В процессе развития и жизнедеятельности человека, организм подвергается воздействию различных внешних и внутренних факторов с развитием краткосрочных и долговременных процессов адаптации к ним [2, 4, 6, 9]. При этом одном из постоянных функциональных нагрузок, действующей в течение всей жизни, является ортостатическая, при которой для адекватной гемодинамики, в первую очередь, головного мозга, наблюдается совместная скоординированная деятельность систем регуляции и кровообращения [2, 5, 10]. В отличие от сердечно-сосудистой системы, исследование системы регуляции осложняется узким кругом методов ее изучения у человека. В настоящее время наиболее достоверным неинвазивным методом, позволяющим исследовать активность уровней и механизмов регуляции, является анализ медленноволновых колебаний показателей деятельности организма, в частности, вариабельности ритма сердца [1].
Целью данных исследований являлось изучение вариабельности сердечного ритма как маркера активности уровней регуляции у здоровых девочек и женщин 8–55 лет в положении лежа и активного ортостаза.
Материалы и методы исследования
В исследованиях участвовали девочки и женщины первой и второй медицинских групп (n = 730), которые были разделены на пять возрастных групп: младший школьный возраст (8–11 лет, n = 189); подростковый (12–15 лет, n = 171); юношеский (16–19 лет, n = 153); первый (20–34 года, n = 121) и второй периоды зрелого возраста (35–55 лет, n = 96).
Регистрация ритма сердца (РС) проводилась в положении лежа и активного ортостаза в течение 5 минут при помощи компьютерной системы «Кентавр II PC» фирмы «Микролюкс» (г. Челябинск).
Анализ медленноволновой вариабельности РС проводился при помощи компьютерной программы «Биоспектр» [7]. Изучались общая мощность спектра (ОМС, мс2), абсолютная (мс2) и относительная ( %) мощность колебаний в диапазонах (очень низкочастотный – VLF; низкочастотный – LF; высокочастотный – HF), мода и медиана (Мо и Ме, Гц) спектра. Кроме того, анализировались частотно-временные характеристики преобладающих гармоник в диапазонах спектра (мощность – абсолютная, мс2 и относительная, %; амплитуда, мс; частота, Гц). Для устранения погрешностей при регистрации РС перед спектральным анализом проводилась интерполяция тренда.
При интерпретации результатов спектрального анализа использовались общепринятые представления о регуляторном генезе медленноволновых колебаний [1, 3, 8, 11, 14 и др.].
Результаты исследования и их обсуждение
В табл. 1 представлены частота сердечных сокращений (ЧСС) и временные характеристики вариабельности РС в группах девочек и женщин.
Как видно из табл. 1, наблюдается статистически достоверное снижение ЧСС к юношескому возрасту (р < 0,0001), со стабилизацией показателя в последующие возрастные периоды. При этом по данным дисперсионного анализа динамика ЧСС не проявляется различиями абсолютной мощности вариабельности РС в исследуемых группах с тенденцией к снижению ОМС от младшего школьного к II периоду зрелого возраста (р < 0,03), за счет LF (с 4370,4 ± 746,01 до 2888,44 ± 329,01 мс2; р < 0,03) и HF диапазонов (с 4487,34 ± 920,63 до 1966,21 ± 568,35 мс2; р < 0,01), что свидетельствует об уменьшении сегментарных вегетативных влияний на показатель. Данная направленность изменений отражается на относительном распределении мощности в диапазонах. В частности, в младшем школьном и подростковом возрастах наблюдается преобладание относительной доли LF и HF диапазонов, тогда как в юношеском и I периоде зрелого возраста – LF, а во II периоде зрелого возраста – VLF и LF диапазонов. Данное обстоятельство свидетельствует об уменьшении парасимпатических влияний и относительном увеличении значимости в регуляции РС гуморально-метаболических и сегментарных симпатических влияний, что может определяться ростом стресс напряжения женщин в процессе жизни. При этом возрастная динамика ЧСС, видимо, не столь тесно связана с изменениями вегетативной регуляции, сколько процессами адаптации в онтогенезе автономных механизмов регуляции РС. Повышение значимости в регуляции гемодинамики, в целом, метаболических и симпатоадреналовых механизмов регуляции, отчасти подтверждается динамикой показателей сосудистого кровообращения. В частности, от младшего школьного ко II периоду зрелого возраста наблюдается рост периферического кровообращения (АППК от 54,45 ± 3,34 до 105,7 ± 4,54 мОм; р < 0,001), систолического (с 105,94 ± 1,06 до 126,52 ± 1,68 мм рт. ст.; р < 0,001) и диастолического давления (с 66,9 ± 1,2 до 86,95 ± 0,9 мм рт. ст.; р < 0,001).
Возрастные изменения мощности медленноволновых колебаний РС отражаются и на частотных характеристиках, таких как Мо и Ме спектра (табл. 2).
Как видно из табл. 2, ко II периоду зрелого возраста наблюдается снижение частоты, как Мо, так и Ме медленноволнового спектра, что может определяться ростом активности таких факторов регуляции, как метаболизм, ренин-ангиотензиновая система (около 0,04 Гц [12]), гуморальные катехоламины (0,007–0,033 Гц [13], а также изменчивостью вариабельной активности симпатической нервной системы (0,04–0,12 Гц [15]). Несмотря на это, частоты преобладающих гармоник диапазонов спектра, определяющиеся ведущими механизмами уровней регуляции РС по данным дисперсионного анализа в возрастных группах не различаются. Проведение корреляционного анализа ЧСС с частотно-временными характеристиками HF диапазона всей выборки обследованных показывает его связь, в первую очередь, с парасимпатической активностью (корреляция с мощностью диапазона r = – 0,3; р < 0,001; с мощностью ведущей гармоники r = – 0,21; р < 0,001). При этом корреляционный анализ с данными показателями VLF и LF диапазонов также выявляет отрицательную взаимосвязь ЧСС (корреляция с мощностью диапазона LF r = – 0,18; р < 0,001; с мощностью ведущей гармоники LF r = – 0,13; р < 0,001; корреляция с мощностью диапазона VLF r = – 0,21; р < 0,001; с мощностью ведущей гармоники VLF r = – 0,21; р < 0,001), что может определяться вторичностью симпатоадреналовой активности по отношению парасимпатической регуляции РС. Подтверждением этого может являться тот факт, что ОМС с частотой сердцебиений связана отрицательной линейной корреляцией (в возрастных группах r от 0,42 до 0,55; р < 0,001). При этом функциональную взаимосвязь ЧСС с уровнем регуляции отражает отчасти только относительная мощность диапазонов. В частности, мощность VLF колебаний ( %) с ЧСС взаимосвязаны положительно (в возрастных группах r около 0,3; р < 0,001), HF ( %) отрицательной связью (в зависимости от возрастной группы r от 0,21 до 0,38; p < 0,05), тогда как с мощностью LF ( %) взаимосвязи не определяется, что может определяться связью данного диапазона, как с симпатической, так и парасимпатической активностью [3].
Таблица 1
Частота сердцебиений и временные характеристики ритма сердца в возрастных периодах у девочек и женщин
Показатели |
ЧСС, уд/мин |
ОМС РС, мс2 |
*VLF РС, % |
*LF РС, % |
*HF РС, % |
Младший школьный возраст |
|||||
Лежа |
89,45 ± 1,18 |
11995,03 ± 2135,65 |
24,97 |
36,43 |
37,41 |
Стоя |
101,94 ± 1,2 |
14818,82 ± 3971,38 |
38,24 |
36,67 |
22,54 |
р |
< 0,001 |
– |
< 0,05 |
– |
< 0,01 |
Подростковый возраст |
|||||
Лежа |
80,8 ± 1,38 |
9984,5 ± 1323,52 |
23,25 |
39,34 |
36,15 |
Стоя |
97,39 ± 1,38 |
7869,6 ± 1297,78 |
34,81 |
48,09 |
15,13 |
р |
< 0,001 |
– |
< 0,05 |
< 0,05 |
< 0,01 |
Юношеский возраст |
|||||
Лежа |
72,43 ± 1,04 |
8997,6 ± 1093,3 |
28,3 |
38,56 |
31,6 |
Стоя |
88,59 ± 1,3 |
7306,76 ± 605,92 |
33,25 |
49,13 |
16,21 |
р |
< 0,001 |
– |
– |
< 0,05 |
< 0,01 |
I период зрелого возраста |
|||||
Лежа |
75,64 ± 0,94 |
8520,62 ± 830,18 |
21,18 |
41,04 |
36,78 |
Стоя |
84,92 ± 0,9 |
8381 ± 920,56 |
25,52 |
58,61 |
14,58 |
р |
< 0,001 |
– |
– |
< 0,01 |
< 0,01 |
II период зрелого возраста |
|||||
Лежа |
70,8 ± 1,16 |
7879,25 ± 1567,58 |
36,61 |
36,66 |
24,95 |
Стоя |
80,12 ± 1,04 |
6767,76 ± 563,74 |
33,99 |
43,73 |
20,61 |
р |
< 0,001 |
– |
– |
< 0,05 |
– |
Примечание. Статистическая достоверность различий по критерию Фишера.
Таблица 2
Частотные характеристики ритма сердца в возрастных периодах у девочек и женщин
Показатели |
Мо РС |
Ме РС |
Мо VLF PC |
Мо LF PC |
Мо HF PC |
Младший школьный возраст |
|||||
Лежа |
0,059 ± 0,0067 |
0,105 ± 0,0047 |
0,018 ± 0,0007 |
0,084 ± 0,0022 |
0,25 ± 0,0049 |
Стоя |
0,034 ± 0,0061 |
0,074 ± 0,0025 |
0,018 ± 0,0007 |
0,084 ± 0,0021 |
0,245 ± 0,005 |
р |
< 0,05 |
< 0,001 |
– |
– |
– |
Подростковый возраст |
|||||
Лежа |
0,056 ± 0,0063 |
0,097 ± 0,004 |
0,017 ± 0,0007 |
0,085 ± 0,0022 |
0,25 ± 0,0049 |
Стоя |
0,042 ± 0,0023 |
0,07 ± 0,0027 |
0,018 ± 0,0007 |
0,084 ± 0,0022 |
0,22 ± 0,0046 |
р |
< 0,05 |
< 0,001 |
– |
– |
< 0,001 |
Юношеский возраст |
|||||
Лежа |
0,046 ± 0,006 |
0,092 ± 0,0034 |
0,015 ± 0,0007 |
0,081 ± 0,0022 |
0,24 ± 0,0049 |
Стоя |
0,038 ± 0,0024 |
0,065 ± 0,0021 |
0,019 ± 0,0007 |
0,082 ± 0,002 |
0,22 ± 0,0047 |
р |
– |
< 0,001 |
< 0,001 |
– |
< 0,01 |
I период зрелого возраста |
|||||
Лежа |
0,041 ± 0,0019 |
0,1 ± 0,0034 |
0,014 ± 0,0007 |
0,086 ± 0,002 |
0,24 ± 0,0047 |
Стоя |
0,049 ± 0,0022 |
0,073 ± 0,0025 |
0,016 ± 0,0007 |
0,083 ± 0,0021 |
0,23 ± 0,0041 |
р |
< 0,05 |
< 0,001 |
< 0,05 |
– |
– |
II период зрелого возраста |
|||||
Лежа |
0,039 ± 0,0073 |
0,073 ± 0,0054 |
0,017 ± 0,0007 |
0,079 ± 0,0017 |
0,25 ± 0,0048 |
Стоя |
0,046 ± 0,0076 |
0,069 ± 0,0048 |
0,014 ± 0,0007 |
0,079 ± 0,002 |
0,23 ± 0,0049 |
р |
– |
– |
< 0,01 |
– |
< 0,05 |
Таблица 3
Результаты канонического анализа частоты сердцебиений с совокупностью частотно-временных характеристик ритма сердца
Возрастная группа |
МШВ |
ПВ |
ЮВ |
IЗВ |
IIЗВ |
|||||
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
Взаимосвязанная изменчивость ( %) |
21,79 |
3,62 |
29,01 |
5,22 |
59,46 |
2,93 |
56,58 |
5,61 |
34,79 |
4,27 |
Канонический коэффициент (r) |
0,47 |
0,54 |
0,77 |
0,75 |
0,59 |
|||||
Достоверность |
p = 0,00081 |
p = 0,00001 |
p = 0,00007 |
p = 0,01 |
p = 0,01 |
Кроме того, ведущая роль парасимпатической регуляции проявляется и при каноническом анализе ЧСС с комплексом частотно-временных характеристик диапазонов в возрастной совокупности. В частности, наиболее высокий канонический коэффициент r = 0,23 (р < 0,0001) выявляется в зависимости ЧСС от изменчивости частотно-временных характеристик HF диапазона. При этом 1,12 % изменений группы показателей вариабельности диапазона соответствует 5,4 % изменениям частоты сердцебиений, тогда как по LF диапазону канонические показатели составляют r = 0,21 (р < 0,0001) 0,73/4,32 %, а по VLF – r = 0,13 (р < 0,02) 0,32/1,71 %.
Степень изменчивости ЧСС от частотно-временных характеристик РС выявляется и при повозрастной оценке. В частности, в табл. 3 представлены результаты канонического анализа ЧСС с совокупностью относительной мощности диапазонов, мощностью и частотой ведущей гармоники диапазонов, общей мощностью и Ме спектра РС.
Как видно из табл. 3, к юношескому возрасту наблюдается рост канонического коэффициента, что отражает степень «чувствительности» хронотропной функции сердца к активности уровней регуляции сердечной деятельности, соответствующее периоду возрастного снижения ЧСС и, видимо определяемое, в первую очередь, парасимпатической нервной системой. При этом к I периоду зрелого возраста каноническая взаимосвязь значимо не меняется, а ко II периоду зрелого возраста снижается, что в целом может отражать процессы адаптации гемодинамики к факторам внешней и внутренней среды у женщин, с повышением роли автономных механизмов регуляции кардиогемодинамики [8].
Однако, несмотря на выявленные возрастные особенности показателей вариабельности РС, наиболее значимым показателем, определяющим онтогенетические особенности медленноволновых колебаний и уровней регуляции (при дисперсионном анализе совокупности частотно-временных характеристик в возрастных группах), является Ме спектра (статистика λ Уилкса = 0,93; р < 0,0001). Данная характеристика показателя, в первую очередь, определяется проявлением общих тенденций динамики совокупности частотно-временных характеристик, свидетельствующих о постепенном относительном увеличении, с возрастом, гуморально-метаболических влияний на хронотропную функцию сердца.
Исследования показали, что в группах обследованных девочек и женщин наблюдаются значимые различия динамики ЧСС и вариабельности РС в активном ортостатическом положении (табл. 1). В частности, в подростковом и юношеском возрасте наблюдается более высокий прирост ЧСС (20,53 и 22,31 % соответственно) по сравнению с остальными группами (в среднем на 13,0 %; р < 0,05), что может определяться изменением ортоусточивости, в период полового созревания и активными процессами гормональных перестроек [10]. При этом необходимо отметить, что переход в ортостатическое положение не сопровождается статистически достоверными изменениями частотно-временных характеристик преобладающих гармоник диапазонов, которые, видимо, являются отражением «базовых» механизмов регуляции хронотропной функции сердца. На этом фоне выявляются изменения общих показателей, для диапазонов и медленноволнового спектра, отражающие активацию механизмов, обеспечивающих ортоустойчивость ЧСС. Для большинства возрастных групп, кроме II периода зрелого возраста характерно снижение относительной доли HF колебаний, а с подросткового по I период зрелого возраста и абсолютной доли данного диапазона, что, несомненно, связано со снижением активности парасимпатических влияний на РС. При этом, как видно из динамики относительного распределения мощности в диапазонах, с возрастом наблюдается смещение ортостатической реакции уровней регуляции с гуморальной на сегментарную симпатическую. В частности, если в младшем школьном возрасте наблюдается реципрокное увеличение доли VLF колебаний, что может определяться циркулирующими катехоламинами [13], то в подростковом наблюдается рост мощности VLF и LF диапазонов, а в юношеском и I периоде зрелого возраста выявляются обратно пропорциональные изменения LF и HF колебаний. Во II периоде зрелого возраста ортостатические изменения относительной мощности проявляются ростом только LF колебаний, тесно связанных с симпатической нервной системой. Данные особенности свидетельствуют о совершенствовании механизмов ортоустойчивости хронотропной функции за счет активации более мобильной нейросимпатической регуляции в ортостатическом положении.
Динамика Мо и Ме спектра в ортоположении в возрастных группах соответствуют изменениям временных характеристик РС (табл. 2). В частности, с возрастом наблюдается изменение динамики Мо спектра со снижения частоты в ортостазе в младшем школьном возрасте до тенденции к увеличению во II периоде зрелого возраста. При этом Ме спектра, кроме II периода зрелого возраста, в ортоположении снижается, в целом отражая реципрокные изменения парасимпатической и симпатоадреналовой регуляции РС при переходе в ортостатическое положение.
Проведение дискриминантного анализа комплекса частотно-временных характеристик РС, в том числе и преобладающих гармоник в диапазонах, в возрастных группах в положении лежа и стоя показал, что наиболее значимое различие совокупности показателей проявляется Ме спектра (статистика λ Уилкса от 0,74 в юношеском возрасте до 0,89 в I периоде зрелого возраста; р < 0,01–0,0001). Данное обстоятельство, несомненно, определяется реципрокностью изменений регуляции РС при переходе в ортостатическое положение. При этом в подростковом и юношеском возрасте вторым по значимости показателем, определяющим дискриминацию группы показателей, является мощность преобладающей гармоники HF диапазона (статистика λ Уилкса = 0,97; р < 0,01; 0,95; р < 0,03 соответственно), что соотносится со степенью реакции ЧСС и, видимо, определяется активностью парасимпатических влияний на хронотропную функцию сердца в ортоположении. Однако дискриминантный анализ показателей частотно-временных характеристик РС в ортоположении показал, что обследованные группы девочек и женщин, в первую очередь, различаются по Мо спектра (статистика λ Уилкса = 0,95; р < 0,001), видимо, определяемое возрастными особенностями ведущего механизма регуляции РС в активном ортостатическом положении.
Заключение
Таким образом, анализ показателей вариабельности РС показал, что от младшего школьного ко II периоду зрелого возраста наблюдается снижение общей вариабельности, определяемое низко и высокочастотными колебаниями спектра, свидетельствующее о количественном и качественном изменении регуляции ЧСС в состоянии покоя. При этом выявленные изменения показателей вариабельности могут быть следствием повышения значимости в регуляции РС, метаболических и симпатоадреналовых механизмов регуляции, уменьшения сегментарных вегетативных влияний на показатель с повышением «чувствительности» к парасимпатической регуляции, а также повышением значимости автономных механизмов регуляции.
Статистический анализ показывает, что изменчивость характеристик низкочастотного и очень низкочастотного диапазонов вторична по отношению к высокочастотным колебаниям, свидетельствующим о высокой роли парасимпатической регуляции РС во всех возрастных группах. При этом маркером, определяющим возрастные различия частотно-временных характеристик вариабельности ритма сердца является медиана медленноволнового спектра.
Исследования показали, что переход в ортостатическое положение на фоне стабильности преобладающих гармоник диапазонов сопровождается изменениями общих показателей вариабельности РС, в целом, отражающих реципрокные изменения симпатоадреналовой и парасимпатической регуляции, маркером которых во всех возрастных группах является медиана медленноволнового спектра. При этом от младшего школьного ко II периоду зрелого возраста наблюдается смещение ортостатической реакции уровней регуляции с гуморальной на более мобильную нейросимпатическую.
Возрастная особенность ортостатической реакции частоты сердцебиений проявляется в подростковом и юношеском возрасте, что по данным статистического анализа определяется не только изменением ортоусточивости, связанным с активностью гормональных перестроек в организме девушек, но и степенью парасимпатической реакции в ортоположении в период полового созревания.
Рецензенты:
Ерохин А.Н., д.м.н., доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных исследований научного клинико-инструментального отдела физиологии, ФГБУ РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова, г. Курган;
Соловьева С.В., д.м.н., доцент, заведующая кафедрой биологии, ГБОУ ВПО «Тюменский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Тюмень.