Механизмы регуляции хронои инотропной функции сердца в зависимости от преобладания медленноволновых колебаний ударного объема у детей младшего и среднего школьного возраста

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ХРОНО- И ИНОТРОПНОЙ ФУНКЦИИ СЕРДЦА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРЕОБЛАДАНИЯ МЕДЛЕННОВОЛНОВЫХ КОЛЕБАНИЙ УДАРНОГО ОБЪЕМА У ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО И СРЕДНЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

Е.С. Сабирьянова ЮУрГУ, г. Челябинск

Проанализированы особенности ритма сердца и фракции выброса левого желудочка, а также их медленноволновой вариабельности в зависимости от преобладания мощности колебаний ударного объема у здоровых детей младшего и среднего школьного возраста.

Интенсивное изучение вариабельности ритма сердца и других показателей кровообращения началось в середине прошлого столетия, что стало возможным благодаря внедрению компьютерных программ спектрального анализа с использованием быстрого преобразования Фурье [4, 11 и др.]. При этом особый интерес в изучении медленноволновых колебаний вызван вероятной связью различных частотных спектров с деятельностью отделов системы регуляции функций организма [5,

6, 13 и др.].

С момента обнаружения медленноволновых колебаний наиболее актуальным стал вопрос о механизмах их возникновения. Многочисленные исследования позволили установить связь высокочастотных колебаний (от 0,15 до 0,5 Гц) медленноволнового диапазона с активностью блуждающего нерва и дыхательными движениями [3, 10, 12]. Низкочастотные колебания от 0,075 до 0,15 Гц, по данным многих авторов, являются результатом активности симпатической нервной системы и тесно связаны с барорегуляцией [3,14].

До настоящего времени больше всего открытых вопросов остается в механизмах возникновения медленноволновых колебаний с частотой менее

0,075 Гц. Однако, опираясь на результаты проведенных исследований, по-видимому, можно говорить о надсегментарном их происхождении с высших центров вегетативной регуляции [8, 9]. Кроме того, по резуьтатам некоторых авторов [1, 15], данный частотный диапазон может быть связан с активностью гуморальных факторов, таких как ангиотензин, катехоламины, и метаболитами.

Несмотря на большое количество публикаций, в источниках литературы недостаточно внимания уделяется изучению вариабельности показателей кровообращения у детей. В доступной нам литературе мы не встречали анализа особенностей механизмов регуляции деятельности сердца в зависимости от преобладания медленноволновых колебаний ударного объема в диапазонах спектра у детей.

Цель исследования

Целью исследования являлось изучение особенностей регуляции ритма сердца и фрак-

ции выброса левого желудочка в зависимости от преобладания мощности колебаний ударного объема у детей младшего и среднего школьного возраста.

Методы исследования

В исследованиях участвовали здоровые дети младшего (8-11 лет; девочки п= 163 и мальчики п = 159) и среднего (12-15 лет; девочки п = 141 и мальчики п = 136) школьного возраста.

Регистрация ритма сердца (РС), фракции выброса (ФВ) и ударного объема (УО) левого желудочка в положении лежа при каждом сокращении в течение 500 кардиоинтервалов проводилась при помощи биоимпедансной тетраполярной реополи-графии на базе компьютерной системы «Кентавр П РС» фирмы «Микролюкс». В системе «Кентавр» РС регистрируется по электрокардиограмме (ЭКГ) первого стандартного отведения. Расчет ФВ производится при помощи формулы Тагифта, а УО по формуле Кубичека по ЭКГ и первой производной трансторакальной реограммы [2].

Спектральный анализ колебаний изучаемых показателей проводился при помощи компьютерной программы, использующей метод быстрого преобразования Фурье. Изучались следующие характеристики вариабельности: общая мощность спектра (ОМС, уел. ед.), середина спектра колебаний (Бт, Гц), распределение мощности по четырем диапазонам (уел. ед. и в %).

По результатам спектрального анализа дети были разделены на четыре группы по преобладанию мощности колебаний УО в диапазонах спектра: 1 - самых низкочастотных колебаний (СНЧ);

2 - очень низкочастотных (ОНЧ); 3 - низкочастотных (НЧ); 4 - высокочастотных (ВЧ).

Учитывая психомоторные особенности детей данного возраста, все результаты спектрального анализа подвергались 60 % фильтрации, что позволило устранить помехи и погрешности в процессе регистрации показателей.

При проведении статистической обработки для выявления различий абсолютных показателей использовался критерий Стьюдента, относительных - критерий Фишера.

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 1 представлены особенности частоты сердечных сокращений и медленноволновой вариабельности РС в зависимости от преобладания мощности колебаний У О в диапазонах спектра.

Как видно из табл. 1 в среднем школьном возрасте в 1 и 2 группах детей наблюдаются более высокие показатели ЧСС, что может определяться преобладанием надсегментарной регуляции дан-

ных показателей с положительной хронотропией самих механизмов. В частности, таковыми факторами могут являться циркулирующие катехоламины, вызывающие медленноволновые колебания в СНЧ и ОНЧ диапазонах [7]. При этом в младшем школьном возрасте более высокие значения ЧСС наблюдаются только во второй группе, где преобладают ОНЧ колебания УО, тесно связанные как с гуморальными факторами регуляции, так и симпатической нервной системой (4] .

Таблица 1

Особенности частоты сердцебиений и спектральных характеристик ритма сердца в зависимости от преобладания диапазона спектра колебаний ударного объема

Возрастно- половая группа Группа по пре-обл. диапазона спектра УО ЧСС, уд./мин. Рт РС, Гц СНЧ РС, % ОНЧ РС, % НЧ РС, % ВЧ РС, %

Девочки младший школьный возраст 1 87,00 ± 1,90 0,0270 ±0,0016 34,29 51,74 10,07 3,87

2 93,50+ 1,08 0,0440 ± 0,0064 21,15 53,82 17,99 7,04

3 89,32 ± 1,88 0,0790 ±0,0110 12,64 38,22 35,95 13,19

4 80,53 ± 1,56 0,0870 ±0,0120 19,77 45,23 15,16 19,89

Девочки средний школьный возраст 1 84,00 ± 1,91 0,0400 ± 0,0049 17,49 55,90 12,47 14,14

2 82,97 ±1,14 0,0520 ± 0,0038 16,33 50,85 21,17 11,65

3 79,05 ± 1,36 0,0570 + 0,0048 10,92 37,87 42,61 8,61

4 79,03 ±1,51 0,0540 ±0,0066 17,73 49,06 25,16 8,06

Мальчики младший школьный возраст 1 75,50+ 1,21 0,0900 ±0,0291 13,66 27,59 26,52 32,23

2 85,45 ± 1,46 0,0500 ± 0,0093 18,70 48,72 27,88 4,66

3 82,69 ±1,70 0,0530 ± 0,0040 17,05 38,52 36,84 7,60

4 80,85 ± 1,32 0,0960 ±0,0150 13,99 41,26 25,99 18,80

Мальчики средний школьный возраст 1 80,00 ±1,61 0,0280 ± 0,0025 33,81 43,76 21,75 0,67

2 79,26 + 1,44 0,0330 ±0,0027 24,17 60,84 12,17 2,79

3 72,18 ± 1,07 0,0450 ±0,0039 16,10 50,06 31,88 1,98

4 76,14 ±1,13 0,0780 ± 0,0120 13,30 40,14 28,13 18,42

С ростом частоты преобладающего диапазона УО наблюдается рост середины спектра колебаний РС, что определяется адекватностью вклада уровней регуляции данных показателей. Исключение составляют мальчики младшего школьного возраста, у которых относительно высокая Бт сопровождается более низкими значениями частоты сердцебиений. Однако середина спектра РС в низко- и высокочастотных диапазонах располагается в более низкочастотной части спектра, по сравнению с колебаниями УО. Данное обстоятельство может определяться значимостью надсегментарных механизмов регуляции ЧСС в этих группах детей.

В диапазонах спектра РС у большинства детей, независимо от вариабельности УО, по мощности преобладают ОНЧ колебания, что подтверждает высокую роль высших центров вегетативной системы в регуляции РС у обследованных детей. Несмотря на это, в 3 группе девочек, а также в 1 и

3 группах мальчиков младшего школьного возраста мощность колебаний РС относительно равномерно распределена в нескольких диапазонах. Следовательно, в данных группах, независимо от особенностей регуляции У О, в поддержании оп-

тимального уровня РС участвуют как сегментарные, так и надсегментарные механизмы регуляции.

В табл. 2 представлены показатели ФВ и ее медленноволновые колебания у обследованных детей в зависимости от преобладания диапазона спектра УО.

Как видно из табл. 2, нет четкой взаимосвязи преобладающего диапазона колебаний УО и величин фракции выброса, а также ее середины спектра. Независимо от особенностей медленноволновых колебаний У О, за исключением первой группы девочек среднего школьного возраста, частотные спектры ФВ располагаются в низко- и высокочастотных диапазонах. Данное обстоятельство свидетельствует о высокой роли сегментарных механизмов в регуляции инотропной функции сердца у детей обследованного возраста.

Однако необходимо отметить, что при ВЧ колебаниях ударного объема наблюдается преобладание аналогичных колебаний ФВ, что, видимо, связанно однородностью их происхождения. Кроме того, при НЧ колебаниях УО мощность колебаний ФВ достаточно равномерно распределяется по НЧ и ВЧ диапазонам. Можно полагать, что

Интегративная физиология, восстановительная и адаптивная физическая культура ______________________________________

в третьей груше детей наблюдается тесная связь медленноволновых колебаний У О с механизмами регуляции как ФВ, так и ритма сердца.

При этом в 3 и 4 группах детей среднего школьного возраста, по сравнению с младшими

Заключение

Таким образом, исследования показывают отсутствие четкой линейной взаимосвязи между медленноволновыми колебаниями ударного объема и показателями хроно- и инотропной функции сердца у детей младшего и среднего школьного возраста. Данное обстоятельство свидетельствует о дифференцированности не только генеза медленноволновых колебаний, но и механизмов регуляции показателей кардиогемодинамики.

Однако, несмотря на это, во всех возрастно-половых группах при очень низкочастотных колебаниях ударного объема, обнаружено преобладание аналогичной вариабельности ритма сердца, что свидетельствует об однородности их происхождения.

В не зависимости от особенностей медленноволновых колебаний ударного объема, у большинства детей регуляция инотропной функции сердца связана с сегментарными механизмами. Однородность генеза медленноволновых колебаний и механизмов регуляции фракции выброса наблюдается только у детей с преобладанием высокочастотных колебаний ударного объема, что проявляется высокой мощностью данного диапазона обоих показателей.

школьниками, наблюдаются более высокие показатели мощности ОНЧ диапазона фракции выброса при уменьшении ВЧ колебаний, что свидетельствует о возрастании роли надсегментарных механизмов в регуляции инотропной функции сердца.

Литература

1. Астахов А.А. Медленные волновые процессы гемодинамики как новое перспективное направление мониторинга в анестезиологии и реаниматологии // Инжиниринг в медицине. Колебательные процессы гемодинамики. Пульсация и флюктуация сердечно-сосудистой системы: Сборник научных трудов II Всероссийского симпозиума и III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Челябинск, 2002. - С. 217-227.

2. Астахов А.А. Физиологические основы биоимпедансного мониторинга гемодинамики в анестезиологии (с помощью системы «Кентавр»): В 2-х т. - Челябинск, 1996.

3. Баевский P.M. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине // Физиология человека. - 2002. — Т. 28. — № 2. — С. 70-82.

4. Баевский P.M., Нидеккер И.К. Спектральный анализ функции сердечного автоматизма //Статистическая электрофизиология. - 4.1. -Вильнюс, 1968. - С. 49-55.

5. Баевский P.M., Чернышов М.К. Некоторые аспекты системного подхода к анализу временной организации функции в живом организме //

Таблица 2

Особенности фракции выброса левого желудочка и ее спектральные характеристики в зависимости от преобладания диапазона спектра колебаний ударного объема

Возрастно- половая группа Группа по преобл. диапазона спектра УО ФВ, % ЕтФВ, Гц снч ФВ, % ОНЧ ФВ, % НЧ ФВ, % ВЧ ФВ, %

Девочки младший школьный возраст 1 70,33 ±0,16 0,1100 + 0,0242 15,70 22,98 26,21 35,00

2 69,56 ±0,37 0,1300 ±0,0094 8,74 17,74 34,20 39,60

3 69,09 ± 0,45 0,1800 ±0,0120 4,03 12,90 32,94 50,17

4 68,93 ± 0,36 0,1700 ±0,0130 8,05 16,80 21,19 54,04

Девочки средний школьный возраст 1 67,00 ± 0,49 0,0200 ± 0,0003 51,66 44,99 0 3,47

2 67,91 ± 0,27 0,1200 ±0,0071 7,58 24,92 28,81 39,18

3 68,18 ±0,24 0,1200 ± 0,0069 3,63 16,40 40,01 40,02

4 67,86 ±0,28 0,1200 ±0,0094 7,92 26,97 32,07 32,53

Мальчики младший школьный возраст 1 67,50 ± 0,24 0,1700 ± 0,0630 6,67 32,22 24,44 40,00

2 69,10 ±0,26 0,1100 ±0,0100 14,34 30,87 18,47 37,04

3 67,44 ±0,31 0,1500 ±0,0110 2,30 13,29 35,22 49,12

4 68,35 ± 0,40 0,2000 ± 0,0150 4,07 11,50 30,23 53,66

Мальчики средний школьный возраст 1 69,25 ± 0,87 0,0730 ±0,0160 22,32 25,06 27,65 23,32

2 67,68 ± 0,42 0,1400 ±0,0110 8,44 19,83 24,66 46,92

3 68,18 ± 0,50 0,1000 ±0,0110 11,88 26,22 33,64 28,32

4 67,48 ± 0,21 0,1600 ±0,0110 10,75 17,55 20,91 50,29

Теоретические и прикладные аспекты временной организации биосистем. — М.: Наука, 1976. — С. 174-186.

6. Вариабельность ритма сердца: представления о механизмах / С.А. Котельников, А.Д. Ноздрачев, М.М. Одинак и др. //Физиология человека. - 2002. - Т. 28. -№ 1. — С. 130-143.

7. Навакатикян А. О., Крыжановская В.В. Возрастная работоспособность умственного труда. - Киев: Здоров'я, 1979. - 207 с.

8. Роль структур головного мозга в органи-

зации вегетативных функций / Б.И. Каменецкая, Н.Б. Хаспекова, Н.Ю. Березова и др. // Журн. невропатологии и психиатрии. - 1988. -

№12. -С. 35.

9. Хаспекова Н.Б. Регуляция вариативности ритма сердца у здоровых и больных с психогенной и органической патологией мозга: Автореф. дис.... докт. мед. наук. — М., 1996. - 48 с.

10. Хаютт В.М., Лукошкова Е.В. Спектральный анализ колебаний ЧСС - известное, спорное, неизвестное // Инженеринг в медицине.

Колебательные процессы гемодинамики. Пульсация и флюктуация сердечно-сосудистой системы: Сб. научных трудов Л научно-практической конференции и I Всероссийского симпозиума. - Челябинск: АТМН, 2000. - С. 71-80.

11. Cooley J. W, Tukey J.S. An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series // Math. Comp. -1961. - V 19.-P. 267-301.

12. Heart rate variability frequency domain analysis / 2. Ori, G. Monir, J. Weiss et al. // Amb. Electrocard. -1992. - V. 10. -№3.~ P. 499.

13. Malik M. Heart rate variability //Curr. Opin Cardiol. - 1998. - Vol. 13. -Ml. - P. 36-44.

14. Power spectral analysis of heart rate and arterial pressure variabilities as a marcer of sym-patho-vagal interaction in man and conscious dog / M. Pagani, F. Lombardy, S. Guzzetti et al. // Circ. Res. -1986. - V. 59. -M2. -P. 178-193.

15. Power spectrum analysis of heart rate fluctuation: A quantitative probe of beat to beat cardiovascular control /S.D. Akselrod, D. Gordon, F.A. Ubel et al. //Science. -1981. - V.213. -M10. -P.220.