HEART RATE VARIABILITY OF THE YOUTHS WITH DIFFERENT TYPES OF HEMODYNAMICS

Full Text

Обучение в вузе — сложный и длительный процесс, требующий большого напряжения всех систем организма. Адаптация к комплексу новых факторов может сопровождаться значительным напряжением компенсаторно-приспособительных систем организма студентов [1]. Известно, что сердечно-сосудистая система одной из первых подвергается нагрузке при негативном влиянии окружающей среды, физических или психоэмоциональных воздействиях [6, 10]. По мнению ряда авторов, рассмотрение регуляции сердечного ритма не может быть полным без понимания механизмов контроля артериального давления, сердечного выброса и общего периферического сопротивления сосудов [8, 14]. Несомненно, различия в типологии системного кровообращения, обусловленные генетическими, конституциональными, возрастными особенностями, будут влиять на энергетические затраты сердечной мышцы при протекании адаптивных процессов, а также диапазон ее ответных реакций [13]. Существуют различные точки зрения на эффективность сердечной деятельности у людей с разным типом гемодинамики. Ряд ученых отмечает гиперкинетический тип (ГрКТ) как наименее экономичный с высокой активностью симпатоадреналовой системы [7]. С другой стороны показано, что именно ГрКТ является наиболее эффективным с высоким уровнем работоспособности [9]. Некоторые авторы указывают, что люди с гипокинетическим типом (ГпКТ) обладают наибольшим динамическим диапазоном сердечно-сосудистой системы с высоким коэффициентом полезного действия системы кровообращения [20]. Также опубликованы данные, что эукинетический тип кровообращения (ЭуКТ) наиболее экономичен, так как является смешанным типом адекватного (уравновешенного) взаимодействия как сердечного, так и сосудистого компонентов, обеспечивающих сохранение и поддержание гомеостаза на должном уровне [11, 18]. Таким образом, целью нашего исследования явилась сравнительная оценка показателей вариабельности сердечного ритма у юношей с разным типом кровообращения. Методы Функциональное состояние сердечно-сосудистой системы было изучено у практически здоровых молодых людей трудоспособного возраста (18,02 ± 0,18) года, родившихся и проживающих в условиях северного региона (г. Архангельск, Архангельская область) и являющихся на момент обследования студентами высшего учебного заведения. На подготовительном этапе исследования у студентов регистрировались: частота сердечных сокращений (ЧСС), уд./мин, пальпаторно; артериальное давление (АД), мм рт. ст., где АДс — систолическое артериальное давление и АДд — диастолическое, аускультативным методом по Н.С. Короткову. Все исследования 38 Экология человека 2012.11 Экологическая физиология проводились в первой половине дня в специально оборудованном кабинете с комфортным температурным режимом. Тип кровообращения определяли по показателю удельного минутного объема кровообращения (УМОК) [15, 16]. Были выделены 3 группы молодых людей: 1-я (n = 149) — с ГрКТ при УМОК > 110 %; 2-я (n = 115) - с ЭуКТ при УМОК = 90-110 %; 3-я (n = 48) - с ГпКТ при УМОК < 90 %. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) изучали с помощью устройства психофизиологического тестирования УПФТ-1/30 «Психофизиолог». Оценивались временные параметры ритма сердца: SDNN, мс — среднеквадратичное отклонение динамического ряда R — R-интервалов; МО, мс — медиана; Mo, мс - наиболее часто встречающееся значение длительности кардиоинтервалов; АМо, % — амплитуда моды, число значений интервалов, равных Мо в процентах к общему числу зарегистрированных кардиоциклов; SI, усл. ед. — индекс напряжения регуляторных систем (Stress index); ВР, мс — вариационный размах, передающий степень вариабельности или размах колебаний значений кардиоинтервалов; ВПР, усл. ед. — вегетативный показатель ритма, отражающий вегетативный баланс с точки зрения оценки активности автономного контура регуляции; ИВР, усл. ед. — индекс вегетативного равновесия — соотношение между активностью симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (ВНС); ПАПР, усл. ед. — показатель адекватности процессов регуляции — соответствие между активностью симпатического отдела ВНС и ведущим уровнем функционирования синусового узла. Регистрировались частотные параметры: ТР, мс2 — суммарная мощность спектра на всех частотных диапазонах; HF, мс2 — мощность спектра высокочастотного компонента ВСР; LF, мс2 — мощность спектра низкочастотного компонента ВСР; VLF, мс2 — мощность спектра сверхнизкочастотного компонента ВСР; LF/HF, усл. ед. — отношение низкочастотной части спектра к высокочастотной [4, 5, 17]. Статистическая обработка материалов выполнена с использованием Microsoft Excel, пакета прикладных программ «StatSoft Statistica v6.0 Rus» и «SPSS 13.0». Все полученные данные проверялись на подчинение закону нормального распределения по критерию Колмогорова — Смирнова. При нормальном распределении результаты представлялись в виде среднего арифметического (М) и ошибки стандартного отклонения (m), при неподчинении закону нормального распределения — в виде среднего арифметического (Мd) и 25-го и 75-го перцентилей. Для оценки значимости независимых выборок исследования использовались критерий t Стьюдента (для параметров с нормальным распределением) и критерий U Манна — Уитни (для параметров, которые не подчиняются закону нормального распределения). Различия считали статистически значимыми при р < 0,05. Корреляционный анализ проводился с помощью коэффициентов корреляции r Спирмена, факторный анализ — с ротацией «варимакс» [12]. Результаты Анализ полученных результатов выявил наибольшую симпатическую активность у юношей с ГрКТ (табл. 1). В данной группе зарегистрированы минимальные относительно молодых людей, вошедших в группы с ЭуКТ и ГпКТ, величины SDNN (p = 0,002; р = 0,001), MO (р = 0,015; р = 0,001), Mo (р = 0,039; р = 006), ВР (р = 0,004; р = 0,008), ВПР (р=0,020). В то же время в 1-й группе наблюдаются максимальные величины SI (р = 0,005; р = 0,003), ИВР (р = 0,001), ПАПР (р = 0,007; р = 0,005), ЧСС (р= 0,001). Максимальная парасимпатическая активность зарегистрирована в группе с ГпКТ. Тем не менее отметим, что у молодых людей из 2-й группы значимые различия с 3-й группой зарегистрированы только по одному показателю кардиоинтервалогра-фии — ЧСС, которая выше в группе с ЭуКТ (р = 0,001). Таблица 1 Показатели кардиоинтервалографии у юношей с разным типом кровообращения (M ± m) или Md (25-й; 75-й перцентили) Показатель ГрКТ (1) ЭуКТ (2) ГпКТ (3) р SDNN, мс 64,07 (45,00; 76,00) 72,72 (53,00; 89,00) 73,02 (55,50; 88,50) 1—3=0,001 1—2=0,002 MO, мс 762,20 ±8,94 796,97 (712,00; 889,00) 824,52 ±16,46 1—3=0,001 1—2=0,015 Mo, мс 0,76 (0,68; 0,83) 0,80 (0,68; 0,88) 0,82 (0,78; 0,88) 1—3=0,006 1—2=0,039 BP, мс 0,39 (0,26; 0,46) 0,43 (0,30; 0,53) 0,45 (0,34; 0,55) 1—3=0,008 1—2=0,004 AMo, % 36,09 (27,00; 43,00) 32,57 (23,00; 38,00) 31,56 (26,00; 36,50) 1—3=0,022 1—2=0,008 ИВР, усл. ед. 109,06 (46,46; 144,04) 76,11 (31,10; 97,18) 93,28 (47,22; 104,13) 1—2=0,001 ВПР, усл. ед. 0,50 (0,36; 0,59) 0,54 (0,41; 0,68) 0,55 (0,40; 0,70) 1—2=0,020 SI, усл. ед. 95,28 (38,00; 110,00) 68,31 (26,00; 84,00) 63,48 (30,50; 63,50) 1—3=0,003 1—2=0,005 ПАПР, усл. ед. 50,49 (33,14; 60,74) 44,03 (26,67; 54,55) 40,48 (29,82; 46,23) 1—3=0,005 1—2=0,007 ЧСС, уд./мин 85,50 (80,00; 92,00) 74,12 (68,00; 80,00) 68,88 (60,00; 76,00) 1—2=0,001 2 — 3=0,001 1—3=0,001 Примечание для табл. 1, 2. р — значимость различий показателей между группами. Анализ спектральных данных показывает, что у молодых людей с ГрКТ наблюдается снижение как парасимпатической, так и симпатической активности (табл. 2). У гипертоников снижены величины ТР (р = 0,010; р = 0,002), HF (р = 0,038; р = 0,010), LF (р = 39 Экологическая физиология Экология человека 2012.11 0,001; р = 0,006), VLF (р = 0,003). У студентов 2-й и 3-й групп отмечается рост симпатического и парасимпатического компонента в управлении сердечным ритмом. Можно отметить интересную особенность: в группе юношей с ЭуКТ более активен дыхательный центр (максимален показатель LF), а в группе с ГпКТ — гипоталамо-гипофизарный спектр (максимален показатель VLF). Также в двух последних группах наблюдается стабильность показателя LF/HF со смещением вагосимпатического баланса в сторону активности симпатической ВНС. Таблица 2 Показатели спектрального анализа у юношей с разным типом кровообращения (M ± m) или Md (25-й; 75-й перцентили) Показатель ГрКТ (1) ЭуКТ (2) ГпКТ (3) р TP, мс2 8,73 (3,80; 10,92) 11,43 (4,95; 14,03) 11,22 (5,82; 13,38) 1—3=0,010 1—2=0,002 HF, м^ 1,94 (0,51; 2,17) 2,85 (0,58; 3,42) 2,65 (1,00; 3,29) 1—3=0,006 1—2=0,038 LF, м^ 3,33 (1,48; 4,11) 4,39 (1,90; 5,25) 4,27 (2,46; 5,06) 1—3=0,006 1—2=0,001 VLF, ме2 3,46 (1,40; 4,20) 4,19 (1,97; 5,44) 4,30 (2,09; 5,07) 1—2=0,003 1—3=0,001 LF/HF, усл. ед. 2,81 (1,44; 3,89) 2,94 (1,47; 3,93) 2,55 (1,39; 3,37) — Анализ механизмов внутрисистемного взаимодействия параметров ВСР у юношей с разным типом кровообращения показал (рис. 1), что в группе с ГрКТ зарегистрированы 305 значимых связей, из которых 131 имеет высокую значимость (при r = 0,70—0,99; p < 0,001). У юношей с ЭуКТ их количество снижается до 311 (99 высокозначимых) (при r = 0,70—0,99; p < 0,001). Минимальное количество зависимостей выявлено в группе с ГпКТ — 207 значимых, из которых 118 имеют высокую степень значимости (при r = 0,70—0,99; p < 0,001). 100 75 % 50 25 0 76 78 І І і ГрКТ ЭуКТ ГпКТ ■ Всего значимых связей □ Высокозначимых связей Рис. 1. Распределение корреляционных связей показателей вариабельности сердечного ритма у юношей с разным типом кровообращения Факторный анализ в группе юношей с ГрКТ выявил 3 значимых фактора с суммарным весом 87 % (рис. 2). В генеральный фактор вошли 5 показателей (SDNN, ВР,Т?, LF, HF) с вкладом в общую дисперсию 48 %. 2-й фактор представлен 2 показателями (Мо и МО) — 27 %. В 3-й фактор с обратной связью вошел показатель вагосимпатического баланса LF/ HF - 12 %. TP ♦ 1-й фактор — 2-й фактор А 3-й фактор Рис. 2. Факторная структура вариабельности сердечного ритма у юношей с гиперкинетическим типом кровообращения В группе с ЭуКТ (рис. 3) факторная матрица сохраняет общую структуру — наблюдаются 3 значимых фактора с суммарным вкладом 88 %. В генеральную матрицу также вошли 5 показателей (SDNN, ВР, TP, LF, VLF) с вкладом в общую дисперсию 49 %. 2-й (Мо и МО — 24 %) и 3-й (LF/HF — 15 %) факторы аналогичны представленному выше. TP VLF, мс2 —ф— 1-й фактор —■— 2-й фактор ^ 3-й фактор Рис. 3. Факторная структура вариабельности сердечного ритма у юношей с эукинетическим типом кровообращения У юношей с ГпКТ наблюдается расширение первой матрицы до 7 факторов (SDNN, ТР, LF, ВР, VLF, HF, АМо) (рис. 4). Вклад в общую дисперсию 1-го фактора — 54 %. 2-й (22 %) и 3-й (12 %) факто 40 Экология человека 2012.11 Экологическая физиология ры сохраняют свою идентичность с факторами двух других групп. SDNN Рис. 4. Факторная структура вариабельности сердечного ритма у юношей с гипокинетическим типом кровообращения Обсуждение результатов В ряде исследований ВСР у юношей с разным типом кровообращения указывается на неоднородность спектра при анализе их индивидуального профиля [8, 13, 19]. В работах, посвященных анализу особенностей управления сердечным ритмом у молодых людей с разным типом гемодинамики, проживающих в Сибирском регионе, показано, что группа с ГпКТ имеет более низкие значения спектральных показателей относительно двух других. Авторы интерпретируют данный факт с точки зрения меньших энергозатрат при регуляции сердечного ритма и, следовательно, экономизации функций сердца у лиц с ГпКТ. Минимальными резервными возможностями относительно двух других типов обладает ГрКТ [13]. Кроме того, при рассмотрении особенностей доминирования мощности того или иного спектра регуляции указывается на преобладание высокочастотного спектра в группах с ГпКТ и ЭуКТ, тогда как в 1-й группе преобладает равное соотношение вклада HF- и LF-компонент. Данные аналогичных исследований, проведенных в Тюмени, свидетельствуют о более затратных механизмах регуляции у ГпКТ относительно двух других типов. Вместе с тем указывается, что у людей с ЭуКТ выражена активность симпатического и парасимпатического спектра регуляции, тогда как у лиц с ГрКТ и особенно с ГпКТ наблюдается активность в гуморально-метаболическом спектре [8]. Исследования данной проблемы у молодых людей, жителей средней полосы России, показали, что в спектре регуляции различия наблюдались только между ГрКТ и ЭуКТ, причем у лиц с ЭуКТ был выше вклад вы сокочастотного, а у лиц с ГрКТ — низкочастотного спектра регуляции [19]. Наши исследования также выявили схожесть процессов управления сердечным ритмом у юношей с ЭуКТ и ГпКТ. Вместе с тем у студентов с ГрКТ, по данным кардиоинтервалографии, зарегистрирован более высокий уровень симпатической активности на фоне преобладания ваготонии в двух других группах. Высокая симпатическая активность у юношей с ГрКТ, несомненно, указывает на более выраженное напряжение адаптивных механизмов сердечно-сосудистой системы относительно студентов с ЭуКТ и ГпКТ. Но, по мнению Н. А. Агаджаняна с соавт. [2], преобладание тонуса симпатической нервной системы над тонусом парасимпатической играет существенную роль в снабжении биоэнергетических процессов субстратами, и особенно в трофическом обеспечении мышечной деятельности. При спектральном анализе ВСР выявляется интересная закономерность: в группе с ГрКТ все показатели значимо ниже, чем в других группах (см. табл. 2). Так, происходит уменьшение величины ТР на 24 % (р = 0,002), VLF на 17 % (р = 0,003), LF — на 24 % (р = 0,001) и HF — на 32 % (р = 0,002), что ряд авторов трактует как экономизацию функций сердца [13]. С другой стороны, данный факт может указывать на снижение адаптационных резервов сердечно-сосудистой системы [3]. Несомненно, изучение внутрисистемных связей у каждого типа гемодинамики даст возможность интерпретировать полученные результаты более точно. Корреляционный анализ указывает, что у юношей с ГпКТ внутриструктурная организация сердечно-сосудистой системы более жесткая, что проявляется в снижении общего количества связей более чем на 20 % и увеличении связей высокой степени значимости на 10—20 % относительно лиц с ГрКТ и у ЭуКТ (см. рис. 1). Вместе с тем факторные матрицы у юношей с ГрКТ и ЭуКТ имеют схожую структуру (см. рис. 2, 3). Тем не менее анализ внутрисистемных связей, характерных для лиц с ГрКТ, указывает, что у студентов данной группы наблюдается зависимость только от активности парасимпатического и симпатического компонентов. В первую генеральную матрицу лиц с ЭуКТ входит показатель VLF, что предполагает зависимость сердечной деятельности молодых людей данной группы от гуморально-метаболической регуляции сердечного ритма. У студентов с ГпКТ в первый фактор помимо показателя VLF входит AMo, причем с отрицательным знаком. Кроме того, величина LF/HF в факторной матрице становится положительной, тогда как у двух других групп она отрицательна (см. рис. 4). AMo отражает степень централизации в управлении сердечным ритмом, поэтому ее нахождение в первой матрице с отрицательным знаком позволяет предположить: повышение данного показателя будет вызывать разнонаправленные и менее предсказуемые, чем в двух других типах, сдвиги в 41 Экологическая физиология Экология человека 2012.11 симпатической, парасимпатической и гуморальнометаболической регуляции сердечной деятельности. Таким образом, исследование вегетативной регуляции сердечного ритма у юношей свидетельствует, что для лиц с ГпКТ при выраженной экономизации деятельности сердца характерна наиболее жесткая структурная организация сердечно-сосудистой системы, что может отрицательно сказываться на скорости ее ответных реакций при воздействии стресс-факторов. Сердечно-сосудистая система юношей с ГрКТ обладает высокими способностями к срочной адаптации при повышенных энергозатратах на управление сердечным ритмом. Молодые люди с ЭуКТ имеют наиболее оптимальную структурную организацию работы сердца с высоким уровнем ее лабильности и адаптивных резервов.

About the authors

V N Pushkina

Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Email: kfk@narfu.ru; kfk@agtu.ru; taiss43@yandex.ru
Arkhangelsk, Russia

I A Varentsova

Northern (Arctic) Federal University named after M. V. Lomonosov

Arkhangelsk, Russia

References

Supplementary files