Изменения регуляции инотропной функции сердца при кратковременной физической нагрузке у детей подросткового возраста

Вестник Челябинского государственного университета. 2013. № 26 (317). Образование и здравоохранение. Вып. 1. С. 102-105.

А. Р. Сабирьянов, Е. С. Сабирьянова, Т. Ю. Подзолко

ИЗМЕНЕНИЯ РЕГУЛЯЦИИ ИНОТРОПНОЙ ФУНКЦИИ СЕРДЦА ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ У ДЕТЕЙ ПОДРОСТКОВОГО ВОЗРАСТА

Изучены частотно-временные характеристики медленноволновой вариабельности фракции выброса левого желудочка и их динамики под воздействием кратковременной физической нагрузки у детей подросткового возраста. Анализ вариабельности фракции выброса показал значимость роли внутри-сердечных механизмов регуляции инотропной функции в покое. Выявлено, что рост фракции выброса после дозированной физической нагрузки определяется включением гетерометрической регуляции сократимости в ответ на увеличение венозного притока.

Ключевые слова: анализ вариабельности, сократимость миокарда, физическая нагрузка, подростковый возраст.

Одной из характерных черт организации живой материи является вариабельность её различных функций. Колебательная активность присуща всем уровням человеческого организма, от молекулярного до организменного. По мнению Ю. А. Романова [11], ритмичность функционирования структур организма является системообразующим свойством, которое обеспечивает согласование физиологических процессов. При этом характерной чертой временной организации биосистем служит одновременное присутствие колебаний разных частот в рамках одного процесса [1; 5].

Наибольший интерес вызывает изучение медленноволновых колебаний, расположенных в диапазоне от 0,003 до 0,05 Гц, так как, по мнению многих авторов [4; 8; 16; 17], они являются достоверными маркерами активности уровней системы регуляции.

С данных позиций несомненна актуальность исследований вариабельности кровообращения у детей [6; 9], что позволяет не только выявлять особенности деятельности сердечно-сосудистой системы детей, но и регуляции разных функций гемодинамики.

Целью данных исследований являлось изучение частотно-временных характеристик медленноволновой вариабельности фракции выброса левого желудочка как маркеров активности уровней регуляции и их динамики под воздействием кратковременной физической нагрузки.

Материалы и методы исследования. В исследованиях участвовали дети первой медицинской группы подросткового возраста (девочки 12-15 лет, п = 278; мальчики 13-16 лет, п = 269).

Регистрация фракции выброса (ФВ) в положении лёжа до и сразу после 20 глубоких при-

седаний проводилась в течение 500 кардиоинтервалов при помощи тетраполярной биоимпе-дансной реополиграфии на базе компьютерной системы «Кентавр II РС» фирмы «Микролюкс» (рекомендована к производству и применению в медицинской практике протоколом № РОСС. Яи.АЮ 45.В00211 от 28 ноября 2002 г.). В системе «Кентавр» ФВ (%) рассчитывается при помощи формулы Тагифта по электрокардиограмме (ЭКГ) первого стандартного отведения и первой производной трансторакальной реограммы [2].

Спектральный анализ проводился при помощи компьютерной программы, использующей метод быстрого преобразования Фурье. Изучались следующие характеристики вариабельности: общая мощность спектра (ОМС, усл. ед.), середина и мода спектра колебаний (Бш и Мо, Гц), распределение мощности по четырём диапазонам (усл. ед. и %). При интерпретации результатов спектрального анализа учитывалось, что самые низкочастотные (СНЧ) — 0-0,025 Гц и очень низкочастотные (ОНЧ) — 0,025-0,075 Гц — колебания являются маркерами активности высших центров вегетативной регуляции [7; 8; 12], низкочастотные (НЧ) — 0,075-0,15 Гц — периферического отдела вегетативной нервной системы [4; 8; 13], а высокочастотные (ВЧ) — 0,15-0,5 Гц — блуждающего нерва и дыхательных движений

[4; 13].

С учётом психомоторных особенностей детей данного возраста все результаты спектрального анализа подвергались 60 %-ной фильтрации, что позволило устранить помехи и погрешности в процессе регистрации показателей. При интерпретации результатов анализа медленноволновой вариабельности использовалось общепринятое представление о регуляторном

генезе разночастотных колебаний показателей Видно, что, несмотря на отсутствие различий

кровообращения [4; 8; 13; 16]. величин ФВ и частоты её медленноволновых

Результаты исследования и их обсуждение. колебаний у девочек и мальчиков в покое, стаВ табл. 1 и 2 представлены частотно-временные тистически достоверно (р <0,01) более выраже-

характеристики медленноволновой вариабельно- на общая вариабельность показателя (ОМС) пости ФВ до и после дозированной физической на- следних. Данное обстоятельство связано с более

грузки. высокой (р < 0,05) мощностью колебаний в НЧ-

Таблица 1

Изменения фракции выброса и её спектральных характеристик после дозированной физической нагрузки

Время исследований ФВ, % ОМС, усл. ед. Fm, Гц Mo, Гц

Девочки

В покое б7,87±0,24 0,85±0,09 0,12±0,0085 0,11±0,0102

После нагрузки б9,13±0,2б 1,13±0,15 0,097±0,0093 0,092±0,0097

Абс. разница 1,2б 0,28 -0,021 -0,014

t 3,54 1,б3 -1,б5 -0,99

Отн. разница 1,85 33,б4 -17,б5 -13,17

Мальчики

В покое б7,58±0,27 1,33±0,15 0,12±0,0082 0,1±0,0085

После нагрузки б8,5б±0,21 1,29±0,11 0,092±0,0075 0,08±0,0082

Абс. разница 0,97 -0,05 -0,032 -0,02

t 2,8 -0,24 -2,92 -1,72

Отн. разница 1,44 -3,45 -2б,14 -20,13

Таблица 2

Динамика распределения мощности колебаний фракции выброса по диапазонам спектра после кратковременной физической нагрузки

Время исследований СНЧ, усл. ед. ОНЧ, усл. ед. НЧ, усл. ед. ВЧ, усл. ед.

Девочки

В покое 0,08±0,028 0,17±0,033 0,27±0,0513 0,32±0,0491

После нагрузки 0,23±0,04б 0,34±0,058 0,2б±0,0492 0,302±0,0б

Абс. разница 0,15 0,17 -0,013 -0,022

t 2,б9 2,59 -0,19 -0,29

Отн. разница 183,97 103,1б -4,83 -б,91

Мальчики

В покое 0,07±0,012 0,23±0,042 0,45±0,0бб3 0,59±0,0898

После нагрузки 0,22±0,039 0,38±0,059 0,33±0,050б 0,35±0,0548

Абс. разница 0,1б 0,15 -0,115 -0,232

t 3,8 2,02 -1,38 -2,21

Отн. разница 229,79 б3,4 -25,б9 -39,58

и ВЧ-диапазонах спектра у мальчиков, что определяет гендерные особенности относительного распределения ОМС.

Так, в частности, у девочек относительная доля колебаний преобладает в НЧ- (31,35 %) и ВЧ-диапазонах (34,8 %), а у мальчиков наиболее выраженная мощность наблюдается только в ВЧ-диапазоне (41,49 %). Следовательно, у девочек медленноволновая вариабельность ФВ определяется с обоими отделами вегетативной нервной системы [8], тогда как у мальчиков ведущая роль отводится блуждающему нерву и дыхательным движениям [4]. При этом у девочек ранговая корреляция показывает статистически достоверную отрицательную связь ФВ с мощностью СНЧ- и ОНЧ-диапазонов (в = -0,32; р < 0,01 и в = -0,29; р < 0,01 соответственно). Это может быть связано с присутствием осцилляторов с отрицательным инотропным влиянием на миокард, в частности, расположенных в передних отделах гипоталамуса [14]. Однако проведение пошагового регрессионного анализа в обеих половых группах не выявляет зависимости ФВ от её спектральных характеристик. Данное обстоятельство свидетельствует о высокой роли собственных, внутри-сердечных механизмов регуляции сократимости в покое у детей подросткового возраста и объясняет отсутствие различий ФВ. С другой стороны, можно полагать, что в покое медленноволновая вариабельность ФВ определяется общими регуляторными влияниями на кардиогемодинамику.

После дозированной физической нагрузки наблюдается увеличение ФВ, более выраженное у девочек (см. табл. 1). При этом в обеих группах наблюдается выравнивание спектральных характеристик показателя, в том числе и относительного распределения ОМС в диапазонах спектра за счёт более низкочастотных колебаний. В частности, как у мальчиков, так и у девочек статистически достоверно повышается мощность колебаний в СНЧ- и ОНЧ-диапазонах спектра. Учитывая динамику ФВ, данное обстоятельство может быть связано с положительными инотропными механизмами, например, повышением активности гуморальных катехоламинов, проявляющих вариабельную активность в данных диапазонах [10; 15]. Несомненно, важная роль в увеличении сократимости отводится и росту венозного притока в результате мышечной нагрузки, активизирующего гетерометрическую регуляцию (закон Франка — Старлинга). При этом у мальчиков, наряду с данными изменениями, наблюдается сни-

жение мощности ВЧ-колебаний, связанных с активностью блуждающего нерва.

Проведение ранговой корреляции и регрессионного анализа подтверждают тесное взаимодействие гуморальных и гетерометрических механизмов в росте сократимости миокарда после дозированной нагрузки. В частности, ранговая корреляция не обнаруживает линейных взаимосвязей между ФВ и её спектральными характеристиками. Тогда как результаты пошаговой регрессии показывают отрицательную зависимость ФВ девочек от Мо-спектра (в = -0,41; р < 0,008), которая у большинства обследованных детей смещается в СНЧ- и ОНЧ-диапазоны. Следовательно, снижение частоты медленноволновых колебаний ФВ при росте показателя после физической нагрузки показывает слабое функциональное влияние отрицательных инотропных механизмов на фоне активации автономных.

У мальчиков выявляется аналогичные взаимосвязи, в частности, ранговая корреляция обнаруживает отрицательную связь ФВ с мощностью СНЧ-(г = -0,28; р < 0,02) и ОНЧ-диапазонов (г = -0,42; р < 0,0004). При регрессионном анализе наблюдается отрицательная зависимость показателя от мощности ОНЧ-диапазона (в = -0,36; р < 0,006). Однако при этом у мальчиков также после дозированной физической нагрузки сократимость миокарда возрастает. В отличие от девочек, менее выраженная динамика сократимости миокарда определяется наличием отрицательных взаимосвязей колебаний СНЧ- и ОНЧ-диапазонов и ФВ.

Выводы:

1. Рост фракции выброса после дозированной физической нагрузки определяется включением гетерометрической регуляции сократимости в ответ на увеличение венозного притока.

2. Результаты ранговой корреляции и регрессионного анализа свидетельствуют о присутствии отрицательных инотропных механизмов, определяющих вариабельность фракции выброса в самом и очень низкочастотном диапазонах.

Список литературы

1. Агулова, Л. П. Принципы адаптации биологических систем к космогеографическим факторам / Л. П. Агулова // Биофизика. 1998. Т. 43, № 4. С. 571-574.

2. Астахов, А. А. Физиологические основы биоимпедансного мониторинга гемодинамики в анестезиологии (с помощью системы «Кентавр») /

А. А. Астахов. Челябинск, 1996. Т. 1. 174 с.

3. Ашофф, Ю. Циркадные ритмы в космической медицине / Ю. Ашофф // Человек в космосе : тез. IV Междунар. симп. по основным проблемам жизни человека в косм. пространстве. М. : Наука, 1974. С. 264-282.

4. Баевский, Р. М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине / Р. М. Баевский // Физиология человека. 2002. Т. 28, № 2. С. 70-82.

5. Владимирский, Б. М. Космос и биологические ритмы / Б. М. Владимирский, В. Г. Сидякин, Н. А. Темуранц. Штутгарт, 1998. 141 с.

6. Галеев, А. Р. Использование показателей сердечного ритма для оценки функционального состояния школьников с учётом их возрастных особенностей и уровня двигательной активности : автореф. дис. ... канд. биол. наук / А. Р. Гале -ев. Новосибирск, 1999. 20 с.

7. Каменецкая, Б. И. Роль структур головного мозга в организации вегетативных функций / Б. И. Каменецкая, Н. Б. Хаспекова, Н. Ю. Березова, Э. М. Кутерман // Журн. невропатологии и психиатрии. 1988. № 12. С. 35.

8. Котельников, С. А. Вариабельность ритма сердца: представления о механизмах / С. А. Котельников, А. Д. Ноздрачёв, М. М. Одинак // Физиология человека. 2002. Т. 28, № 1. С. 130-143.

9. Макаров, Л. М. Циркадная вариабельность ритма сердца у здоровых детей 3-15 лет по данным холтеровского мониторирования электрокардиограммы / Л. М. Макаров // Педиатрия. 1998. № 6. С. 7-11.

10. Навакатикян, А. О. Возрастная работоспособность умственного труда / А. О. Навакатикян,

В. В. Крыжановская. Киев : Здоров’я, 1979. 207 с.

11. Романов, Ю. А. От хронобиологии к хроно-топобиологии / Ю. А. Романов // Вестн. Рос. акад мед. наук. 2000. № 8. С. 8-11.

12. Хаспекова, Н. Б. Диагностическая информативность мониторирования вариабельности ритма сердца / Н. Б. Хаспекова // Вестн. аритмоло-гии. 2003. № 32. С. 5-23.

13. Хаютин, В. М. Спектральный анализ колебаний частоты сердцебиений: физиологические основы и осложняющие его явления / В. М. Хаютин, Е. В. Лукошкова // Рос. физиолог. журн. им. И. М. Сеченова. 1999. Т. 87, № 7. С. 893-909.

14. Цырлин, В. А. Влияние антигипертензив-ных соединений на гипоталамическую регуляцию барорецепторных рефлексов / В. А. Цырлин, Е. Н. Екимов // Фармакология и токсикология. 1980. № 1. С. 49-52.

15. Cohen, G. J. Physiological investigation of vascular response variability / G. J. Cohen, A. Silverman // Phsychosom. Res. 1959. Vol. 3. P. 185-210.

16. Heart Rate Variability. Standards of measurements, physiological interpretation, and clinical use / Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology // Circulation. 1996. Vol. 93. P. 1043.

17. Malik, M. Heart rate variability / M. Malik // Curr. Opin Cardiol. 1998. Vol. 13, № 1. Р 36-44.