Научно-теоретическая и практическая значимость
Полученные данные расширяют и углубляют представления об особенностях функционирования различных звеньев РГДС как компонентов единой функциональной системы, а также о механизмах регуляции дыхания и гемодинамики у детей разного пола и возраста.
Полученные результаты позволяют рассматривать проблему регуляции РГДС в разных плоскостях: в плоскости физиологических закономерностей управления отдельными ключевыми звеньями единой функциональной системы и их взаимодействия при выполнении различных функциональных задач; в плоскости возрастного развития как отдельных звеньев, так и всей системы РГДС в целом; в плоскости особенностей становления регуляторных механизмов РГДС у представителей разного пола; в плоскости индивидуально-типологических особенностей регуляции РГДС. Выявленные критерии типизации регуляции АНС дают более полное представление о многообразии и многомерности форм биологического регулирования.
Выявленный комплекс частотных показателей колебаний дыхания и гемодинамики в покое и при функциональных пробах может служить основой для разработки нормативов спектральных составляющих вариабельности ритмов АД и дыхания у детей младшего школьного возраста.
Положения, выносимые на защиту
Период II детства является важным этапом развития регуляции РГДС. Становление регуляции ключевых звеньев РГДС протекает в этом возрасте гетерохронно, с различной скоростью и интенсивностью, несмотря на то, что сердце, сосудистая система и дыхательный аппарат связаны единой газотранспортной функцией.
Гетерохронность и гетеродинамность развития регуляции ключевых звеньев РГДС проявляется в том, что регуляторные механизмы сердца к 8-11 годам уже в значительной мере сформированы и относительно устойчивы. В отличие от них, в сосудистой системе и, особенно, в системе дыхания продолжаются активные процессы развития автономной регуляции.
Барорефлекторная чувствительность может служить одним из критериев для выделения устойчивых индивидуально-типологических особенностей автономной регуляции ключевых звеньев РГДС у детей 8-11 лет.
Характеристика исходного вегетативного тонуса автономной регуляции респираторно-гемодинамической системы, должна включать комплекс показателей соотношения симпато-парасимпатических влияний в каждом из ключевых звеньев РГДС (сердечном, сосудистом и дыхательном).
Апробация работы
Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых «Ломоносов-2001» (Москва, 2001); конференции молодых ученых Института возрастной физиологии РАО (Москва, 2003); на ХIХ Съезде физиологов России (Екатеринбург, 2004); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы охраны здоровья учащейся молодежи» (Брянск, 2004); международной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2004), Х Юбилейной международной научно-практической конференции «Современные достижения спортивной медицины, физкультуры и валеологии» (Одесса, 2004); Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004); IV Всероссийском Симпозиуме с международным участием «Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине» (Новокузнецк, 2005); на I Съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005); на Всероссийской конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006).
По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 238 страницах формата А4, включая 34 таблицы и 60 рисунков, и состоит из Введения, шести глав, Выводов и Списка использованной литературы, включающего 237 работ отечественных авторов и 145 работ зарубежных авторов.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании принимали участие 240 учащихся 2-6 классов общеобразовательных школ г. Москвы и 40 взрослых добровольцев обоего пола. К эксперименту допускались дети, родители которых дали письменное разрешение на участие в исследованиях. Перед началом эксперимента были проведены разъяснительные родительские собрания, беседы с учителями и школьниками. Взрослые добровольцы также давали письменное информированное согласие на проведение исследований.
В качестве основного метода исследования регуляции РГДС и ее звеньев применен спектральный анализ колебаний ритмов сердца, систолического и диастолического артериального давления и объемно-скоростных характеристик воздушного потока. Кроме того, измеряли ЧСС, АД (по Короткову), объем вдоха, время вдоха и выдоха.
У всех детей определяли показатели физического развития и особенности телосложения по схемам Штефко-Островского и Хит-Картер.
Непрерывную и одновременную регистрацию ЭКГ во 2 стандартном отведении; кривой изменения систолического и диастолического артериального давления с помощью фотоплетизмографического датчика методом «разгруженной артерии», предложенным J.Penaz (1969г.); объемно-скоростных характеристик воздушного потока с помощью ультразвукогового датчика проводили с применением компьютеризированного спироартериокардио-ритмографа (производитель: ООО «ИНТОКС», Санкт-Петербург) в состоянии покоя, в процессе функциональных нагрузок и в фазе восстановления (с 11 по 16 минуту после функциональной пробы). Длительность каждой записи составляла 5 минут.
В качестве функциональных проб были выбраны: умственная проба (счет в уме); дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту; клиноортостатическая проба. Выбранные пробы оказывают воздействие через разные каналы, тем самым выявляют реактивность регуляторных механизмов, не дублируя друг друга, а дополняя информацию о состоянии нейрогуморальной регуляции респираторно-гемодинамической системы. Функциональные пробы проводились в стандартной последовательности. В дневник наблюдений вносили объективные данные о текущем состоянии испытуемого: появление неприятных ощущений, усталость, изменение цвета кожных покровов и характера дыхания, мышечное напряжение и тремор.
При интерпретации результатов анализа опирались на используемые в настоящее время "Стандарты измерения, физиологической интерпретации и клиническому использованию вариабельности ритма сердца", выработанные «Экспертной группой ассоциации европейских и североамериканских кардиологов и ритмологов» в 1996 году. Согласно данному документу и мнению многочисленных зарубежных и отечественных исследователей, быстрые волны (HF) признаются маркерами влияний парасимпатической НС, медленные (LF) – симпатической и очень медленные (VLF) – связываются с метаболическими процессами и влияниями высших надсегментарных регуляторных центров («Стандарты», 1996; Хаютин В.М. Лукошкова Е.В.,1999, Баевский Р.М., 2002).
Статистический анализ результатов проводили с помощью пакетов STATISTIKA 6.0 и SPSS for Windows с использованием следующих методов: основные статистики, включая t-критерий по Стьюденту; корреляционный анализ; кластерный анализ (иерархические методы: Уорда и одиночной связи, итеративный метод К-средних); ANOVA и дисперсионный анализ.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Исследования колебаний различных параметров РГДС в покое показали, что для мальчиков и девочек младшего школьного возраста, как и для взрослых, характерно наличие хорошо выраженных волн сердечного ритма во всех трех диапазонах частот, что совпадает с наблюдениями других авторов (Носкин Л.А., Пивоваров В.В.,2004; Parati G, Saul JP,1995; Mazur ES., 1999; Voss A., Matherg H.,2000). Это высокочастотные, или быстрые, волны, медленные и очень медленные волны. В спектрах артериального давления и дыхания также присутствуют быстрые, медленные и очень медленные волны (рис.1).
Обращает на себя внимание разница в структуре спектра сердечного ритма, спектра артериального давления и дыхания. В спектре сердечного ритма преобладают быстрые (HF ms2) и медленные волны (LF ms2). Доля очень медленных волн (VLF ms2) в спектре кардиоритма составляет всего 10-15%, тогда как в спектре артериального давления преобладают очень медленные волны (VLF mmHg2). В спектре вариабельности ритма дыхания преобладают быстрые и очень медленные волны (HF l/min2 и VLF l/min2), а доля медленных (LF l/min2 ) не превышает 10%.
При переходе из одной возрастной группы в другую внутри спектров всех исследованных ритмов происходят сложные структурные перестройки, даже в том случае, когда общая мощность спектра достоверно не меняется, а показатели ЧСС, АД и дыхания остаются неизменными (рис.2).
По нашему мнению, наличие в структуре спектров вариабельности всех исследуемых ритмов волн всех трех диапазонов частот, говорящих о присутствии парасимпатических и симпатических влияний, еще раз доказывает, что работа каждого из звеньев РГДС находится под контролем двух отделов автономной нервной системы, а структурная специфика спектров определяется морфо-функциональными особенностями регуляторных механизмов сердца, сосудов и дыхательного аппарата.
Рисунок 1. Структура спектров ритмов различных звеньев РГДС у школьников 8-11 лет в покое: А) ритм сердца у мальчиков (м) и девочек (д); Б) ритм дыхания у мальчиков (м) и девочек (д); В) ритм артериального давления систолического (АДС) и диастолического (АДД) у мальчиков; Г) ритм артериального давления у девочек.
Рисунок 2. Динамика абсолютных значений диастолического АД и спектральных составляющих ВР АДдиаст. от 8 к 11 годам (мальчики)
| 2. Регуляция РГДС при функциональных пробах.
В нашем исследовании были использованы функциональные пробы, принципиально различающиеся по тем требованиям, которые их выполнение предъявляет к вегетативным системам организма. В их числе: умственная нагрузка (счет в уме), воздействующая на систему РГДС косвенно; клиноортостатическая проба, вызывающая системные изменения, связанные с перемещением вектора действия гравитации, перераспределением жидкостей в теле и воздействием непосредственно на рецепторы гемодинамической системы; дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту, представляющее собой провокативную пробу для всех звеньев РГДС.
Умственная проба (счет в уме). Вычисления в уме сопровождаются активизацией АНС на уровне центрального контура регуляции, в том числе его надсегментарного уровня. На рис. 4 представлена направленность (вверх – увеличение; вниз- уменьшение) и степень изменений показателя вегетативного баланса (исходный уровень принят за 1,0) при функциональных нагрузках. На примере мальчиков 8- 11 лет можно увидеть, что наиболее устойчивая реакция наблюдалась в ритме сердца. В группах детей разного пола и возраста направленность изменений ритма сердца не различалась и сопровождалась активацией симпатического отдела автономной нервной системы и надсегментарных регуляторных структур. В ритмах АД и дыхания с возрастом происходили изменения не только амплитуды, но и направленности реакции.
При индивидуальном анализе выявлена бóльшая вариативность реакции АНС в дыхательном и сосудистом звене, чем в автономной регуляции сердца.
В восстановительном периоде после умственной нагрузки показатели спектра ВРС у детей 8-9 лет не восстанавливаются полностью до прежнего уровня даже через период времени, вдвое превышающий длительность самой нагрузки. В ритмах АД и дыхания после нагрузки наблюдаются наибольшие сдвиги, особенно в диапазоне очень медленных волн, что говорит об изменениях на уровне надсегментарных регуляторных структур и метаболизма. Даже у детей, у которых в процессе нагрузки не было достоверных изменений, реакция проявлялась в восстановительном периоде. Видимо, умственная нагрузка вызывает «напряжение» РГДС, которое при выполнении самой нагрузки может явно не проявляться, но вызывает «отставленную» реакцию, напоминая тем самым работу «в долг» при физической нагрузке.
Клиноортостатическая проба. Клиноортостатическая проба вызывает системные изменения, связанные с перемещением вектора действия гравитации и перераспределением жидкостей в теле.
Умственная нагрузка
|
Клиноортостатическая проба
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4. Направленность и степень изменений показателя вегетативного баланса исследуемых
ритмов при умственной нагрузке («счет в уме») и клиноортостатической пробе у детей 8 – 11 лет и взрослых
В компенсаторных реакциях при переходе тела из горизонтального положения в вертикальное, наряду с реакцией сердца и сосудов, активно задействовано и дыхание. У большинства детей 8-11 лет в ортостатическом положении активность автономного контура регуляции ритма сердца снижается, при этом повышается относительная доля симпатических и надсегментарных влияний. В сосудистом звене активность АНС возрастает, в основном, за счет повышения доли симпатических влияний. Реакция АНС в дыхательном звене усиливается от 8 к 11 годам и демонстрирует высокую индивидуальную вариативность.
Функциональная проба «дыхание с навязанным ритмом» (с частотой 6 циклов в минуту). При выполнении этой пробы ребенок в течение 5 минут дышит с частотой 6 дыхательных циклов в минуту (5с вдох и 5с выдох), ориентируясь на счет исследователя. Дыхательная проба позволила выявить целый ряд интересных особенностей регуляции как дыхательного звена РГДС, так и всей системы в целом.
В процессе выполнения пробы ритмограммы сердечных сокращений и давления изменялись синхронно с ритмом дыхания. Ритмограммы всех четырех исследуемых показателей имели вид, близкий к синусоиде (рис.5). У взрослых наблюдалась отчетливая депрессия волн быстрого диапазона и значительное усиление вазомоторных волн. В спектрограммах этих же ритмов наблюдались пики в диапазоне медленных волн, синхронизированные по частоте (рис. 6). У многих детей наблюдались такие же явления. Однако среди детей выявлялась часть испытуемых, у которых наблюдалось рассогласование между изменением исследуемых ритмов при выполнении нагрузки.
|
Рисунок 5. Ритмограммы (справа) и спектрограммы (слева) ритма сердца (вверху), АДС и АДД (внизу) у ребенка, записанные в положении лежа при дыхании с частотой 6 ц/мин.
|
-
А
Б
В
А
Б
В
   
Рисунок 6. Четыре варианта сочетаний спектрограмм исследуемых ритмов у разных детей при дыхании 6 ц/мин: А – ВРС; Б – ВР АДС и ВР АДД; В – ВРД.
Количество детей, у которых в процессе выполнения дыхательной пробы были синхронизированы все четыре исследуемых ритма и совпадали пики спектрограмм (Вар.1 на рис.6), увеличивалось с возрастом.
3.Взаимосвязи в системе РГДС. Выявлены существенные изменения с возрастом числа достоверных корреляционных связей как внутри звеньев РГДС, так и между звеньями (рис.7). Эти данные, по нашему мнению, свидетельствуют о том, что в процессе развития происходит не только формирование регуляторных структур отдельных звеньев РГДС, но и связей между регуляторными структурами этих систем. В некоторые возрастные периоды наблюдается усиление жесткости связей, в другие - их ослабление. Возможно, это связано с периодами интенсивного роста и развития в том или ином из звеньев функциональной системы. Примером такого периода может служить возраст 9 лет для дыхательного звена РГДС, когда формируется мужской и женский тип дыхания. Кроме того, в этом возрасте происходят изменения энергетики мышц (Тамбовцева Р.В., 2003), что может влиять на общий метаболизм.
 
 
Рисунок 7. Корреляционные связи между спектральными компонентами вариабельности ритма сердца (ВРС), артериального давления систолического и диастолического (АДС и АДД) и дыхания (ДО) в покое у девочек 8-11 лет.
Число значимых корреляций между звеньями РГДС в процессе выполнения функциональных проб в большинстве групп детей, а также у всех взрослых, увеличивается (табл.1). Происходит также усиление тех связей, которые были обнаружены в покое. Исключение составили мальчики 8-9 лет и девочки 10 лет, у которых было отмечено уменьшение числа корреляций в процессе выполнения нагрузок. Эти периоды совпадали с периодами резкого изменения жесткости взаимосвязей между звеньями в условиях покоя.
|
