The relation between heart rate variability and the atherogenicity coefficient in northern men

Full Text

Обоснование

Вариабельность сердечного ритма (ВСР) — это показатель, используемый для оценки модуляции вегетативной нервной системы (ВНС) на сердечном синусовом узле [1], что позволяет регистрировать изменение вегетативного баланса в сторону преобладания симпатических либо парасимпатических влияний на сердечно-сосудистую систему, а также прогнозировать и оценивать степень её адаптационных возможностей и организма в целом [2]. В условиях относительного покоя экономичность функций организма связана с возрастанием парасимпатической регуляции, при этом высокие значения ВСР указывают на оптимальное функционирование вегетативного контроля сердца, а также на высокую способность к саморегуляции, адаптивности [3] и в целом являются признаками эффективных вегетативных механизмов [2]. Показано, что ВСР как демонстрация функций автономной нервной системы отражает здоровье человека и его благополучие [4]. Напротив, относительно низкие значения ВСР указывают на неадекватное функционирование саморегуляции и более высокий риск сердечно-сосудистых заболеваний [5].

Известно, что активность ВНС и факторы риска тесно взаимосвязаны между собой, поскольку дисбаланс ВНС способствует созданию предпатологической среды для гипертонии, нарушения биохимического профиля, а также изменения эндотелиального гомеостаза в пользу протромботического и провоспалительного состояния, что в итоге приводит к увеличению риска сердечно-сосудистых заболеваний [6, 7].

Липидный профиль — это стандартный диагностический тест на дислипидемию, который проводится натощак [8]. Дислипидемия относится к нарушениям метаболизма липопротеидов, включая триглицериды, общий холестерин (ОХС), холестерин липопротеидов низкой и высокой плотности [9], и является основным фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний [10]. Необходимо отметить, что за последние два десятилетия заболеваемость и распространённость дислипидемии постепенно увеличивается [10, 11].

При этом об ассоциации нарушений липидного профиля и показателей ВСР имеется ограниченное количество данных. Предыдущие исследования показали, что гипертония, ожирение, диабет и нарушение метаболизма глюкозы, а также дислипидемия связаны со снижением ВСР [12, 13]. Также показано, что у лиц среднего и пожилого возраста факторы метаболического синдрома ассоциированы с более низкой ВСР [14]. Указывается и на то, что симпатическое преобладание в функции автономной нервной системы способствует повышению артериального давления, снижению чувствительности к инсулину и увеличению уровня триглицеридов в сыворотке [15].

Цель исследования. Исходя из вышесказанного, мы предположили, что вегетативный нервный контроль сердечно-сосудистой системы может быть изменён у лиц с дислипидемией и нарушениями липидного обмена. Чтобы подтвердить или опровергнуть данное предположение, мы проанализировали кратковременные записи кардиоинтервалограмм ВСР в популяционной выборке мужчин-северян с одновременной оценкой основных характеристик липидограмм. Текущее исследование предполагает, что изучение состояния ВНС, основанное на свойствах ВСР, поможет получить данные о связи с физиологическими аспектами, такими как биохимические показатели липидного обмена.

Материалы и методы

Обследовано 118 мужчин 28–58 лет (средний возраст — 42,5±0,5 года), относящихся к европеоидам, являющихся уроженцами Магаданской области в 1–3-м поколении, постоянно проживающих на территории области и обследуемых в рамках программы научного мониторинга психофизиологического состояния лиц трудоспособного возраста в условиях северо-востока России «Арктика. Человек. Адаптация» на базе НИЦ «Арктика» ДВО РАН (Магадан). Исследования были проведены в осенне-зимний период 2024 г.

У мужчин определяли основные показатели физического развития: длину тела с точностью до 0,5 см с помощью настенного ростомера, массу тела — с точностью до 0,1 кг с использованием медицинских весов. Из полученных антропометрических характеристик рассчитывали индекс массы тела (ИМТ, кг/м²). С использованием биоимпедансного анализатора «Диамант-Аист» (Россия) определяли общее содержание жира (% от массы тела) в организме.

У испытуемых проводили забор венозной крови натощак из локтевой вены в утренние часы (с 8 до 10 ч) вакуумной системой в лаборатории ООО «Юнилаб-Хабаровск». Содержание ОХС (ммоль/л), триглицеридов (ммоль/л), холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП, ммоль/л) и холестерина липопротеидов низкой плотности (ЛПНП, ммоль/л) определяли колориметрическим фотометрическим методом с использованием AU 680 (Beckman Coulter, США). По полученным показателям оценивали атерогенность липидного профиля на основе расчёта коэффициента атерогенности (КА) по следующей формуле: КА=(ОХС–ЛПВП)/ЛПВП) [16]. Нарушение липидного профиля определяли в соответствии с критериями Российских рекомендаций VII пересмотра 2020 г. [17], а также с учётом руководящих принципов доклада экспертов NCEP [18].

Вариабельность кардиоритма регистрировали при помощи комплекса «Варикард» и программного обеспечения VARICARD-KARDi. Анализ ВСР проводили по общепринятой методике в соответствии с методическими рекомендациями группы Российских экспертов [19]. У испытуемых в состоянии покоя (сидя) регистрировали частоту сердечных сокращений (ЧСС, уд./мин); разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов, или вариационный размах (MxDMn, мс); стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов (SDNN, мс); число пар кардиоинтервалов с разницей более 50 мс в процентах к общему числу кардиоинтервалов (pNN50, мс); квадратный корень из суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов (RMSSD, мс); моду (Mo, мс); амплитуду моды (AMo, мс); стресс-индекс (индекс напряжения регуляторных систем; SI, усл. ед.); суммарную мощность спектра временны́х значений R–R интервалов сердечного ритма (TP, мс²); мощность спектра высокочастотного компонента ВСР в диапазоне 0,4–0,15 Гц (дыхательные волны; HF, мс²); мощность спектра низкочастотного компонента ВСР в диапазоне 0,15–0,04 Гц (сосудистые волны; LF, мс²); мощность спектра очень низкочастотного компонента ВСР в диапазоне 0,04–0,015 Гц (VLF, мс²). Также анализировали индекс централизации (IC, усл. ед.).

До включения в исследование от всех участников было получено письменное информированное согласие. Исследуемые, принимавшие лекарства, которые могут изменять ЧСС, употреблявшие никотин, алкоголь или любые другие запрещённые вещества, имеющие в анамнезе диабет, гипертонию, заболевания щитовидной железы, любые сердечные расстройства, а также заболевания, потенциально связанные с вегетативными расстройствами, были исключены из исследования.

Результаты подвергли статистической обработке с применением пакета прикладных программ Statistica 7.0. Расчёт размера выборки проводили на основе статистической мощности. Проверку на нормальность распределения измеренных переменных осуществляли на основе теста Шапиро–Уилка. Результаты непараметрических методов обработки представили в виде медианы (Me) и интерквартильного размаха в виде Q25 и Q75 процентилей, а параметрических — как среднее значение и его ошибку (М±m). При сравнении несвязанных выборок статистическую значимость различий определяли с помощью t-критерия Стьюдента для независимых выборок с параметрическим распределением и непараметрического критерия Манна–Уитни для выборок с распределением, отличающимся от нормального. Критический уровень значимости (p) в работе принимался равным 0,05; 0,01; 0,001 [20].

Этическая экспертиза

Исследование выполнено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации (2013 г.). До включения в исследование от всех участников было получено письменное информированное согласие. Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом ФГБУН НИЦ «Арктика» ДВО РАН (заключение № 002/021 от 26.11.2021).

Результаты

Обследуемые мужчины были разделены на 2 группы в зависимости от величины КА: 1-я группа — лица с КА, не превышающим нормативный диапазон 3 усл. ед. (n=55, 47%); 2-я группа — лица с КА более 3 усл. ед. (n=63, 53%), с нарушением липидного профиля (дислипидемией).

В табл. 1 представлены основные показатели липидного обмена, а также соматометрические характеристики обследуемых в зависимости от значения КА. Полученные данные свидетельствуют о том, что из девяти проанализированных показателей биохимического профиля, а также соматометрического статуса значимые различия наблюдались по восьми характеристикам. Так, обследуемые мужчины с КА менее 3 усл. ед. (группа с оптимальным липидным обменом) характеризовались статистически значимо более низкими величинами массы тела, ИМТ, а также общего содержания жира в организме. Показано, что числовая величина ИМТ в группе мужчин с оптимальным липидным профилем соответствовала нормативным значениям массы тела, тогда как у обследуемых с нарушением липидного профиля была избыточная масса тела. Также для данной группы были характерны более низкие показатели ОХС, ЛПНП, триглицеридов, КА на фоне значимо высокой концентрации ЛПВП.

Таблица 1. Основные характеристики липидного профиля и соматометрического статуса мужчин-северян в зависимости от величины коэффициента атерогенности

Table 1. Сharacteristics of the lipid profile and somatometric status in Northern men, depending on the magnitude of the atherogenicity coefficient

Показатели ВСР у мужчин с низкими и высокими величинами КА приведены в табл. 2. Из представленных данных видно, что обследуемые двух групп не имели значимых различий по показателям ЧСС, Mo, AMo, VLF. При этом значимо более низкие величины MxDMn, RMSSD, SDNN, pNN50, а также TP, HF и LF были характерны для мужчин с КА, превышающим нормативный диапазон (группе лиц с нарушением липидного профиля), что свидетельствует о снижении активности парасимпатического звена в регуляции сердечного ритма, по сравнению с лицами с оптимальными показателями липидограмм. Необходимо указать на значимо более высокие величины SI, а также IC в группе мужчин с КА более 3 усл. ед., что является отражением преобладания симпатического звена в обеспечении вегетативного тонуса.

Таблица 2. Показатели вариабельности сердечного ритма у мужчин-северян в зависимости от величины коэффициента атерогенности

Table 2. Indicators of heart rate variability in Northern men, depending on the value of the coefficient of atherogenicity

Примечание. MxDMn — разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов (вариационный размах); RMSSD — квадратный корень из суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов; pNN50 — число пар кардиоинтервалов с разницей более 50 мс в % к общему числу кардиоинтервалов; SDNN — стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов; Mo — мода; AMo — амплитуда моды; SI — стресс-индекс (индекс напряжения регуляторных систем); TP — суммарная мощность спектра временны́х значений R–R интервалов сердечного ритма; HF — мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,4–0,15 Гц (дыхательные волны); LF — мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,15–0,04 Гц (сосудистые волны); VLF — мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца в диапазоне 0,04–0,015 Гц; IC — индекс централизации.

Note. MxDMn is the difference between the maximum and minimum values of the cardiointervals (variation range); RMSSD is the square root of the sum of the differences of a consecutive series of cardiointervals; pNN50 is the number of pairs of cardiointervals with a difference of more than 50 ms in % to the total number of cardiointervals; SDNN is the standard deviation of the complete array of cardiointervals; Mo is the mode; AMo is the amplitude of the mode; SI is the stress index (stress index of regulatory systems); TP is the total power of the spectrum of time values of R–R heart rate intervals; HF is the spectral power of the high-frequency component of heart rate variability in the range of 0.4–0.15 Hz (respiratory waves); LF is the spectral power of the low-frequency component of heart rate variability in the range of 0.15–0.04 Hz (vascular waves); VLF is the spectral power of the very low-frequency component of heart rate variability in the range of 0.04–0.015 Hz; IC is the centralization index.

Обсуждение

Из 22 анализируемых показателей физического развития, биохимического профиля, а также ВСР значимые различия отмечены для 17. Полученные в нашем исследовании данные демонстрируют, что у достаточного числа обследованных выявлены атерогенные нарушения липидного обмена (53%), которые ассоциированы с избыточной массой тела и повышением общего содержания жира в организме. При анализе данных ВСР получены статистически значимые различия как по временны́м, так и по частотным показателям между обследуемыми двух групп. Так, представленные данные позволили установить, что статистически значимо более высокие величины MxDMn, которые отражают степень вариативности значений кардиоинтервалов, обусловленную физиологической дыхательной аритмией на фоне активации парасимпатического звена ВНС, наблюдались в группе мужчин с оптимальным липидным спектром. Также для этой группы были характерны значимо более высокие показатели RMSSD, отражающие дисперсию ЧСС от сердцебиения к сердцебиению и являющиеся основной мерой временнÓй области, используемой для оценки вагусно-опосредованных изменений, отражённых в ВСР [21].

Следует указать, что наши результаты временны́х характеристик кардиоритма в полной мере согласуются с данными, полученными в других исследованиях в сопоставимой возрастной группе, в которых среднее значение RMSSD составило 35,5±15,0 мс [22] и 35,0±11,0 мс соответственно [23].

Более высокие показатели pNN50, которые также в настоящее время используются в качестве маркера ВСР во временнÓй области, используемой для оценки парасимпатической активности, были зафиксированы в группе мужчин с оптимальным липидным обменом. На возрастание роли вагусного влияния в вегетативном контроле сердечно-сосудистой системы также указывают статистические значимо более высокие показатели SDNN в группе мужчин с КА менее 3 усл. ед.

При сравнительном анализе спектральных характеристик ВСР у лиц с различными вариантами КА было установлено, что TP на значимую величину выше в группе с КА ниже 3 усл. ед., при этом величина ТР у лиц данной группы была обусловлена вкладом более высоких показателей HF- и LF-составляющих ритма. В настоящее время считается установленным, что HF-составляющая общего спектра связана с дыхательными волнами, обусловленными вагусной активностью [24], преобладание данных волн в структуре спектра ВСР согласуется с представлениями об адаптационно-трофическом защитном действии блуждающего нерва на сердце [3]. Недавние результаты указывают на то, что и низкочастотный диапазон общего спектра в основном отражает блуждающую, а также барорефлексную активность, а не сердечную симпатическую иннервацию, как считалось ранее [1]. Всё это позволяет говорить об увеличении относительной активности парасимпатического звена вегетативной нервной регуляции в выборке мужчин с оптимальными показателями липидного обмена. Тогда как для группы лиц с высокими величинами КА характерно наличие вегетативного дисбаланса, проявляющегося относительно высокой симпатической активностью на фоне снижения влияния парасимпатической активности в вегетативном контроле системы кровообращения.

Известно, что ВНС модулирует несколько ключевых метаболических процессов, включая метаболизм липидов, как посредством прямого нейронного, так и гормонального воздействия. [25]. Гиперхолестеринемия, в частности повышенный уровень ЛПНП, как основной фактор риска развития атеросклеротических сердечно-сосудистых заболеваний связана с изменением симпатической регуляции [26]. Показано, что влияние симпатической нервной системы на метаболизм липидов опосредуется прямой симпатической иннервацией печени и жировых тканей, тогда как влияние парасимпатической нервной системы на метаболизм липидов опосредуется прямой парасимпатической иннервацией из печени. Экспериментальные данные также указывают на то, что нейропептиды Y гипоталамуса также играют стимулирующую роль в созревании и секреции печёночных липопротеинов очень низкой плотности, богатых триглицеридами, которые зависят от симпатической передачи сигналов в печень. Перекрёстные клинические данные подтверждают связь между показателями симпатической активности ВНС и дислипидемией [27]. При этом указывается на то, что симпатическая активация является первичным этиопатогенетическим фактором, а дислипидемия — вторичным проявлением гиперсимпатикотонии [25]. Имеются сведения, что при нарушении метаболического здоровья ведущую роль в патогенезе его компонентов может играть стойкая активация симпатического отдела ВНС [28]. Показано, что факторы метаболического синдрома связаны с аномальной регуляцией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси: повышенной секрецией кортизола, низкой секрецией половых стероидов и гормона роста и активацией симпатической нервной системы [29].

При этом дисфункции в вегетативных регуляторных системах, а именно повышенная активность симпатической нервной системы, вовлечены в патогенез и сердечно-сосудистых осложнений метаболического синдрома [27].

Также обсуждается и другая точка зрения о взаимосвязи вегетативного тонуса и липидного обмена, при которой гиперсимпатикотония рассматривается в виде адаптивного ответа на метаболические нарушения [30].

Имеются данные и о том, что активация симпатической нервной системы и дислипидемия — это сопряжённые характеристики с избыточной массой тела с достаточной степенью взаимосвязи [26]. Показано, что увеличение симпатической активности фиксируется не только при ожирении, но и при избыточной массе тела, что свидетельствует о перегрузке адренорецепторов, связанной с увеличением массы тела и жировых отложений. У лиц с избыточной массой тела и ожирением симпатическая активация также тесно связана с метаболическими переменными, такими как ОХС в плазме, холестерин ЛПНП и триглицериды [31]. Предоставлены убедительные доказательства того, что состояние ожирения характеризуется симпатической активацией [32], которая уже присутствует в состоянии избыточной массы тела [33]. Сообщается, что симпатовагальный дисбаланс является потенциальным фактором сопутствующих заболеваний, связанных с ожирением, таких как диабет, резистентность к инсулину, гипертония, дислипидемия и дисфункции сердечно-сосудистой системы [34]. Гиперактивность симпатической нервной системы, вероятно, негативно влияет на метаболизм глюкозы, липидный профиль, артериальное давление [26].

Согласно результатам настоящего исследования, анализ показателей по группам, дифференцированным по величине КА, отражает более высокую активность симпатического звена ВНС у лиц с нарушением липидного профиля (КА более 3 усл. ед.), что предполагает достаточно неблагоприятное прогностическое значение в качестве предиктора риска осложнения сердечно-сосудистых заболеваний у обследуемых с нарушением липидного спектра.

Заключение

Полученные результаты свидетельствуют о том, что по мере увеличения величины КА, значения которого превышают нормативный диапазон для данного показателя, в регуляции сердечного ритма значительно снижается степень влияния парасимпатического звена, что проявляется уменьшением MxDMn, RMSSD, pNN50, SDNN, TP, НF, LF на фоне возрастания симпатической активности, о чём свидетельствует значимое возрастание SI и IC. Показано, что при нарушении липидного спектра наблюдалось снижение вегетативных функций, которое было связано с уменьшением активности парасимпатического звена ВНС, смещающим симпатовагальный баланс в относительное состояние симпатической активности на регуляцию сердечно-сосудистой системы. Таким образом, исследования продемонстрировали, что показатели ВСР могут представлять вегетативную активность сердца, соответствующую оптимальному уровню или нарушению липидного профиля.

Полученные нами данные указывают на то, что развитие вегетативной дисфункции ассоциировано с нарушением липидного профиля, а также с избыточной массой тела на фоне возрастания общего содержания жира в организме. Необходимо отметить, что данное исследование направлено на расширение использования метода оценки ВСР, отражающего как вегетативные, так и физиологические аспекты, связанные в том числе с липидным профилем и нарушением показателей физического развития.

Полученные данные в полной мере обеспечивают основу для дальнейших исследований, направленных на изучение состояния ВНС, основанное на свойствах ВСР, для определения связи с физиологическими аспектами, а также подчеркивают потенциал показателей ВСР, наряду с анализом липидограмм и соматометрических характеристик, для получения перспективных маркеров благополучия системы кровообращения.

Дополнительная информация

Вклад авторов. И.В. Аверьянова — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста, редактирование. Автор подтверждает соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (автор внёс существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочёл и одобрил финальную версию перед публикацией).

Этическая экспертиза. Исследование выполнено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации (2013 г.). До включения в исследование от всех участников было получено письменное информированное согласие. Протокол исследования одобрен локальным этическим комитетом ФГБУН НИЦ «Арктика» ДВО РАН (заключение № 002/021 от 26.11.2021).

Источник финансирования. Работа выполнена за счёт бюджетного финансирования НИЦ «Арктика» ДВО РАН в рамках темы «Изучение межсистемных и внутрисистемных механизмов реакций в формировании функциональных адаптивных резервов организма человека «северного типа» на разных этапах онтогенеза лиц, проживающих в дискомфортных и экстремальных условиях с определением интегральных информативных индексов здоровья» (рег. номер АААА-А21-121010690002-2).

Раскрытие интересов. Авторы заявляют об отсутствии отношений, деятельности и интересов за последние три года, связанных с третьими лицами (коммерческими и некоммерческими), интересы которых могут быть затронуты содержанием статьи.

Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, иллюстрации, данные).

Доступ к данным. Редакционная политика в отношении совместного использования данных к настоящей работе не применима, новые данные не собирали и не создавали.

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовали два внешних рецензента, член редакционной коллегии и научный редактор издания.

Additional information

Author contribution. I.V. Averyanova — concept and design, collection and processing of material, writing, editing. Author confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (author have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Ethics approval. The study was conducted in accordance with the principles of the Helsinki Declaration (2013). Prior to inclusion in the study, written informed consent was obtained from all participants. The research protocol was approved by the local ethics committee of the Federal State Budgetary Scientific Research Center "Arctic" Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences (conclusion No. 002/021 dated 11/26/2021).

Funding source. The work has been fulfilled with Arktika Scientific Research Center, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences, under the financial support of the Russian Federation budget within the framework of the project “Study of intersystem and intrasystem mechanisms involved in developing functional and adaptive reserves of the northern type man at different stages of ontogenesis under discomfort and extreme conditions of residence with the determination of health integral informative indices” (registration number, АААА-А21-121010690002-2).

Disclosure of interests. The authors have no relationships, activities or interests for the last three years related with for-profit or not-for-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality. In creating this work, the authors did not use previously published information (text, illustrations, data).

Data availability statement. The editorial policy regarding data sharing does not apply to this work, and no new data was collected or created.

Generative AI. Generative AI technologies were not used for this article creation.

Provenance and peer-review. This paper was submitted to the journal on an unsolicited basis and reviewed according to the usual procedure. Two external reviewers, a member of the editorial board, and the scientific editor of the publication participated in the review.

About the authors

Inessa V. Averyanova

Author for correspondence.
Email: Inessa1382@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4511-6782
SPIN-code: 9402-0363

Dr. Sci. (Biology), Professor FEB RAS

References

Supplementary files