Перестройки кардиогемодинамики и газообмена у европеоидов и аборигенов Северо-Востока России с различными типами вегетативной регуляции в процессе пробы с ререспирацией

Здоровье человека

Вестник ДВО РАН. 2017. № 2

УДК 612.233:612.5.05

АЛ. МАКСИМОВ, ИВ. АВЕРЬЯНОВА

Перестройки кардиогемодинамики и газообмена у европеоидов и аборигенов Северо-Востока России с различными типами вегетативной регуляции в процессе пробы с ререспирацией

Обследовано 104 юноши в возрасте 17—20 лет, являющихся студентами образовательных учреждений г. Анадырь Чукотского автономного округа, из которых 40 человек — европеоиды, представители уроженцев Севера в 1-2-м поколениях, и 64 человека — аборигены (чукчи). Целью данной работы явилась оценка показателей вариабельности сердечного ритма, гемодинамики, оксигенации и газоанализа у европеоидов, а также аборигенов с различными исходными типами вегетативной регуляции в ответ на пробу с ререспирацией без поглощения углекислого газа. Установлено, что между аборигенами и европеоидами с одинаковыми исходными типами вегетативной нервной регуляции не существует выраженных различий в регуляторных перестройках вариабельности кардиоритма в ответ на пробу с ререспирацией. При этом лучшие показатели гемодинамики и газообмена были отмечены в группе европеоидов, что указывает на достаточно высокий уровень их адаптации к окружающим природно-климатическим условиям и лучшие функциональные резервы организма относительно аборигенов.

Ключевые слова: юноши, кардиоритм, показатели гемодинамики, ререспирация.

Changes in cardiac hemodynamics and gas exchange observed in northeast Russia's Europeans (Caucasians) and indigenes with different types of vegetative regulation at rerespiration test. A.L. MAKSIMOV, I.V. AVERYANOVA (Scientific Research Center «Arktika», FEB RAS, Magadan).

The examined subjects were 104 young males at the age of 17—20, all being students of educational institutions in the city of Anadyr, Chukotskiy Autonomous District, among them 40 persons were North-born Europeans (Caucasians) in the 1 st—2nd generation and 64 persons from indigenous population of Chukchee. The aim of the study was estimation of heart rate variability, hemodynamic, oxygenation and gas analysis indices in Europeans (Caucasians) and indigenes having different basic types of autonomic regulation in response to a rerespiration test, free of carbon dioxide inspiration. It was found that no significant differences in regulatory changes had occurred in the heart rate variability in response to the rerespiration test in indigenous subjects as compared to those of European (Caucasian) origin with similar basic types of autonomic nervous regulation. Of note is that the most effective hemodynamic and gas exchange values were demonstrated by European (Caucasian) examinees testifying to rather high levels of their adaptation to the natural and climatic conditions of the environment as well as better functional reserves in comparison with the indigenous subjects.

Key words: young males, heart rate, hemodynamic values, rerespiration.

МАКСИМОВ Аркадий Леонидович - член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник,*АВЕРЬЯНОВА Инесса Владиславовна - кандидат биологических наук, научный сотрудник (Научно-исследовательский центр «Арктика» ДВО РАН, Магадан). *Е-таП: Inessa1382@mail.ru

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Поисковые фундаментальные научные исследования в интересах развития Арктической зоны Российской Федерации» (проект «Разработка унифицированных социально-экономических и медико-биологических критериев оценки дискомфортности окружающей среды и состояния адаптированности жителей циркумполярных и арктических регионов»).

Введение

Одним из ключевых вопросов адаптации организма к воздействию экстремальных факторов является формирование адекватного уровня метаболизма, в обеспечении которого сердечно-сосудистая система занимает одно из ведущих мест. При этом любые изменения, возникающие в организме при действии экстремальных факторов, в конечном итоге приводят к формированию гипоксических состояний на том или ином системном, органном или клеточном уровнях [3].

Ранее нами изучены особенности влияния дыхания в замкнутом пространстве (рере-спирация) на показатели вариабельности сердечного ритма, артериальное давление и газовый состав выдыхаемого воздуха у лиц с исходно различными типами вегетативной регуляции [9]. При этом было установлено, что значения и вектор перестроек низкочастотных значений мощности спектра кардиоритма до и в процессе ререспирации являются высокоинформативными показателями для оценки ведущего типа вегетативной регуляции. Однако особенности реакции показателей вариабельности сердечного ритма и основных показателей сердечно-сосудистой системы в ответ на гипоксически-гиперкапническую нагрузку у испытуемых различных этнических групп до сих пор остаются невыясненными. Результаты многолетних фундаментальных исследований [4, 11] свидетельствуют о существовании этнических различий по ряду биологических характеристик, что является основанием для предположения об особенностях функциональных резервов организма обследуемых лиц из числа европеоидов и аборигенов - уроженцев Севера.

Целью данной работы явилась оценка временных и спектрально-волновых показателей вариабельности сердечного ритма, гемодинамики, оксигенации и газоанализа у юношей - укорененных европеоидов, а также у аборигенов Чукотки с различным исходным типом вегетативной регуляции в ответ на пробу с ререспирацией.

Методика

В исследованиях приняли участие 104 юноши в возрасте 17-20 лет, являющихся студентами образовательных учреждений г. Анадырь Чукотского автономного округа, из которых 40 человек - европеоиды, представители уроженцев Севера в 1-2-м поколениях, и 64 человека - аборигены (чукчи). В качестве функциональной нагрузки использовалась проба с ререспирацией без поглощения СО2. У всех испытуемых до проведения пробы с ререспирацией в состоянии покоя (фона) с помощью портативного газоанализатора производства ООО «НПК «Карбоник» (Россия) определялась концентрация СО2 и О2 в выдыхаемом ими воздухе (в %). Для проведения ререспирации испытуемому предлагалось совершить 3 глубоких выдоха в герметичный пластиковый мешок (типа Дугласа), откуда в дальнейшем производился процесс вдоха и выдоха общей продолжительностью 3 мин, при этом нос закрывался зажимом [10]. Для исследований допускались только юноши, у которых жизненная емкость легких была не менее 3200 мл, не имеющие патологий со стороны кардиореспираторной системы и являющиеся практически здоровыми. После завершения ререспирации оставшаяся в мешке воздушная газовая смесь анализировалась с помощью того же прибора по уровню содержания СО2 и О2 (в %).

До пробы с ререспирацией и в процессе ее трехминутного выполнения с помощью прибора «Варикард» и программного обеспечения VARICARD-KARDi [8] производилась запись кардиоритмограммы с учетом методических рекомендаций группы российских экспертов [5]. В дальнейшем анализировались следующие показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР): мода (Мо, мс) - наиболее часто встречающиеся значение R-R интервала; разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтерва-лов (М х БМп, мс); число пар кардиоинтервалов с разницей более 50 мс в % к общему числу кардиоинтервалов ^NN50, мс); стандартное отклонение полного массива

кардиоинтервалов (SDNN, мс); амплитуда моды при ширине класса 50 мс (АМо 50 %, мс); индекс напряжения регуляторных систем (SI, усл. ед.); суммарная мощность спектра сердечного ритма (TP, мс2), мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,4-0,15 Гц (дыхательные волны) (HF, мс2); мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,15-0,04 Гц (LF, мс2); мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца в диапазоне 0,04-0,015 Гц (8 VLF, мс2). Общая суммарная мощность спектра кардиоритма (ТР) в процессе ререспирации рассчитывалась без учета ультранизкочастотной составляющей (ULF) исходя из требований корректности применения анализа коротких временных рядов с использованием метода Фурье-преобразования [7].

Показатели артериального давления регистрировались автоматическим тонометром Nessei DS-1862 (Япония) на фоне и пике пробы (конец 3-й минуты), в эти же периоды с использованием пульсиоксиметра NPB-40 (США) измерялся уровень оксигемоглобина (HbO2, %).

Тип исходного вегетативного тонуса определяли на основании значений следующих показателей: М x DMn, SI, TP, где диапазон эйтонии для М x DMn мы учитывали равным от 200 до 300 мс, для SI - от 70 до 140 усл. ед., для TP - от 1000 до 2000 мс2 [2]. Если исследуемые показатели М x DMn и TP находились ниже данных диапазонов, то вегетативный баланс был оценен как симпатотонический, при превышении величин данного коридора - как ваготонический. Напротив, если значения показателей SI были выше 140 усл. ед. (с учетом двух других показателей), то вегетативный баланс оценивался как с сим-патотонический, а при снижении их менее 70 усл. ед. - как ваготонический. В результате данной дифференциации было выделено две группы испытуемых: исследуемые с ваго-тоническим типом регуляции и испытуемые-нормотоники. В связи с немногочисленной выборкой симпатотоников юноши данного типа вегетативной регуляции были исключены из исследования.

Все обследования осуществлялись в помещении с комфортной температурой 19-21 оС, в первой половине дня. Исследование было выполнено в соответствии с принципами Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации. Протокол исследования был одобрен Этическим комитетом медико-биологических исследований при СВНЦ ДВО РАН (№ 004/013 от 10.12.2013). До включения в исследование у всех участников было получено письменное информированное согласие.

Результаты подвергнуты статистической обработке с применением пакета прикладных программ Statistica 7.0. Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась на основе теста Шапиро-Уилка. Результаты непараметрических методов обработки представлены в виде медианы (Me) и интерквартильного размаха в 25 и 75 процентилей, а параметрических - как среднее значение и его ошибка (М ± m). В случае сравнения связанных выборок статистическая значимость различий определялась с помощью t-критерия Стьюдента для зависимых выборок с нормальным распределением и непараметрического критерия Уилконсона для выборок с распределением, отличающимся от нормального. При сравнении несвязанных выборок статистическая значимость различий определялась с помощью t-критерия Стьюдента для независимых выборок с параметрическим распределением и с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни для выборок с ненормальным распределением. Критический уровень значимости (p) в работе принимался равным или меньше 0,05 [6].

Результаты и обсуждение

При дифференциации молодых людей, относящихся к группе аборигенного населения, по исходному типу вегетативного тонуса было выявлено, что в общей группе симпатикотония наблюдалась в 6 % случаев обследования, нормотония была выявлена

По остальным изученным характеристикам ВСР статистически значимых различий в состоянии фона и в процессе выполнения пробы зафиксировано не было.

Анализ этнических различий вегетативных показателей в условиях фона и пробы с рерспирацией показал, что в группе нормотони-ков у обследуемых аборигенов после проведения пробы отмечалось

у 53 % испытуемых и 41 % юношей ~

характеризовался ваготоническим лиц

лб

типом вегетативной регуляции. ^ В группе юношей-европеоидов

наибольший процент обследуемых ^

из общей выборки характеризовался Д

ваготоническим типом вегетативной ^

регуляции (58 %), тогда как лишь д-

у 3 % испытуемых было выявлено Ц

преобладание симпатотонической ^

направленности в регуляции сердеч- в,

ного ритма, нормотония была выяв- §

лена в 39 % случаев. Ц

Анализ показателей ВСР в ответ 5

на комбинированное воздействие §

гипоксии и гиперкапнии показал, §

что юноши различных этнических §

групп как с нормотоническим, так и |

с ваготоническим исходным типом ¡а

вегетативной регуляции имеют не- |

значительное количество статисти- §

о

чески значимых различий между И

изучаемыми характеристиками ВСР *

как в состоянии покоя, так и на пике §

выполнения пробы с ререспираци- Ц

ей. Анализ показателей кардиорит- §

ма в группе юношей-ваготоников я

проанализирован в другой нашей *

работе [1]. §

Из табл. 1 следует, что у юно- Ё

шей-нормотоников этнические раз- >§

личия изученных характеристик вариабельности сердечного ритма

в состоянии покоя наблюдались |

Я

лишь относительно показателей Мо ^

и HF и на пике ререспирации по ве- Ц личине Мо.

В группе ваготоников из числа |

европеоидов (табл. 2) в покое наблю- «

дались более низкие фоновые значе- ^

ния АМо, а при ререспирации - Мо. я

Е

=

а

я

а

и

р й

увеличение показателей р№Ы50, SDNN, HF на фоне снижения Мо, АМо и LF. В группе нормотоников-европеоидов в целом отмечается аналогичная динамика показателей ВСР в ответ на комбинированное воздействие гипоксии и гипер-капнии, за исключением направленности изменения LE Так, в группе европеоидов отмечается увеличение LF, что, в свою очередь, ведет к увеличению показателя ТР, чего мы не отмечаем в группе аборигенов.

При анализе динамики показателей ВСР по группе европеоидов и аборигенов, характеризующихся ваготоническим исходным типом вегетативной регуляции (см. табл. 2), необходимо отметить ее менее выраженный характер относительно группы нормотоников. Так, у молодых людей из числа аборигенов в ответ на проведение пробы с ререспирацией отмечалось значимое повышение р№Ы50, SDNN, ОТ, ТР и снижение показателя Мо, а в группе европеоидов при аналогичном повышении высокочастотной составляющей спектра ВСР и снижении Мо было отмечено увеличение стресс-индекса ^1).

В табл. 3 представлены основные показатели артериального давления, сатурации и газоанализа в группах юношей-аборигенов и европеоидов с различным типом вегетативной регуляции. Как следует из таблицы, в группе нормотоников отмечается ряд этнических особенностей в функциональном состоянии показателей сердечно-сосудистой системы, окси-генации и газоанализа. Сравнительный анализ выявил, что юноши-аборигены из группы нормотоников характеризуются статистически значимо более низкими фоновыми показателями частоты сердечных сокращений (ЧСС), концентрации О2 в выдыхаемом воздухе и более высокими фоновыми величинами сатурации артериальной крови, а также концентрации СО2 в выдыхаемом воздухе. Тогда как в группе аборигенов-ваготоников наблюдались только более высокие показатели систолического артериального давления. На пике выполнения пробы по отношению к фоновым значениям количество значимых различий изменилось.

Таблица 3

Показатели сердечно-сосудистой системы, оксигенации и газоанализа в состоянии фона и на пике ререспирации у юношей — аборигенов и европеоидов с различными типами вегетативной регуляции, М ± т

Этап эксперимента Уровень значимости различий

Покой Ререспирация

Ф

Показатель Аборигены (1 ы д и о е п о р в м Аборигены (3 ы д и о е п о р в м 1-2 3-4 1-3 2-4

Нормотоники

САД, мм рт. ст. 128,2 ± 1,6 129,8 ± 1,4 141,1 ± 2,5 143,4 ± 2,5* Р = 0,45 р = 0,51 р < 0,001 р < 0,01

ДАД, мм рт. ст. 75,5 ± 1,1* 74,3 ± 1,3 79,5 ± 1,1 79,3 ± 1,4 р = 0,48 р = 0,91 р < 0,05 р < 0,05

ЧСС, уд./мин 72,6 ± 0,8* 80,2 ± 0,9* 80,5 ± 1,0 * 84,8 ± 1,5* р < 0,01 р < 0,01 р < 0,01 р < 0,05

ньо2, % 98,4 ± 0,1 98,1 ± 0,1* 95,6 ± 0,3 94,6 ± 0,4* р < 0,05 р < 0,05 р < 0,001 р < 0,001

Концентрация 3,3 ± 0,1 3,0 ± 0,1* 8,0 ± 0,1* 7,2 ± 0,2* р < 0,05 р < 0,001 р < 0,001 р < 0,001

СО2, %

Концентрация 16,9 ± 0,1 17,3 ± 0,1* 13,5 ± 0,5 12,9 ± 0,3 р < 0,01 р = 0,31 р < 0,001 р < 0,001

О2, %

Ваготоники

САД, мм рт. ст. 130,0 ± 1,4 126,0 ± 1,5 141,2 ± 1,8 136,0 ± 1,7 р < 0,01 р < 0,05 р < 0,001 р < 0,001

ДАД, мм рт. ст. 71,8 ± 0,9 72,4 ± 1,1 79,8 ± 1,1 75,5 ± 1,7 р = 0,67 р < 0,05 р < 0,01 р < 0,05

ЧСС, уд./мин 67,9 ± 1,0 68,0 ± 1,3 72,4 ± 1,3 80,3 ± 1,8 р = 0,95 р < 0,01 р < 0,01 р < 0,001

ньо2, % 98,5 ± 0,21 98,7 ± 0,1 95,0 ± 0,2 96,4 ± 0,2 р = 0,37 р < 0,001 р < 0,001 р < 0,001

Концентрация 3,3 ± 0,1 3,3 ± 0,1 6,8 ± 0,1 6,5 ± 0,2 р = 1,00 р = 0,73 р < 0,001 р < 0,001

СО2, %

Концентрация 16,9 ± 0,1 17,0 ± 0,1 13,0 ± 0,2 13,2 ± 0,2 р = 0,48 р = 0,48 р < 0,001 р < 0,001

О2, %

* Различия между группами ваготоников и нормотоников.

Из представленных данных (табл. 3) видно, что за счет более выраженного снижения концентрации кислорода, оставшегося в мешке после проведения ререспирации, в группе европеоидов-нормотоников нивелировались различия в отношении данного показателя. В группе ваготоников, напротив, увеличилось количество значимых этнических различий на пике проведения пробы. Так, помимо различий по уровню систолического артериального давления (САД), выявленного в состоянии перед проведением пробы, были отмечены статистически значимо более низкие показатели диастолического артериального давления (ДАД) в группе европеоидов на фоне более высоких показателей ЧСС и НЬ02. Анализируя функциональный ответ параметров сердечно-сосудистой системы, оксиге-нации артериальной крови и показателей газоанализа на комбинированное воздействие гипоксии и гиперкапнии, мы отмечаем выраженные сдвиги по всем изучаемым характеристикам, имеющим однонаправленный характер динамики вне зависимости от этнической принадлежности и типа вегетативной регуляции. Полученные результаты свидетельствует о повышении систолического и диастолического артериального давления и частоты сердечных сокращений в ответ на пробу с ререспирацией. Помимо этого у испытуемых четырех групп было зафиксировано снижение оксигенации артериальной крови с одновременным уменьшением концентрации кислорода и повышением углекислоты в мешке после пробы. При этом необходимо отметить различную выраженность данных сдвигов в динамике изучаемых показателей, имеющих свои особенности у представителей различных этнических групп и типов вегетативной регуляции. Так, в выборке нормотоников отмечается более выраженное снижение концентрации 02 и повышение С02 как в группе

европеоидов, так и в группе аборигенов. Тогда как в группе ваготоников-европеоидов мы выявили более выраженное повышение показателя ЧСС в ответ на предъявленную нагрузку, что, по-видимому, связано с наличием значимой динамики стресс-индекса (SI) у представителей данной группы. Необходимо также отметить наличие различий в показателях сердечно-сосудистой и газотранспортной систем с учетом типа исходного вегетативного баланса. Из таблицы видно, что испытуемые-аборигены, характеризующиеся исходным ваготоническим типом вегетативной регуляции, имеют более низкие фоновые показатели ДАД и ЧСС относительно группы аборигенов-ваготоников. В группе европеоидов ваго-тоники характеризовались пониженными показателями ЧСС и концентрации кислорода в выдыхаемом воздухе. При этом относительно группы нормотоников у них наблюдались повышенные показатели концентрации углекислого газа в выдыхаемом воздухе и большая сатурация артериальной крови кислородом в состоянии фона. На пике пробы с ререспира-цией количество значимых различий в группе европеоидов и аборигенов, различающихся исходным типом вегетативного баланса, изменилось. Так, исчезли различия по уровню диастолического артериального давления, но САД стало выше в группе нормотоников-европеоидов. Помимо этого у представителей данной группы нами были зафиксированы более высокие показатели ЧСС, концентрации СО2 в мешке после проведения пробы и пониженные показатели сатурации артериальной крови.

Анализируя показатели вариабельности сердечного ритма в состоянии покоя и в ответ на пробу с ререспирацией, установили, что у юношей-европеоидов с преобладанием парасимпатического отдела ВНС достаточно высокая степень устойчивости к комбинированному воздействию гипоксии и гиперкапнии, что проявлялось менее выраженной динамикой показателей ВСР на пике ререспирации. При этом у испытуемых данной группы относительно аборигенов ответная реакция на пробу со стороны гемодинамических характеристик проявляется более выраженным повышением ЧСС, которое обеспечивало лучший уровень насыщения гемоглобина кислородом при более низких значениях артериального давления.

В группе европеоидов-нормотоников отмечается иной механизм перестройки параметров ВСР, гемодинамики, оксигенации и газоанализа в ответ на нарастающую гипоксию и гиперкапнию. Так, у испытуемых данной группы мы отметили наиболее выраженное снижение оксигенации артериальной крови - до 94,6 %, с наибольшим снижением концентрации кислорода в мешке до 12,9 %, что сопровождается повышением значений активности сосудодвигательного центра (LF-компонента) в общей мощности спектра при менее выраженной динамике частоты сердечных сокращений в ответ на ререспирацию.

Выводы

Между аборигенами и европеоидами с одинаковыми исходными типами вегетативной нервной регуляции не существует принципиальных различий в регуляторных перестройках вариабельности кардиоритма в ответ на пробу с ререспирацией, что, по всей видимости, указывает на достаточный уровень функциональных резервов у испытуемых этих групп в процессе жизнедеятельности в условиях Крайнего Севера. Особый интерес в этом плане могут представить изменения функциональных показателей у выраженных симпатотоников, что является целью наших дальнейших исследований.

Весь комплекс полученных нами результатов с высокой вероятностью указывает, что типы вегетативной регуляции напрямую не имеют зависимости от этнических особенностей, а низкое число симпатотоников в изучаемой выборке, по всей видимости, связано с тем, что лица со сниженными функциональными и адаптационными резервами в своем абсолютном большинстве не закрепляются в условиях Крайнего Севера и вынуждены покидать его в первые 3 года проживания.

Существенным аспектом, установленном в процессе исследований, является то, что лучшие показатели гемодинамики и газообмена при пробе с ререспирацией демонстрировали

не аборигены, а европеоиды из числа уроженцев Севера в 1-2-м поколениях, что указывает на высокий уровень их адаптации к окружающим природно-климатическим условиям и лучшие функциональные резервы организма.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аверьянова И.В., Максимов А.Л. Состояние кардиогемодинамики и газообмена у европеоидов и аборигенов с одинаковым типом вегетативной регуляции - жителей различных регионов Северо-Востока России // Физиология человека. 2016. Т. 42, № 2. С. 63-70.

2. Аверьянова И.В., Максимов А.Л. Сравнительная информативность оценки типов вегетативной регуляции по индексу Кердо и вариабельности кардиоритма у юношей Магаданской области // Валеология. 2014. № 3. С. 5-10.

3. Агаджанян Н.А., Двоеносов В.Г. Физиологические особенности сочетанного влияния на организм острой гипоксии и гиперкапнии // Вестн. восстановительной медицины. 2008. № 1 (23). С. 4-8.

4. Агаджанян Н.А., Ермаков Н.В., Куцов Г.М. Эколого-физиологические особенности адаптивных реакций коренного и пришлого населения Эвенкии // Физиология человека. 1995. Т. 21, № 3. C. 106-15.

5. Баевский Р.М. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) // Вестн. аритмологии. 2001. № 24. С. 65-83.

6. Боровиков В.П. Statistica: Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов. СПб.: Питер, 2003. 700 с.

7. Витязев В.В. Анализ неравномерных временных рядов. СПб.: СПбГУ, 2001. 68 с.

8. Комплекс для анализа вариабельности сердечного ритма «Варикард». Рязань: ЮИМН, 2005.

9. Максимов А.Л., Аверьянова И.В. Информативность показателей кардиогемодинамики и вариабельности сердечного ритма у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости // Ульяновский медико-биологический журнал. 2014. № 2. С. 90-95.

10. Максимов А.Л. Информативность температурных реакций кисти при воздействии на человека гипо-ксических факторов // Физиология человека. 2005. № 3. С. 108-117.

11.Соколов А.Я., Гречкина Л.И., Суханова И.В. Соматофизиологические характеристики физического развития юношей-аборигенов Северо-Востока России // Экология человека. 2007. № 2. С. 16-18.