Результаты применения функциональной пробы с увеличением «Мертвого» дыхательного пространства для оценки функциональной зрелости сердечно-сосудистой системы подростков

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРОБЫ С УВЕЛИЧЕНИЕМ «МЕРТВОГО» ДЫХАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА ДЛЯ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЗРЕЛОСТИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ПОДРОСТКОВ

Панкова Н.Б.1, Карганов М.Ю.

УРАМН НИИ общей патологии и патофизиологии РАМН, Москва

Использование данных о возрастной динамике реактивности различных показателей сердечно-сосудистой системы и систем нейровегетативной регуляции в функциональной пробе с увеличением «мертвого» дыхательного пространства позволило провести анализ степени функциональной зрелости сердечно-сосудистой системы подростков, подвергающихся действию различных факторов риска окружающей среды и образовательного пространства.

Ключевые слова: сердечно-сосудистая система, вариабельность сердечного ритма, функциональные пробы, подростки

Functional maturity of cardiovascular system of adolescents exposed to different environmental and education space risk factors was analyzed using evidence of age-dependent changes in the reactivity of cardiovascular and neurovegetative regulatory systems in the functional test with increased “dead” breathing space.

Key words: cardiovascular system, heart rate variability, functional tests, adolescents

Известно, что функциональное созревание симпатической регуляции сердечнососудистой системы продолжается до 15 лет, а в отдельные периоды (в возрасте около 6, 8-11 и 13-14 лет) в ней происходят качественные изменения, которые находят свое отражение в перестройке спектральных показателей вариабельности сердечного ритма (СР) [5]. Однако возрастная динамика процесса становления функции вегетативной нервной системы - участия в формировании адаптивного ответа организма на воздействие среды обитания - изучена недостаточно. При этом, результаты донозологического контроля состояния здоровья, как взрослых, так и детей, свидетельствуют о необходимости тестирования не только показателей покоя, но и оценки функциональных резервов - способности организма противостоять внешним воздействиям и отвечать на них, т.е., оценки величины адаптивных возможностей организма. Задачи такого типа решаются с применением различных функциональных проб [3]. В нашем исследовании выбор пробы определен техническими особенностями использованного приборного комплекса.

Целью нашей работы было изучение особенностей реактивности показателей сердечно-сосудистой системы у подростков 11-16 лет, находящихся под влиянием различных средовых факторов, и оцениваемых на основе вариабельности СР, в функциональной пробе с увеличением «мертвого» дыхательного пространства.

1 Н.Б.Панкова: E-mail: labpolys@gmail.com

-45-

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работа выполнена с использованием приборного комплекса «спироартерио-кардиоритмограф», выпускаемого отечественными производителями и активно внедряемого в практическую работу [14]. Прибор позволяет проводить одновременную регистрацию показателей дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Технической особенностью прибора является применение ультразвукового метода регистрации воздушного потока, для чего на испытуемых надевают спирометрическую маску с трубкой, к которой крепятся датчики. Трубка не ограничивает дыхания, но увеличивает «мертвое» дыхательное пространство примерно вдвое, что имитирует условия, возникающие в общественном транспорте, или в закрытом помещении при длительном нахождении в нем большого количества людей, как это обычно происходит в школе. Оценка реактивности сердечно-сосудистой системы проводится при сравнении показателей вариабельности СР и периферического артериального давления (пАД) в условиях последовательных регистраций без маски и в маске.

Обоснование применения функциональной пробы с увеличением «мертвого» дыхательного пространства для оценки влияния различных средовых факторов на уровень функциональной зрелости сердечно-сосудистой системы.

Сравнительное изучение показателей сердечно-сосудистой системы у детей и подростков 6-17 лет, учащихся различных школ г. Москвы, выявило [8], что при тестировании без спирометрической маски такие показатели сердечно-сосудистой системы, как частота сердечных сокращений (ЧСС), ударный объем сердца (УО), расчетные индексы вегетативного баланса LF/HF (ВБ) и централизации (VLF+LF)/HF (ИЦ), и стресс-индекс, достигают уровня взрослых испытуемых к возрасту 15-16 лет. В возрасте 13-14 лет у подростков наблюдается период функционального напряжения регуляторных систем, что проявляется в снижении альфа-индекса, характеризующего чувствительность артериального барорефлекса, и увеличении стресс-индекса. Уровень пАД стабилизируется к 21 году, как и спектральные показатели вариабельности пАД.

Общая мощность спектра вариабельности СР в наших исследованиях мало зависела от возраста, однако отмечено перераспределение относительного вклада в спектр разных частот. Выявлено снижение к 13 годам доли высоких частот диапазона HF, отражающих влияние на СР автономного контура регуляции, опосредуемого, главным образом, активностью парасимпатической нервной системы [4, 17]. Также к 13 годам показано возрастание доли низких частот LF, отражающих активность симпатического звена вегетативной регуляции и барорефлекторных механизмов [4, 17-18]. Относительный вклад составляющей VLF, связанных с метаболическими, гуморальными, эмоцио- и психогенными влияниями на СР [7, 15, 22 и др.] увеличивался с более раннего возраста (9-10 лет). Следует обратить внимание на некоторое снижение вариабельности СР и всех его составляющих спектра в возрасте 13-14 лет, что совпадает с периодом достижения подростками уровня взрослых испытуемых по структуре спектра. По принятой в возрастной физиологии периодизации, данный возрастной интервал совпадает с началом подросткового периода и одним из периодов индивидуального развития,

— 46 —

называемых критическими. Возможно, этот возрастной интервал соответствует тому этапу онтогенетического развития, когда морфологическое формирование сердечно-сосудистой системы уже близко к завершению, однако функциональное развитие еще недостаточно. Об этом же свидетельствуют результаты спектрального анализа вариабельности систолического пАД - возрастание общей мощности спектра у подростков 13-16 лет при опережающем, но транзиторном (в 13-14 лет) возрастании вклада низких частот LF, отражающего уровень симпатической и барорефлекторной регуляции АД [18, 21].

При тестировании адаптивного ответа организма на надевание спирометрической маски у взрослых испытуемых в возрасте 22-35 лет основные показатели сердечно-сосудистой системы (ЧСС, УО, пАД, альфа-индекс, стресс-индекс) не изменялись, но возрастала общая мощность спектров вариабельности СР и систолического пАД, а также происходило увеличение доли высоких частот HF в спектре вариабельности СР (с соответствующим снижением показателей ВБ и ИЦ) и пАДД. Существенные отличия от показателей взрослых выявлены в самой младшей возрастной группе 6-8 лет (возрастание ЧСС и стресс-индекса, снижение доли VLF в спектре вариабельности СР и, наоборот, возрастание доли VLF в спектре вариабельности систолического пАД), в возрасте, когда, по данным других авторов [5, 19], еще не закончено формирование систем вегетативной регуляции СР. В подростковом возрасте основными отличиями от взрослых испытуемых было снижение при выполнении функциональной пробы стресс-индекса и пАД (рис. 1). При этом наибольшая степень снижения диастолического пАД наблюдалась в 13-14 лет и сопровождалась снижением относительной мощности диапазонов VLF в спектре вариабельности СР и LF в спектре вариабельности систолического пАД (на фоне меньшей степени возрастания общей мощности данного спектра). Данные факты свидетельствуют о том, при выполнении теста у подростков данного возраста в большей степени активируются автономные механизмы регуляции сердечно-сосудистой системы. Изменения функциональной активности симпатической системы (в первую очередь, ее высших отделов), контролирующей СР и пАД, в этом возрасте еще недостаточны для поддержания АД.

Полученные данные о возрастной динамике реактивности различных показателей сердечно-сосудистой системы и систем нейровегетативной регуляции в нашей функциональной пробе послужили основанием для сравнительного анализа степени функциональной зрелости сердечно-сосудистой системы детей и подростков, подвергающихся действию различных факторов риска окружающей среды и образовательного пространства.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Динамика показателей сердечно-сосудистой системы у учащихся в течение учебного года в условиях применения различных образовательных технологий.

Изучение нашим прибором показателей сердечно-сосудистой системы школьников 1-11-х классов в учебном году (октябрь-апрель, 750 наблюдений) не выявило каких-либо особенностей в их нормальной годовой динамике. Наши

— 47 —

1,2,3,4,6

&

11-12.5 лет 13-14.5 лет 15-16.5 лет 3 4 5

48

-Q-

# 1,2,6

11-12.5лет 13-14.5лет 15-16.5лет 22-35лет

3 4 5 6

д

о

9-10.5 лет 11-12.5 лет 13-14.5 лет 15-16.5 лет 22-35 лет 2 3 4 5 6

Рис. 1. Изменение при выполнении функциональной пробы с увеличением «мертвого» дыхательного пространства в % систолического АД

результаты совпали с результатами многочисленных и многолетних исследований в данной области [1]. Мы зафиксировали снижение уровня пАД и возрастание степени напряжения регуляторных систем по показателям вариабельности СР и пАД, а также повышение ЧСС, связанное с условиями тестирования (наде-

&

49

той спирометрической маской). Данные изменения обусловлены естественными хронобиологическими колебаниями уровня гормональной активности, что доказано обширными и длительными наблюдениями за лабораторными животными (работы сотрудников Тартуского университета на крысах, мышах и кроликах в 1980-90-х гг.).

Влияние различных образовательных технологий изучено нами с привлечением учащихся обычных школ г. Москвы и учащихся-москвичей из школ, использующих различные формы личностно-ориентированного обучения (всего 660 наблюдений в 1-3-х классах и 985 наблюдений в 9-11-х классах). Показано, что, в отличие от большинства приводимых в литературе данных, в наших условиях тестирования функционального состояния организма детей и подростков, изменений в годовой динамике большинства показателей сердечно-сосудистой системы не выявляется. Единственным показателем, различающимся у школьников из разных школ в весеннем тестировании, является абсолютная и относительная мощность диапазона VLF спектра вариабельности СР и соответствующих расчетных индексов: в московских школах с традиционной системой обучения данный показатель выше, начиная со 2-го и по 10-й классы. Данная закономерность воспроизводится как при 3-летнем мониторинге одних и тех же детей, так и при одномоментном обследовании учащихся разных школ. Мы считаем, что данное состояние может отражать большую степень развития у учащихся таких школ пси-хо-эмоционального напряжения, связанного с образовательным процессом [6].

Влияние места проживания на функциональное состояние и адаптивные возможности организма учащихся.

Влияние места жительства как одного из средовых факторов, оказывающего существенные влияния на состояние здоровья, оценивали по результатам поли-системного обследования учащихся 9-10-х классов, проживающих в разных регионах страны (Москва и Республика Адыгея) [11]. При оценке реактивности показателей сердечно-сосудистой системы в функциональной пробе обнаружено, что основные показатели организма подростков (ЧСС, УО и альфа-индекс) не изменялись. Стресс-индекс у подростков из Москвы снижался, что говорит об ослаблении влияния центрального контура управления СР, исходно повышенного. У 9-классников из Адыгеи стресс-индекс возрастал, а в 10-м данный показатель не изменялся, как и у взрослых испытуемых. Величина систолического пАД снижалась только у 9-классников-москвичей, что было описано ранее у учащихся начальной школы. Величина диастолического пАД снижалась, как и в младших классах, у 9-классников из обоих регионов.

Анализ динамики спектральных показателей вариабельности СР и пАД показал, что у старшеклассников из Адыгеи происходит снижение абсолютной и относительной мощности диапазона низких частот LF спектра вариабельности СР, как и у взрослых испытуемых. У подростков из Москвы снижалась относительная мощность диапазона очень низких частот VLF в спектрах вариабельности систолического и диастолического пАД. Изменения относительной мощности диапазона LF спектра вариабельности систолического пАД отмечены только у 10-классников из Москвы.

— 50 —

В целом, результаты оценки реактивности сердечно-сосудистой системы у подростков из разных регионов свидетельствует о том, что особенностью москвичей является затянутость во времени процесса функционального развития систем вегетативной регуляции СР и пАД, его связь с активностью высших надсегмен-тарных отделов регуляторных систем при недостаточном уровне симпатических и барорефлекторных влияний. Для жителей республики Адыгея характерно более раннее достижение дефинитивных показателей функциональной активности регуляторных систем.

Влияние уровня двигательной активности на функциональное состояние и адаптивные возможности организма учащихся.

Данная часть нашего исследования выполнена с привлечением учащихся, у которых физическая нагрузка ограничена 2 часами физкультуры в неделю (п=105), и юных спортсменов 11-16 лет (п=75), занимающихся в секциях баскетбола, волейбола, спортивных танцев, фигурного катания и единоборств - при смешанном аэробно-анаэробном режиме тренировок, от 2 до 9 лет на любительском уровне [12].

При выполнении функциональной пробы у подростков-спортсменов уже в 13-14 лет отсутствовало снижение пАД (рис. 1, А, Б), характерное для малоподвижных сверстников (в большей степени, юношей, что отражает опережающее функциональное развитие девушек). Однако отмечено снижение ЧСС и снижение относительного вклада в спектр вариабельности СР низких частот LF, что отражалось в отсутствии изменений ВБ в возрасте 15-16 лет (рис. 1, В). Кроме того, при выполнении пробы спортсменами 15-16 лет не только отсутствовало снижение стресс-индекса, характерное для контрольных подростков данного возраста, но наоборот, выявлено возрастание данного показателя (рис. 1, Г), как и у взрослых. Также у спортсменов отсутствовало характерное для 15-16-летнего возраста возрастание относительной мощности диапазона LF спектра вариабельности систолического пАД (рис. 1, Д). Данные результаты свидетельствуют о возможной задержке функционального развития систем нейровегетативной регуляции у подростков с недостаточной двигательной активностью, по сравнению с подростками-спортсменами.

Использование функциональной пробы с увеличением «мертвого» дыхательного пространства для оценки патологических состояний на нозологическом и донозологическом уровнях.

Применение функциональной пробы с увеличением «мертвого» дыхательного пространства для оценки состояния кардио-респираторной системы больных с бронхиальной астмой [13] дало обнадеживающие результаты, свидетельствующие о достаточной чувствительности и информативности данного методического подхода. Мы расширили сферу применения нашей пробы и изучили особенности реактивности сердечно-сосудистой системы подростков из группы риска, с высоким нормальным АД (прегипертензией).

При оценке уровня АД принято руководствоваться рекомендациями Европейского общества гипертензии и кардиологов и экспертов ВОЗ [16], которые предлагают считать уровень артериального давления 140/90 мм рт.ст. унифицирован-

— 51 —

ным единым критерием артериальной гипертензии, как для взрослых, так и для подростков начиная с 13 лет. Вместе с тем, выделение только группы с надпоро-говыми значениями АД оставляет без внимания значительную часть детей и подростков с пограничными состояниями. Однако стремительный рост за последние годы числа людей разного возраста с уровнем АД, повышенным до значений, близких к граничным, привел к актуализации данной проблемы и введению термина «высокое нормальное АД» (в англоязычной литературе - «прегипертен-зия»). Дети и подростки с таким АД составляют группу риска и нуждаются в диспансерном наблюдении. К высокому нормальному АД в детской популяции относят средние уровни систолического и/или диастолического АД на трех визитах, равные или превышающие 90-й центиль, но меньшие 95-го центиля для данного возраста, пола и роста, или равные или превышающие 120/80 мм рт.ст. (даже если это значение меньше 90-го центиля). Соответственно, согласно центильным таблицам [20], доля детей и подростков в условно-нормальной популяции, попадающих в диапазон выше 90-го центиля, составляет 10 %. По нашим наблюдениям (1300 наблюдений в Москве, Московской и Новгородской областях, а также в Республике Адыгея) при использовании единого для всех возрастных групп критерия «выше 120/80 мм рт.ст.» доля подростков с повышенным АД достигает значений 40-50 % от всей выборки [10].

Применение нашей функциональной пробы показало, что у прегипертензив-ных подростков 15-16 лет, как из Москвы, так и из Республики Адыгея, происходит учащение пульса и снижение систолического пАД, а диастолическое пАД снижается только у москвичей. У подростков с нормальным уровнем АД данная функциональная проба в возрасте 15-16 лет не вызывает значимых изменений описываемых показателей, но они описаны в более раннем возрасте. В спектральных показателях вариабельности СР у прегипертензивных подростков из обоих регионов происходит снижение относительной мощности диапазона LF. Такой тип изменения спектра СР характерен для взрослых испытуемых с высоким уровнем симпатической активности. В спектре вариабельности систолического пАД снижение относительной мощности LF, характерное для более младшей возрастной группы, выявлено только у прегипертензивных москвичей (при сравнении с учащимися московской школы с нормальным АД и с прегипертензивными подростками из Адыгеи). Полученные результаты позволяют заключить, что формирование состояния прегипертензии у 15-16-летних учащихся связано с нарушениями систем симпатических и барорефлекторных регуляторных влияний и временной задержкой в их функциональном развитии. При этом сдвиги в состоянии сердечно-сосудистой системы у прегипертензивных москвичей являются более выраженными, по сравнению с жителями Адыгеи, чему, по-видимому, способствует как неблагоприятная экологическая ситуация, так и стиль жизни (низкий уровень двигательной активности, изменения в структуре питания, распространенность вредных привычек), характерные для мегаполиса.

По нашим данным, повышение АД у подростков идет на фоне снижения функциональной активности симпатического звена вегетативной регуляции. Возможно, что состояние прегипертензии у школьников связано с другими причинами - пси-

— 52 —

хо-эмоциональным напряжением или метаболическими процессами [2, 6]. Работы по комплексной оценке функционального состояния организма прегипертензив-ных подростков подтверждают это предположение: показано, что в Москве наблюдается корреляционная связь показателей АД с показателями основного метаболизма, определяемыми методом лазерной корреляционной спектрометрии [9].

Кроме того, в Москве выявлены самые высокие значения диастолического АД [10], более высокие в женской части популяции, причем гендерные различия прослеживаются с 15 до 70 лет. В Московской и Новгородской областях и в Республике Адыгея преобладают связи между уровнем АД и спектральными показателями вариабельности СР и пАД, отражающими работу регуляторных систем организма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

К сожалению, прибор «спироартериокардиоритмограф», на котором проведены наши исследования, не слишком подходит для изучения механизмов нарушений в работе сердечно-сосудистой системы. Однако использование его конструктивных особенностей для выполнения функциональной пробы с увеличением «мертвого» дыхательного пространства позволило определить направления для дальнейших серьезных исследований - традиционное изучение влияния физической нагрузки, и, особенно актуальное в настоящее время - изучение механизмов стремительного распространения в подростковой среде состояния прегипертензии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адаптация организма учащихся к учебной и физической нагрузкам / Под

ред. А.Г.Хрипковой и М.В.Антроповой. - М.: Педагогика, 1982. - 240 с. -Q-

2. Александров, А.А. Повышенное артериальное давление в детском и подростковом возрасте (ювенильная артериальная гипертония) // Русский мед. журнал, 1997. - Т. 5. - № 9. - С. 559-565.

3. Аронов, Д.М., Лупанов, В.П. Функциональные пробы в кардиологии. М.: «МЕДпресс-информ», 2007. - 328 с.

4. Баевский, Р.М. Концепция физиологической нормы и критерии здоровья //

Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова, 2003. - Т. 89. - № 4. - С. 473-487.

5. Галеев, А.Р., Игишева, Л.Н., Казин, Э.М. Вариабельность сердечного ритма у здоровых детей в возрасте 6-16 лет // Физиология человека. - 2002. - Т. 28. -№ 4. - С. 54-58.

6. Колесникова, Л.И., Долгих, В.В., Дзятковская, Е.Н., Поляков, В.М. Особенности психосоматического статуса у детей дошкольного и школьного возраста //

Бюллетень СО РАМН, 2003. - Т. 108. - № 2. - С. 17-23.

7. Машин, В.А., Машина, М.Н. Классификация функциональных состояний и диагностика психоэмоциональной устойчивости на основе факторной структуры показателей вариабельности сердечного ритма // Рос. физиол. журн. им.

И.М. Сеченова. - 2004. - Т. 90. - № 12. - С. 1508-1521.

8. Панкова, Н.Б. Функциональное развитие вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы человека в онтогенезе // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова. - 2008. - Т. 94. - № 3. - С. 267-275.

-53-

9. Панкова, Н.Б., Алчинова, И.Б., Архипова, Е.Н., Дубовой, Р.М., Карганов, М.Ю. Показатели сердечно-сосудистой системы и характер метаболических сдвигов у подростков с повышенным артериальным давлением из разных регионов России // Гигиена детей и подростков: история и современность Проблемы и пути решения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Москва, 26-27 мая 2009. - М.: Издатель научный центр здоровья детей РАМН, 2009. - С. 339-340.

10. Панкова, Н.Б., Алчинова, И.Б., Афанасьева, Е.В., Лебедева, М.А., Торшин, В.И., Хлебникова, Н.Н., Черепов, А.Б., Карганов, М.Ю. Распространенность подростковой прегипертензии и региональные особенности данного состояния // Гигиена детей и подростков: история и современность. Проблемы и пути решения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Москва, 26-27 мая 2009. - М.: Издатель научный центр здоровья детей РАМН, 2009. - С. 340-342.

11. Панкова, Н.Б., Алчинова, И.Б., Черепов, А.Б., Карганов, М.Ю. Региональные особенности функциональных показателей сердечно-сосудистой системы у подростков // Российский педиатрический журнал. - 2008. - № 1. - С. 37-42.

12. Панкова, Н.Б., Богданова, Е.В., Любина, Б.Г., Назаркина, Н.И., Архипова, Е.Н., Карганов, М.Ю. Влияние двигательной нагрузки на возрастную динамику функционального созревания вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы подростков // Физиология человека, 2009. - Т. 35 - № 3. - С. 64-73.

13. Панкова, Н.Б., Надоров, С.А., Ежова, О.А., Агаджанян, Н.А., Карганов, М.Ю. Информативность различных функциональных проб состояния кардио-респираторной системы человека в норме и при патологии // Вестник восстановительной медицины. - 2008. - № 1. - С. 67-72.

14. Пивоваров, В.В. Спироартериокардиоритмограф // Мед. техника, 2006. -№ 1. - С. 38-41.

15. Хаспекова, Н.Б. Диагностическая информативная ценность мониторирова-ния вариабельности ритма сердца // Вест. аритмологии, 2003. - № 32. - С. 15-23.

16.2007 Guidelines for the Management of Arterial Hypertension // Journal of Hypertension. - 2007. - V. 25. - P. 1105-1187.

17. Heart rate variability / Standards of measurement. Physiological interpretation and clinical use // Eur. Heart Journal. - 1996. - V. 17. - P. 354-381.

18.Julien, C., Chapius, B., Cheng, Yo., Barres, Ch. Dynamic interactions between arterial pressure and sympathetic nerve activity: role of arterial baroreceptors // Am. J. Physiol. - Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. - 2003. - V. 285. -№ 4. - P. R834-R841.

19. Lenard, Z., Studinger, P., Mersich, B., Kocsis, L., Kollai, M. Maturation of cardiovascular autonomic function from childhood to young adult age // Circulation. -2004. - V. 110. - № 6. - P. 2307-2312.

20. National High Blood Pressure Education Program Working Group on High Blood Pressure in Children and Adolescents. The fourth report on the diagnosis, evaluation, and treatment of high blood pressure in children and adolescents // Pediatrics. -2004. - V. 114. - P. 555-576.

-54-

21.Stauss, H.M. Identification of blood pressure control mechanisms by power spectral analysis // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. - 2007. - V. 34. - № 4. -P. 362-368.

22.Vale, S. Psychosocial stress and cardiovascular diseases // Postgraduate Med. J.

- 2005. - V. 81. - P 429-435.

e-

&