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 [4]. Формирование «продуктов» обмена и непосредственно обменные процессы связаны с функциональной активностью соматических и висцеральных систем организма и состоянием окружающей среды. В этих взаимодействиях времени отводится особенная роль. Время является мерой активности физиологических процессов, характеризует скорость протекания биохимических реакций и выступает связующим звеном пространственных структур.
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 [3].
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 реакций организма должно осуществляться при обязательном исследовании вклада отдельных элементов пространственно-временной организации живой 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 наиболее полно отражает изменение напряжения деятельности регуляторных систем при различных состояниях [1, 5].
В сердечно-сосудистой системе наблюдается четкое проявление пространственно-временных параллелей. Так, в сердце имеются пространственно обособленные генераторы ритма с различной пейсмекерной активностью, создающие каскад внутрисердечных ритмообразовательных структур с нисходящим градиентом автоматии [2]. Пространственную ориентацию имеет также многоконтурная и многоуровневая нейрогуморальная система, управляющая ритмообразовательным процессом сердца. В системе нервной регуляции ритма сердца выделяют центральный и периферический контуры, которые представлены симпатическим и парасимпатическим звеньями вегетативной нервной системы, гемодинамическим центром, внутрисердечными механизмами. Каждая из этих структур вносит свои коррективы в функционирование синоатриального узла. В связи с этим одной из актуальных задач современной физиологии и кардиологии является изучения механизмов формирования ритма сердца с учетом пространственной и временной организации биологической системы.
Целью нашей работы является комплексное изучение пространственно-временных взаимоотношений механизма регуляции ритмообразовательного процесса сердца с учетом вегетативного статуса в условиях относительного функционального покоя, а также при физических и умственных нагрузках.
Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:- Определить гемодинамические и антропометрические показатели у испытуемых в состоянии покоя с последующим расчетом интегральных показателей.
- Исследовать взаимосвязь между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма у человека с различной активностью вегетативной нервной системы в условиях функционального покоя.
- Исследовать пространственно-временной статус механизма регуляции сердечного ритма у испытуемых при физической нагрузке средней интенсивности.
- Исследовать пространственно-временной статус механизма регуляции сердечного ритма у испытуемых при интеллектуальной нагрузке.
Материалы и методы
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», на студентах 2 курса АГМА в возрасте от 17 до 23 лет. Всего под наблюдением находились 348 человек, из них 193 девушки и 155 юношей.
В работе использовались антропометрические, клинико-физиологические, электрофизиологические и психофизиологические методы. Для исследования пространственно-временных характеристик ритма сердца и контуров регуляции ритмообразовательного процесса проводили спектральный анализ ВСР с помощью аппаратного комплекса «Варикард 2.51» и программы ИСКИМ6.
Известно, что частотные компоненты спектра ВСР отражают вклад различных контуров регуляции в управление ритмообразовательным процессом. Так, HF (высокочастотные волны спектра ВСР) - отражают уровень активности парасимпатического звена регуляции; LF (низкочастотные волны) - отражают уровень активности гемодинамического центра; VLF (очень низко частотные волны) - отражают уровень активности симпатического звена регуляции.
В качестве временных параметров ритмообразовательного процесса сердца нами были использованы частота сердечных сокращений, наиболее часто встречающийся кардиоинтервал (мода) и разброс кардиоитервалов.
Полученные результаты статистически обработаны по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Использовался t - критерий Стъюдента; корреляционный анализ.
Результаты исследований
У всех испытуемых, находящихся в условиях относительного функционального покоя, гемодинамические показатели и показатели анализа вариабельности сердечного ритма соответствовали возрастной норме. Адаптационный потенциал сердечно-сосудистой системы (Баевский, Берсенева) у подавляющего большинства испытуемых соответствовал удовлетворительной степени адаптации. Тонус парасимпатической нервной системы (по Кердо) преобладал у 24,4% испытуемых, тонус симпатической нервной системы у 33,6%, баланс между отделами вегетативной нервной системы наблюдался у 42% испытуемых. Деление испытуемых на группы по типам вегетативной регуляции (по Н.И.Шлык) позволили сформировать 4 варианта: с умеренным преобладанием автономной вегетативной регуляции (УПАР) (40% обследованных), с выраженным преобладанием центральной регуляции (ВПЦР) (37% обследованных); с умеренным преобладанием центральной регуляции (УПЦР) (18% обследованных) и выраженным преобладанием автономной регуляции (ВПАР) (5% обследованных).
Для изучения пространственно-временной характеристики механизмов регуляции ритмообразовательных процессов сердца в условиях функционального покоя мы провели корреляционный анализ между временными параметрами деятельности сердца и показателями ВСР, которые отражают вклад различных контуров регуляции в управление ритмообразовательным процессом (табл.1). 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 1
Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и показателями суммарной мощности компонентов спектра вариабельности сердечного ритма у студентов в покое, после физической и интеллектуальной нагрузок
|
Сравниваемые показатели |
В покое (n=348) |
После физическая нагрузка (n=50) |
После интеллектуальной нагрузки (n=58) |
|
HR - HF |
-0,23* |
-0,22 |
-0,45* |
|
HR - LF |
-0,16 |
-0,25 |
-0,45* |
|
HR - VLF |
-0,13 |
-0,17 |
-0,50* |
|
HR - HFP |
-0,37* |
-0,44* |
-0,46* |
|
HR - LFP |
0,30* |
0,09 |
0,39* |
|
HR - VLFP |
0,27* |
0,60* |
0,05 |
|
MxDMn - HF |
0,73* |
0,85* |
0,81* |
|
MxDMn - LF |
0,71* |
0,79* |
0,75* |
|
MxDMn - VLF |
0,68* |
0,74* |
0,73* |
|
MxDMn - HFP |
0,24* |
0,37* |
0,47* |
|
MxDMn - LFP |
-0,16 |
-0,16 |
-0,36* |
|
MxDMn - VLFP |
-0,21* |
-0,42* |
-0,10 |
|
Mo - HF |
0,22* |
0,16 |
0,42* |
|
Mo - LF |
0,17 |
0,26 |
0,42* |
|
Mo - VLF |
0,15 |
0,15 |
0,48* |
|
Mo - HFP |
0,33* |
0,31* |
0,43* |
|
Mo - LFP |
-0,28* |
0,02 |
-0,36* |
|
Mo - VLFP |
-0,22* |
-0,50* |
-0,05 |
Примечание: * - P<0,01
Корреляционный анализ между временными параметрами сердечной деятельности и показателям мощности волн спектра ВСР в группах испытуемых с различными типами вегетативной регуляции организма показал, что наиболее сильные и множественные связи между изучаемыми параметрами складываются в группах с выраженным преобладанием центральной и автономной регуляции сердечного ритма (табл.2). Вероятно высокая активность механизмов регуляции сердечного ритма требует большой пространственно-временной сопряженности.
Таблица 2
Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и показателями суммарной мощности компонентов спектра вариабельности сердечного ритма у студентов с различными типами вегетативной регуляции организма в покое
|
Сравниваемые показатели |
Типы вегетативной регуляции организма |
|||
|
УПЦР (n=58) |
ВПЦР (n=116) |
УПАР (n=125) |
ВПАР (n=16) |
|
|
HR - HF |
-0,20 |
-0,39* |
0,14 |
0,55* |
|
HR -LF |
-0,14 |
0,04 |
0,26* |
0,65* |
|
HR - VLF |
-0,04 |
-0,16 |
0,24 |
0,65* |
|
HR - HFP |
-0,28 |
-0,40* |
-0,12 |
-0,27 |
|
HR -LFP |
0,03 |
0,43* |
0,12 |
0,28 |
|
HR - VLFP |
0,37* |
0,16 |
0,04 |
0,04 |
|
MxDMn - HF |
0,29 |
0,65* |
0,73* |
0,69* |
|
MxDMn - LF |
0,18 |
0,52* |
0,63* |
0,77* |
|
MxDMn - VLF |
0,17 |
0,43* |
0,55* |
0,65* |
|
MxDMn -HFP |
0,26 |
0,35 * |
0,28* |
-0,06 |
|
MxDMn - LFP |
-0,07 |
-0,17 |
-0,21 |
0,22 |
|
MxDMn - VLFP |
-0,30* |
-0,41* |
-0,19 |
-0,21 |
|
Mo - HF |
0,18 |
0,36* |
-0,23 |
-0,16 |
|
Mo - LF |
0,17 |
-0,07 |
-0,28* |
-0,37* |
|
Mo - VLF |
0,04 |
0,17 |
-0,21 |
-0,29 |
|
Mo - HFP |
0,22 |
0,37* |
0,06 |
0,49* |
|
Mo -LFP |
0,04 |
-0,43* |
-0,09 |
-0,51* |
|
Mo - VLFP |
-0,35* |
-0,11 |
0,02 |
-0,07 |
Примечание: * - P<0,05
Состояние вегетативного тонуса человека также отражается на формировании корреляции между пространственно-временными характеристиками механизмов регуляции ритмообразовательных процессов сердца. По нашим данным наиболее выраженные корреляционные связи зарегистрированы в группе с балансом между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы (табл.3). Интересным на наш взгляд является обнаружение отрицательных корреляционных связей между HR и HFP и положительных корреляционных связей между HR и VLFP в группах испытуемых с преобладанием тонуса симпатического отдела ВНС и балансом отделов вегетативной нервной системы. В этих же группах зафиксированы высокие значения стресс-индекса и индекса централизации регуляторных систем. Таким образом стрессированность организма и централизация механизмов вегетативной регуляции способствуют усилению пространственно-временной организации ритмообразовательного процесса сердца.
Таблица 3
Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и показателями суммарной мощности компонентов спектра вариабельности сердечного ритма у студентов с различными типами вегетативного тонуса в покое
|
Сравниваемые показатели |
Типы вегетативного тонуса |
||
|
Преобладание тонуса парасимпатического отдела ВНС (n=85) |
Баланс отделов вегетативной нервной системы (n=146) |
Преобладание тонуса симпатического отдела ВНС (n=117) |
|
|
HR - HF |
-0,24* |
-0,12 |
-0,07 |
|
HR - LF |
-0,19 |
-0,04 |
-0,12 |
|
HR - VLF |
-0,01 |
0,00 |
-0,02 |
|
HR - HFP |
-0,19 |
-0,32* |
-0,32* |
|
HR - LFP |
0,12 |
0,18 |
0,22 |
|
HR - VLFP |
0,18 |
0,32* |
0,27* |
|
MxDMn - HF |
0,72* |
0,76* |
0,77* |
|
MxDMn - LF |
0,74* |
0,66* |
0,87* |
|
MxDMn - VLF |
0,72* |
0,65* |
0,73* |
|
MxDMn - HFP |
-0,03 |
0,29* |
0,17 |
|
MxDMn - LFP |
0,10 |
-0,19 |
-0,08 |
|
MxDMn - VLFP |
-0,07 |
-0,26* |
-0,19 |
|
Mo - HF |
0,19 |
0,16 |
-0,13 |
|
Mo - LF |
0,11 |
0,12 |
-0,02 |
|
Mo - VLF |
0,01 |
0,08 |
-0,08 |
|
Mo - HFP |
0,20 |
0,27* |
0,22 |
|
Mo - LFP |
-0,14 |
-0,17 |
-0,16 |
|
Mo - VLFP |
-0,17 |
-0,25* |
-0,16 |
Примечание: * - P<0,05
После физической нагрузки средней интенсивности у студентов отмечена адекватная реакция организма: увеличились ЧСС, АДс, АДд, МОК, SI, IC, VLF, LF/HF, PARS; снизились Мо и HFP. На ряду с этим наблюдались изменения степени корреляции между пространственными и временными характеристиками ритмообразовательной функции сердца (табл.1). В целом изменения были не сильно выраженными и в отдельных комбинациях сопоставляемых показателей имели тенденцию к уменьшению корреляционного индекса. Лишь только корреляционные связи между разбросом кардиоинтервалов и мощностью высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн ВСР в абсолютных и относительных величинах имели стабильную динамику роста. По нашему мнению такая реакция обусловлена низким эмоциональным фоном при проведении пробы с физической нагрузкой.
После интеллектуальной нагрузки произошло достоверное повышение гемодинамических показателей (ЧСС, АДс, ЭПК, ИФАСНС, АП, МОК), свидетельствующих о повышении тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы. Среди показателей вариабельности сердечного ритма существенные изменения произошли с продолжительностью наиболее часто встречающегося кардиоинтервала, стресс-индексом, показателем активности регуляторных систем. При этом обнаружено снижение абсолютной мощности спектра волн всех частотных диапазонов. Снижение мощности спектра волн может свидетельствовать о напряжении адаптационных механизмов на фоне эмоционального стресса.
Интеллектуальная нагрузка, которая заключалась в тестовой проверке знаний студентов по физиологии, привела к повышению корреляционных связей практически между всеми изучаемыми нами пространственными и временными характеристиками процесса формирования ритма сердца (табл.1). Мотивированное учебным процессом возбуждение, эмоциональный стресс, активация деятельности высших отделов головного мозга приводили к значительному сопряжению пространственных и временных характеристик механизма формирования ритма сердца. Выводы
- Частота, ритм сердечных сокращений, центральный и автономный контуры механизмов регуляции сердечного ритма формируют пространственно-временной континуум системы ритмообразовательной функции сердца.
- В условиях относительного функционального покоя наиболее тесные корреляционные связи образуются между взаимодействующими компонентами, такими как показатели суммарной мощности высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра вариабельности сердечного ритма в абсолютных величинах, разброс максимальных и минимальных значений кардиоинтервалов.
- В состоянии относительного функционального покоя наиболее выраженные связи между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма и его регуляции проявляются у испытуемых с выраженным преобладанием центральной и автономной вегетативной регуляции сердечного ритма, а также при преобладании активности симпатической нервной системы и балансе между отделами вегетативной нервной системы.
- Физическая и интеллектуальная нагрузки вызывают увеличение пространственно-временной сопряженности характеристик механизма регуляции ритмообразовательной функции сердца.
Рецензенты:
Курьянова Е.В., д.б.н., доцент, профессор кафедры физиологии и морфологии человека и животных, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» Минобрнауки РФ, г. Астрахань;
Котельников А.В., д.б.н., доцент, профессор кафедры гидробиологии и общей экологии, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», г. Астрахань.