространственно-временных связей морфофунк-циональных компонентов в ритмообразовательных механизмах сердца нами было проведено в динамике реакции организма испытуемых на физическую нагрузку средней интенсивности. Оценивались три компонента, отражающих временные характеристики ритмической деятельности сердца, и шесть показателей, связанных с пространственной организацией регуляторов сердечного ритма. Комплексы параметров, которые подвергались корреляционному анализу, после физической нагрузки проявляли тенденции как к повышению корреляционного показателя, так и к его понижению (рис. 1, 2, 3). Наиболее стабильную динамику роста проявили связи показателей, отражающих разброс кардиоинтервалов и мощность высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн ВСР в абсолютных и относительных величинах. Корреляционный показатель, отражающий связь между величиной разброса кардиоинтервалов и мощностью спектра волн ВСР, имеет ведущее значение в группе других корреляционных индексов как в условиях функционального покоя, так и при физической нагрузке средней интенсивности. Таким образом, разброс кардиоинтервалов является временным параметром механизма ритмообразовательного процесса сердца, который наиболее тесно сопряжен с пространственными компонентами ритмогенеза сердца. Усиление корреляционных связей при умеренной физической нагрузке можно рассматривать как компен-

Шло фшнчсоеой нагруби

1 после фищ'юской 11:11))у*и>>'

Рис. 1. Изменение корреляционных показателей, отражающих связь частоты сердечных сокращений и мощности ванн ВСР, после физической нагрузки

Примечание: * - Р<0,05

саторно-приспособительную реакцию, обеспечивающую сопряжение пространственных и временных компонентов в механизме ритмообразовательной функции сердца, напряжение регуляторных механизмов.

МхОМп - МхОМп- МхОМп- МхОМп — Mx-D.Mii- МхОМч-НГ ЬК ИГР 1,1'1" VL.Fr

□ до физической нагрузки Шпосле физической нагрузки

Рис. 2. Изменение корреляционных показателей, отражающих связь разброса кардиоинтсрвалов и мощности волн ВСР, после физической нагрузки Примечание: * - Р<0,05

Мо-ИГ Мо-1,1 .1' Л1<> —ИМ* Мч 1М- Мо УТ .П-

| Одо фи:»,Ч1;цко1| иягрузкк Ш после фи:тчсскоб нагрузки

Рис. 3 Изменение корреляционных показателей, отражающих связь наиболее часто встречающегося кардиоинтервала и мощности волн ВСР, после физической нагрузки

Примечание: * - Р<0,05

Далее мы оценили влияние физической работы на корреляционную связь между продолжительностью индивидуальной минуты и функциональными характеристиками сердечно-сосудистой системы.

Полученные результаты показывают, что после физической нагрузки средней интенсивности усиливаются связи индивидуальной минуты с гемодинамическими показателями, которые отражают потребности организма в доставке к органам и тканям кислорода и питательных веществ. Следует также отметить увеличение связей продолжительности индивидуальной минуты с показателями ВСР, характеризующими активность симпатического отдела вегетативной нервной системы и центральных механизмов регуляции ритмообразовательной функции сердца. Наблюдается тенденция увеличения связей индивидуальной минуты с адаптационным потенциалом и вегетативным индексом Кердо.

1.4. Пространственные и временные показатели формирования ритма и частоты сердечных сокращений при интеллектуальных нагрузках

В следующем фрагменте работы исследовали взаимосвязь между пространственными и временными показателями процессов регуляции ритмообразовательной функции сердца в условиях относительного функционального покоя и после выполнения интеллектуальной нагрузки в виде тестовых заданий по различным разделам физиологии. Продолжительность «индивидуальной минуты» у студентов до тестирования составила 63,5±2,3с, после тестирования незначительно уменьшилась и составила 61,1 ±2,6с.

После интеллектуальной нагрузки произошло достоверное повышение частоты сердечных сокращений, увеличение артериального систолического давления, электропроводности кожи, индекса функциональной активности симпатической нервной системы, адаптационного потенциала и минутного объема крови.

Имелась тенденция к повышению тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы на фоне снижения адаптивной способности сердечно-сосудистой системы. Среди показателей вариабельности сердечного ритма достоверные изменения произошли только с наиболее часто встречающимися кардиоинтервалами. Обнаружена тенденция к снижению абсолютной мощности спектра волн всех частотных диапазонов за счет уменьшения вариационного разброса кардиоинтервалов.

Нами выявлено, что интеллектуальная нагрузка привела к повышению корреляционных показателей практически во всех изучаемых сочетаниях, отражающих временные характеристики ритмической деятельности сердца и связанных с пространственной организацией регуляторов сердечного ритма, за исключением комбинаций процентного представительства очень низкочастотных волн спектра ВСР с частотой сердечных сокращений, разбросом кардиоинтервалов и наиболее часто встречающимся кардиоинтервалом (рис 4, 5, 6).

МяЮМп- МхОМп- МхОМп- МхОМп- МкРМп- МхОЛЛп-Л/ НР ия НРР 1_ГР 1_РГ>

ьз до интег.лектуапьнои нагрузки к* после интеллектуальной нагрузки

О, в 0,4 0,2 О

-0.5

| ядоипгсллэктуапыюИцагруэкм впоспо щ |тй?ллвкгуат.^|ой на гру.зкм |

Рис, 4. Изменение корреляционных показателей, отражающих связь частоты сердечных сокращений и мощности волн ВСР, после интеллектуальной нагрузки Примечание: * - Р<0,05

Особенно выраженные изменения произошли в показателях корреляционной зависимости между ЧСС и наиболее часто встречающимся кардиоинтервалом, с одной стороны, и суммарной мощностью волн спектра ВСР всех частотных характеристик, с другой.

Рис. 5. Изменение корреляционных показателей, отражающих связь разброса кардиоинтервалов и мощности волн ВСР, после интеллектуальной нагрузки Примечание: * - Р<0,05

*

Q l'i'i'r^-.........trr "TV ■■ .......Г ¡"IT................ ■■ ............-.y—............. ' . :. - . :----• , ^.L.'-'. --------'

Mo — HF Mo-l-F Mo-VLF № — HPP Mo-i.FR Mo-VLFP

до ИКГвПЛВКГуаЛ1а>ion í IcJipyaKH ЦЛОСП« И> аоялоктуалшой t Шфуэки

Рис. 6. Изменение корреляционных показателей, отражающих связь наиболее часто встречающегося кардиоинтервала и мощности волн ВСР, после интеллектуальной нагрузки

Примечание: * - Р<0,05

Увеличение корреляционных показателей может свидетельствовать о том, что умственная нагрузка повышает степень влияния центральных и автономных контуров регуляции ритмообразова-тельного процесса на формирование частоты сердечных сокращений.

В соответствии с поставленными в работе задачами нами был проведен корреляционный анализ между продолжительностью индивидуальной минуты и показателями гемодинамики и вариабельности сердечного ритма до и после интеллектуальной нагрузки. По нашим данным, до проведения интеллектуальной нагрузки между анализируемыми показателями отсутствовали достоверные корреляционные связи. После интеллектуальной нагрузки продолжительность индивидуальной минуты начинала коррелировать с показателями функциональной активности сердечно-сосудистой системы, отражающими как временные составляющие (ЧСС, Мо), так и пространственные (HF, ТР) характеристики механизмов регуляции ритмической активности сердца.

Тесные корреляционные связи между пространственными и временными характеристиками регуляции ритма сердца можно рассматривать как важный критерий адаптации сердечно-сосудистой системы. Пространственно-временной подход к рассмотрению механизма регуляции ритмообразовательной функции 'Сердца представляет собой концепцию новых взглядов на морфофункциональную организацию центрального и автономного контуров регуляции деятельности сердца при различных функциональных состояниях.

Выводы

1. Частота и ритм сердечных сокращений, центральный и автономный контуры механизмов регуляции кардиоритма формируют пространственно-временной континуум системы ритмо-образовательной функции сердца.

2. В условиях относительного функционального покоя наиболее тесные корреляционные связи образуются между взаимодействующими компонентами, такими как показатели суммарной мощности высокочастотного, низкочастотного и очень низкочастотного компонентов спектра вариабельности сердечного ритма в абсолютных величинах и разбросом максимальных и минимальных значений кардиоинтервалов.

3. В состоянии относительного функционального покоя наиболее выраженные связи между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма и его регуляцией проявляются у испытуемых с выраженным преобладанием центральной и автономной вегетативной регуляции сердечного ритма.

4. Продолжительность «индивидуальной минуты» имеет функциональные связи с пространственно-временными характеристиками ритмообразовательного процесса сердца. В условиях функционального покоя продолжительность «индивидуальной минуты» проявляет наиболее сильные корреляционные связи с показателями вариабельности сердечного ритма у испытуемых с преобладанием активности парасимпатической нервной системы и выраженным преобладанием центральной вегетативной регуляции.

5. Физическая нагрузка вызывает увеличение пространственно-временной сопряженности частоты сердечных сокращений, величины часто встречающихся кардиоинтервалов и вклада центров симпатической нервной системы в регуляцию ритмической активности сердца.

6. Умственная нагрузка сопровождается увеличением степени влияния центрального и автономного контуров регуляции всех уровней на формирование частоты сердечных сокращений и продолжительности наиболее часто встречающихся кардиоинтервалов.

7. При умственной и физической нагрузке увеличивается сопряженность продолжительности «индивидуальной минуты» с основными показателями вариабельности сердечного ритма, а при физической нагрузке также и с объемной скоростью кровотока.

Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в ведущих научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Шебеко, Л.В. Рассогласование ритмов сердечко-сосудистой и дыхательной систем при максимальных физических нагрузках / В.Р. Горст, H.A. Горст, MB. Полукова, Л.В. Шебеко, М.И. Лобанова, А.Б. Багамаева // Астраханский медицинский журнал.-2011, т.6, Лг»2. - С. 242 -244.

2. Шебеко, Л.В. Пространственно-временные параметры различных контуров регуляции частоты и ритма сердечных сокращений / И.Н. Полунин, В.Р. Горст, H.A. Горст; Л.В. Шебеко, С.Н. Лычашна //Естественные науки.-2013. - №4 (45). - С.77-82.

3. Шебеко, Л.В. Вегетативная нервная система и пространствен/ но-временная организация ритмогенеза сердца / H.H. Полунин, Н.А.Горст, Л.В.Шебеко, М.В. Полукова // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - JV» 6; URL: http://\ууду.science-education щ/120-16078

Статьи в сборниках материалов научных конференций

1. Шебеко, Л.В. Хронофизиологические аспекты формирования ритма сердца / В.Р. Горст, ИЛ. Полунин, Н.А.Горст, Л.В. Шебеко, МИ. Лобанова // Материалы V Всероссийского симпозиума с международным участием «Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение». Ижевск. Изд-во «Удмурдский университет». 2011. - С. 46-49.

2. Шебеко, Л.В. Взаимосвязь показателей вариабельности сердечного ритма и хронофизполотнческнх характеристик психических процессов у человека / В.Р. Горст, И.Н. Полунин, H.A. Горст, Л.В. Шебеко, М.В. Полукова, М.И. Лобанова //«Вестник арит.мологии». Приложение А. Материалы X конгресса «Кардностим» - 2012 - С.79.

3. Шебеко, Л.В. Состояние вариабельности сердечного ритма у студентов Астраханской государственной медицинской академии / Л.В. Шебеко, М.И. Лобанова // Труды Астраханской государственной медицинской академии. Тем 42 (LXV1). -Астрахань, 2011. - С. 75 - 76.

4. Шебеко, Л.В. Хронофизиологические аспекты адаптации человека / В.Р. Горст, H.A. Горст, Л.В. Шебеко .//Труды Астраханской государственной медицинской академии. Том 43 (XLIU). - Астрахань, 2013. - С. 92-94.

5. Шебеко, Л.В. Вариабельность сердечного ритма и индивидуальная минута при физической нагрузке / И.Н. Полунин, В.Р. Горст, Н.А.Горст, Л.В. Шебеко //Материалы межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кардионеврологии». Астрахань,2012.- С.111-114.

6. Шебеко, Л.В. Временная организация адаптивных процессов человека / И.Н. Полунин, В.Р. Горст, Н.А.Горст, Л.В. Шебеко //Тезисы докладов. ХХП съезд физиологического общества имени И.П. Павлова. Москва-Волгоград, 2013. - С. 422-423.

7. Шебеко, Л.В. Пространственно-временная организация механизмов формирования сердечного ритма / И.Н. Полунин, В.Р. Горст, Н.А.Горст; Л.В. Шебеко //Материалы IX международной научно-практической конференции «Достижения фундаментальных наук и возможности трансляционной медицины в решении актуальных проблем практического здравоохранения». Астрахань, 2013. - С. 88-89.

8. Шебеко, Л.В. Пространственно-временные корреляции регуляторных механизмов рнтмообразовательной функции сердца / В.Р. Горст, Н.А.Горст, Л.В. Шебеко, М.В. Полукова //Сборник тезисов X! международного конгресса «Кардностим 2014». Санкт-Петербург, 27февраля-1 марта, 2014. - С. 170.

9. Шебеко, Л.В Пространственно-временные параллели в регуляции рнтмообразовательной функции сердца / А.И. Семенец, Л.В. Шебеко, H.A. Мамедов //Материалы X Всероссийской Бурденковской студенческой научной конференции «Молодежный инновационный вестник». Том 111, № 2,2014 - С. 383-384.

10. Шебеко, Л.В. Регуляция ритмообразозательной функции сердца в пространственно-временном отражении / В.Р. Горст, И.Н. Полунин, Н.А.Горст, Л.В. Шебеко // Научные труды IV съезда физиологов СНГ. Под ред. А.И. Григорьева, Ю.В. Нагочина, Р.И. Сепнашвили. Сочи - Дагомыс, Россия, 8-12 октября, 2014-С. 100-101.

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АДд - диастоличгское артериальное давление

АДе - систолическое артериальное давление

АП - адаптационный потенциал

ВИ - вегетативный индекс Кердо

ВНС - вегетативная нервная система

ВПАР - выраженное преобладание автономной регуляции

ВПЦР - выраженное преобладание центральной регуляции

ВСР - вариабельность сердечного ритма

ИВР - индекс вегетативного равновесия между отделами вегетативной нервной системы ИМ - индивидуальная минута

ИФАСНС - индекс функциональной активности симпатической нервной системы МОК - минутный объем крови

ПСНС - парасимпатическая вегетативная нервная системы СНС - симпатическая вегетативная нервная системы СО - систолический обт.ем

УПАР - умеренное преобладание автономной регуляции

УПЦР - умеренное преобладание центральной регуляции

ЧСС - частота сердечных сокращений

ЭПК - электропроводность кожи

АМо - амплитуда моды (процент встречаемости моды)

HF - мощность высокочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма HFP - доля высокочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма от

суммарной мощности спектра HR - частота сердечных сокращений 1С - индекс централизации

LF - мощность низкочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма LFP-доля низкочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма от

суммарной мощности спектра Мо - мода - наиболее часто встречающийся кардионнтервал MxDMn-разность между минимальным и максимальным значениями

кардпоинтервалов PARS - показатель акгивности регуляторных систем R-R- продолжительность кардионнтервала SKO - среднее квадратичное отклонение SI - индекс напряжения регуляторных механизмов TP - суммарная мощность спектра вариабельности сердечного ритма VLF - мощность сверхнизкочастотного компонента спектра вариабельности сердечного ритма

VLFP- доля сверхнизкочасштного компонента спектра вариабельности сердечного ритма от суммарной мощности спектра

Шебеко Людмила Владимировна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЗМОВ РЕГУЛЯЦИИ РИТМА СЕРДЦА

подписано в печать 05.05. 2015г. Тираж 100 экз. заказ № 3851 Издательство ГБОУ ВПО «Астраханский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации 414000, г.Астрахань, ул. Бакинская, 121