ANALYSIS OF THE RELATIONSHIPS BETWEEN ECG ELEMENTS IN ADOLESCENTS BEFORE AND AFTER FUNCTIONAL LOADS OF VARIOUS TYPES IN THE CONDITIONS OF THE SUBARCTIC REGION IN WINTER

Full Text

              Введение

Республика Коми располагается на Европейском Севере и характеризуется уникальным и сложным климатом из-за своего географического положения: суровые, холодные зимы и недолгое прохладное лето, осадки равномерно распределены на протяжении всего года, сильные ветры круглый год, короткий световой день зимой и белые ночи летом. Все это приводит к усилению нагрузки на все жизненно важные системы организма человека, что может приводить как к перевозбуждению, так и к переутомлению. Такой климат требует особой адаптации не только от взрослых людей, но и от детей и подростков. Предполагается, что организм человека адаптируется в таких условиях неодинаково и зависит от преобладания того или иного типа регуляции вегетативной нервной системы (ВНС) [1], которая представлена комплексом клеточных структур (центральных и периферических), регулирующих необходимый для адекватной реакции функциональный уровень внутренней среды организма.

Проблема зависимости физиологических функций человека от суровых условий Севера подробно обсуждается в отечественной литературе с первой половины XX века [2]. Проблема адаптации физиологических систем организма к функциональным нагрузкам в условиях северных территорий является одной из актуальных в области экологической физиологии и биологической науки в целом. Особое внимание уделяется исследованию сердечно-сосудистой системы, которая является наиболее информативным показателем адаптационных перестроек функциональных систем организма человека и отличается высокой реактивностью [3].

Одним из наиболее популярных методов исследования сердечно-сосудистой системы является электрокардиография (ЭКГ), которая широко и прочно вошла в практику кардиофизиологического исследования, в связи с неинвазивностью и технической простотой метода. Важнейшими показателями ЭКГ, которые позволяет оценить функциональные и адаптационные возможности сердечно-сосудистой системы, являются такие элементы, как интервал РР, обозначающий полный кардиоцикл,  а также сегмент ТР, который соответствует электрической диастоле, фазе относительной рефрактерности.

Функциональные нагрузки имеют важное диагностическое значение для характеристики состояния сердечно-сосудистой деятельности, ее резервных возможностей и пределов нормального реагирования кровообращения. Клиностатическая проба (КСП) и проба Мартине (ПМ) – это щадящие, простые и безопасные способы исследования состояния сердечно-сосудистой системы. В результате нагрузки на организм происходят изменения в сердечном ритме и длительности интервалов на ЭКГ.  Эти пробы позволяют оценить не только резервные возможности сердечно-сосудистой системы и кровообращения, но и выявить динамику их развития, характерную для каждого возраста, а также получить информацию о функциональных резервах организма.

Учитывая решающую роль миокарда и его электрических свойств при компенсаторно-приспособительных реакциях к условиям среды [4-10], целью настоящей работы является определение соотношений между показателями РР и ТР у подростков под воздействием клиностатической пробы и пробы Мартине в зимний период года.

 

 

Материалы

Работа проведена в январе 2023 года в научно-исследовательской лаборатории «Проблемы гипоксии» государственного университета имени Питирима Сорокина, Сыктывкар (61⁰ с.ш., 50⁰ в.д.)  при температуре воздуха в помещении +22-24⁰С, в первой половине дня. Обследовано 22 подростка, учащихся лицея (8 мальчиков и 14 девочек), в возрасте 15-16 лет, на момент исследования по медицинским картам практически здоровых, которые родились и проживают в условиях Приарктического региона. Родители (законные представители) подписали информированное согласие на обследование, где были разъяснены цель, задачи и методы работы.

Измерялись длина (см) и масса (кг) тела подростков, после 20-минутного отдыха проводилась запись ЭКГ с применением аппарата Нейрософт (Россия) во II стандартном отведении в положении обследуемых стоя в исходном состоянии (ИС) и после функциональных проб, в качестве которых использовали клиностатическую пробу (КСП), т.е. смену положения тела из ортостаза в клиноположение  и пробу Мартине (ПМ): 20 приседаний за 30 секунд. КСП позволяет оценить реакцию ВНС, вызванную изменением гравитационного градиента под действием двух факторов: гидростатического и компенсаторного. Проба Мартине используется для оценки реакции сердечно-сосудистой системы на стандартную физическую нагрузку и способность её к восстановлению. На основе записей 20 кардиоциклов каждого обследованного (n=440) ручным промером на плёнках ЭКГ измерены длительности интервалов РР и сегментов ТР, исходя из соотношения 50 мм соответствует  1 с (погрешность – 0,5 мм).

Тема работы одобрена комитетом по этике Института физиологии Коми научного центра УРО РАН от 16.02.2020.

Статистическая обработка материала проведена с помощью пакета программы Excel. Данные представлены в виде средних значений (М), стандартного отклонения (SD). Уровень значимости р ≤ 0,05.

 

Результаты

Антропометрические показатели волонтёров в среднем соответствуют стандартам для 15-16-летнего возраста. Индивидуальные данные между крайними значениями показателей различается на 70% по массе тела, и не 16% по длине тела. Корреляция (r_s) между массой и длиной тела – 0,67 (при р≤0,05). Росто-весовой индекс Кетле около 21 кг/м², что соответствует нормативам [11, 12] (Таблица 1).

 

Таблица 1

Антропометрические показатели подростков

n/n	Длина тела (см)	Масса тела (кг)
1	175	73
2	174	59
3	170	72
4	178	68
5	173	50
6	162	47
7	169	59
8	166	68
9	164	51
10	161	57
11	167	66
12	163	59
13	154	43
14	160	44
15	166	49
16	154	54
17	169	69
18	157	47
19	162	50
20	172	55
21	166	54
22	174	59
М	166	57
SD	7	9
min	154	43
max	178	73
счет	22	22

 

Полученные данные о длительностях элементов ЭКГ до и после действия функциональных проб разных типов приведены в таблице 2. Как видно, индивидуальные результаты характеризуются значительной изменчивостью, как в контроле, так и под действием КСП и ПМ. Интервал РР втрое превышает по длительности сегмент ТР в контроле и после КСП. Разница между соотношениями обоих показателей (3,5 и 2,8) статистически не значима. В условиях действия ПМ соотношения между интервалом РР и сегментом ТР по длительности существенно меняются из-за снижения показателя ТР. Так, интервал РР в среднем в пять раз превышает сегмент ТР. Оба показателя при действии ПМ уменьшаются.

 

Таблица 2

Длительность интервалов РР и сегментов ТР (с) в контроле (К) и после  функциональных проб

n/n	пол	PP				TP
		К	КСП	К	ПМ	К	ПМ	К	ПМ
1	м	0,72	0,75	0,58	0,49	0,27	0,28	0,12	0,06
2	м	0,70	0,75	0,61	0,52	0,25	0,26	0,15	0,10
3	м	0,61	0,62	0,57	0,42	0,15	0,16	0,13	0,05
4	м	0,70	0,80	0,57	0,55	0,24	0,34	0,12	0,12
5	м	0,56	0,80	0,52	0,49	0,16	0,30	0,12	0,10
6	м	0,52	0,81	0,50	0,50	0,11	0,33	0,08	0,04
7	ж	0,54	0,64	0,58	0,44	0,12	0,20	0,17	0,06
8	ж	0,59	0,80	0,51	0,42	0,18	0,32	0,07	0,04
9	м	0,62	0,76	0,55	0,42	0,12	0,36	0,10	0,06
10	ж	0,43	0,52	0,40	0,39	0,05	0,11	0,04	0,04
11	ж	0,69	0,72	0,62	0,51	0,19	0,24	0,15	0,06
12	ж	0,51	0,68	0,51	0,43	0,15	0,29	0,13	0,06
13	ж	0,56	0,74	0,55	0,44	0,12	0,26	0,10	0,04
14	ж	0,71	0,67	0,52	0,46	0,23	0,23	0,07	0,07
15	ж	0,74	0,74	0,58	0,52	0,30	0,27	0,13	0,12
16	ж	0,54	0,80	0,54	0,42	0,10	0,31	0,10	0,06
17	ж	0,60	0,73	0,59	0,46	0,15	0,23	0,13	0,10
18	ж	0,61	0,78	0,49	0,42	0,18	0,36	0,07	0,04
19	ж	0,49	0,52	0,47	0,39	0,07	0,12	0,08	0,04
20	м	0,64	0,81	0,60	0,50	0,22	0,40	0,16	0,06
21	ж	0,57	0,95	0,59	0,51	0,14	0,39	0,15	0,10
22	ж	0,50	0,80	0,50	0,42	0,09	0,30	0,08	0,04
М		0,60	0,72	0,54	0,46	0,17	0,26	0,11	0,07
SD		0,09	0,10	0,05	0,05	0,07	0,08	0,03	0,03
min		0,43	0,52	0,40	0,39	0,05	0,11	0,04	0,04
max		0,74	0,95	0,62	0,55	0,30	0,40	0,17	0,12
счет		22	22	22	22	22	22	22	22

 

Отмечены корреляции разного уровня между интервалами РР до и после функциональных проб двух типов (рис. 1): между РР до и после КСП – 0,43, до и после ПМ – 0,67 (при  р ≤ 0,05).

рисунок1

Корреляции между сегментами ТР до и в ответ на функциональные пробы несколько отличаются от интервалов РР (рис. 2): между ТР до и после КСП – 0,33, до и после ПМ – 0,52 (при  р ≤ 0,05).

рисунок2

Особый интерес представляют результаты относительных (%) изменений обоих показателей электрических свойств миокарда в результате действия КСП и ПМ (рис. 3).

рисунок3

Под влиянием КСП интервал РР возрастает на 25%, тогда, как длительность сегмента ТР на 85%. Под действием ПМ длительность интервала РР уменьшается на 15% в то время, как длительность сегмента ТР – на 38%.

 

Обсуждение результатов

 В ходе проведенной работы были изучены реакции сердечно-сосудистой системы подростков 15-16 лет, не имеющих специальной физической подготовки, на два щадящих вида физической нагрузки в условиях Приарктического региона РФ. Подростки занимались физическим воспитанием согласно учебной программе общеобразовательного учреждения. Полученные данные свидетельствуют о существенной зависимости взаимодействий между электрическими показателями миокарда даже при элементарных воздействиях на организм человека. По существу, соотношения между ЭКГ элементами РР и ТР относятся к таким понятиям, как функциональные корреляции, которые академик И.И. Шмальгаузен более полувека назад отметил, как одно из условий поддержания организма, как целого [13]. В наше время функциональные корреляции, относящиеся к работе миокарда, рассматриваются в ряде отечественных и зарубежных работ [14, 15]. Сегмент ТР содержит информацию о длительности фазы относительной рефрактерности и о состоянии возбудимости в миоцитах [16, 17]. Одновременно длительность сегмента ТР соответствует периоду диастолы, когда реализуется свободный поток крови через митральный клапан. Известно, что из всех элементов ЭКГ наиболее ярко на любые нагрузки реагирует сегмент ТР [4, 5], снижаясь в ответе на предельные нагрузки до нулевых отметок.

То обстоятельство, что КСП увеличивает длительности РР и ТР указывает, по-видимому, на преимущественное влияние парасимпатических компонентов ВНС, тогда, как их уменьшение под действием ПМ – о преобладании действия симпатических факторов. Нервная система является одной из ключевых систем в организме, отвечающей за управление и контроль различных функций организма. Исследования показывают, что в зимние месяцы симпатическая активность резко возрастает, что может быть связано с повышенной потребностью организма в поддержании тепла и энергии. Весной и летом парасимпатическая активность становится более выраженной, что может быть связано с изменениями в обмене веществ и сезонной адаптацией организма. Ряд исследований указывают на связь между симпатической активностью и погодными условиями. Например, повышенная активность симпатической нервной системы может быть наблюдаема во время холодных и ветреных дней, с другой стороны, парасимпатическая активность может быть более выраженной в теплые и солнечные дни, которые обусловливают более спокойное и расслабленное состояние организма. Также в зависимости от времени года может различаться и восприимчивость к физической активности: зимой симпатическая активность может стимулировать адаптацию организма к холоду и увеличивать энергетические затраты при физической активности, в то время как летом парасимпатическая активность может способствовать более эффективному восстановлению после физической нагрузки, благодаря регуляции сердечно-сосудистой системы.

 Исходя из сказанного, следует учитывать, что выполненная работа проводилась в зимнее время, для которого характерно преобладание симпатических составляющих ВНС [2, 18-21], поэтому волонтёры получили двойную нагрузку с симпатическими влияниями – зима и проба Мартине, которая укорачивает длительности элементов ЭКГ: интервалов РР и сегмента ТР. Парасимпатические же влияния представлены только клиностатической пробой. Поэтому целесообразно проведение подобных работ с учётом времён года. Зависимость симпатической и парасимпатической активности от времени года и сезонных изменений является интересной темой для исследования. Понимание этих взаимосвязей может помочь в более глубоком анализе физиологических изменений в организме и способствовать разработке индивидуализированных подходов в медицине и спорте. Дальнейшее исследование этой области может привести к разработке новых терапевтических методов и стратегий для регулирования и поддержания баланса между симпатическим и парасимпатическим влиянием на организм с целью обеспечения оптимального его функционирования.

 

Заключение.

В зимний период года у подростков 15-16 лет, жителей Приарктического региона в ответ на действие КСП длительности РР и ТР увеличиваются на 25 и 85% соответственно. После ПМ длительности обоих показателей уменьшаются соответственно на 15 и 38%. Можно предположить, что установленные изменения длительности интервала РР и сегмента ТР являются   проявлением парасимпатических влияний на электрические свойства миокарда при действии КСП и симпатических при действии ПМ. В рамках экологической физиологии представляется целесообразным проведение подобных работ в другие сезоны, особенно в переходные: от холодного периода к тёплому (весной) и от тёплого к холодному (осенью). 

About the authors

Andrey Borisovich Gudkov

Северный государственный медицинский университет

Email: gudkovab@nsmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-5923-0941

Профессор, заведующий кафедрой гигиены и медицинской экологии

Russian Federation

Lev Isakovich Irzhak

Author for correspondence.
Email: irzhak31@mail.ru

Nadezhda Gennadevna Russkikh

Email: irzhak31@mail.ru

References

Supplementary files