Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

RESEARCH OF HEARTBEAT VARIABILITY AND DEFFERENT ENVIRONMENT CHARACTERISTICS DEPENDENCE

Karpenko Y.D. 1
1 Ecology Research Institute of the Chuvash Republic, Cheboksary
The review of the literature concerning studying of dependence of variability of a heartbeat from internal and environment factors is presented. Communication between age, sex and features of psychosocial ecological factors of the environment of life surveyed, on the one hand, and a complex of indicators of variability of a heartbeat, with another is considered. It is shown that research in ontogenical aspect of variability of a heartbeat and use of results of the analysis for an objective estimation of the distinctions underlying comparison of various populations of people on level of concrete functional indicators, is an actual physiological problem. The systematized literary data allows to testify at population level dependence of variability of a heartbeat on a sex, age, behavioural features and factors of the environment of various character. The establishment of the given dependence represents doubtless interest for the organization of researches of influence of factors of the various nature on a human body.
heartbeat variability
age
sex
ecological and psychosocial characteristics

Важнейшими характеристиками функционирования организма на всех этапах его жизни являются не только определенный результат физиологически и социально целесообразной деятельности, но и динамика широкого спектра показателей различных физиологических систем человеческого организма. В спектре используемых показателей для оценки функционального состояния организма в настоящее время отмечается растущий интерес к изучению вариабельности сердечного ритма (ВСР). Как известно, ВСР рассматривается как мера влияния на сердце вегетативной нервной системы (ВНС). При этом возникает вопрос о связи между ВНС и частотой сердечного сокращения (ЧСС). ЧСС в каждый конкретный момент времени определяется балансом между активностью вагуса, который замедляет этот ритм, и симпатической активностью, которая ускоряет этот ритм [1].

По мере накопления научных данных стало ясно, что изучение ВСР необходимо не только для индивидуальной, но и для популяционной оценки [1, 6]. Понимание связи между показателями ВСР и факторами риска на уровне практически здоровой популяции требует ответа на вопрос о том, как ЧСС и ВСР связаны с возрастом и полом, как ЧСС и ВСР соотносятся с поведенческими социальными и психосоциальными факторами и насколько факторы окружающей среды могут менять характер ВСР.

Возраст и показатели вариабельности сердечного ритма. В ходе онтогенетического исследования с применением функциональных тестов было показано, что в онтогенезе системы регуляции сердечного ритма можно выделить несколько периодов: до 13-14 лет происходит активное созревание механизмов регуляции сердечного ритма, что проявляется в достижении к этому возрасту показателей, характерных для взрослых людей. В последующий период (15-16 лет) процессы развития резко замедляются, хотя реакция на функциональные тесты всё ещё отличается от таковой у взрослого человека [2].

В более старших возрастных группах отдельными авторами не было найдено связей между ЧСС и возрастом [3, 19, 43]. В других работах такая определенная ассоциация между ЧСС и возрастом была обнаружена [32, 39, 41, 43]. При сопоставлении ВСР мужчин в возрасте 26-43 лет с мужчинами в возрасте 64-76 лет было установлено, что в более старшей возрастной группе значения ЧСС были выше, чем в более молодой когорте [39]. Рядом исследователей установлено, ЧСС отрицательно связана с возрастом женщин [32]. Возраст является главным детерминантом снижения уровня показателей ВСР, обусловливая 22-39 % вариабельности показателей SDNN (среднее квадратическое отклонение величин RR-интервалов, отражающее суммарный эффект вегетативной регуляции сердца), мощности LF (показатель, отражающий симпатическую и парасимпатическую модуляцию сердечного ритма) и HF (показатель дыхательных, парасимпатических модуляций ритма сердца) [41]. Аналогичные результаты по характеру снижения ВСР с возрастом приведены в работе других авторов [19, 43]. Было отмечено, что SDNN постепенно снижается с возрастом, достигая к 90 годам 60 % от исходного значения. HF снижается, начиная с 20 лет, в то время как снижение LF не наблюдается до сорокалетнего возраста. Влияние возраста на отношение LF/HF (индекс вегетативного баланса) не столь однозначно. В ряде исследований не было выявлено связей между возрастом и этим показателем [3, 25, 26]. Другие авторы отмечают уменьшение соотношения LF/HF с возрастом [21, 35]. Выраженность данного снижения, оцененная с помощью математической модели, составляла около 15 % мощности HF и LF на каждые 10 лет увеличения возраста [28].

Кроме того, было показано, что нелинейные показатели ВСР (аппроксимированная энтропия, константа Ляпунова) коррелируют с возрастом - по мере старения нелинейная вариабельность сердечного ритма уменьшается [5, 30]. Материалы изучения 15 пожилых людей (средний возраст в начале исследования - 70 лет) в течение 15 лет, сообщают о значительном повышении ЧСС и значительном уменьшении SDNN, мощности LF и отношения LF/HF. При этом не было обнаружено существенного изменения спектральной мощности компонента HF с возрастом [40]. Эти данные, в целом, согласуются с теми, которые были получены в ходе поперечных исследований, но для более точной оценки возрастных изменений ВСР необходимо проведение продольных исследований.

Пол и вариабельность сердечного ритма. Женщины имеют более высокую частоту сердечных сокращений, чем мужчины, особенно в молодые года [17. 39, 32, 38]. Различие между полами в возрасте 10-29 лет по ЧСС было оценено в пределах 5-7 ударов в минуту. Начиная с 30 лет, половые различия ослабевают, а с 40-50 лет нивелируются [32, 43]. Значение показателя SDNN значительно ниже у женщин, чем у мужчин, хотя это половое различие уменьшается в пожилом возрасте. Сравнение результатов исследования мужчин и женщин в возрасте от 26 до 76 лет показало, что в возрасте от 26-43 лет среднее дневное значение SDNN у мужчин составляет 153 ± 51 мс и у женщин 97 ± 24 мс. Эти авторы не обнаружили значимых половых различий по данному показателю и в возрастной группе 64-76 лет. Женщины обычно имеют более низкое значение LF и более высокое значение HF, чем мужчины. Данные о влиянии пола на отношение LF/HF противоречивы. Исследования в рамках проекта «Риск атеросклероза в общинах» (ARIC) установили, что женщины среднего возраста имеют значение геометрической средней мощности LF 3,12 мс2, по сравнению с аналогичным показателем у мужчин на уровне 4,10 мс2 (p < 0,01, скорректировано по возрасту и этнической принадлежности) [21]. Аналогичные данные были получены и другими авторами, показавшими, что у женщин наблюдается сдвиг в сторону преобладания парасимпатической регуляции сердечного ритма. В то же время в литературе имеются и противоположные данные о половых различиях по показателям ВСР [33]. Таким образом, из приведенных литературных данных следует, что по показателям ВСР существует определенное половое различие, которое с возрастом уменьшается.

Значение поведенческих и психосоциальных факторов для вариабельности ритма сердца. Было показано, что регулярная физическая активность связана с понижением ЧСС и увеличением ВСР. Также отмечено, что у людей с сидячим образом жизни среднее значение мощности LF составило 286,3 мс2, а у тех, у кого имели место некоторые формы физической активности, среднее значение мощности LF составило 382,4 мс2 (р = 0,03). В то же время не было обнаружено связи между HF и активным образом жизни [16, 28].

Исследования, проведённые с участием 14 здоровых молодых мужчин, показали, что физические тренировки, связанные со статическим напряжением, проводимые в течение 4-х недель, сопровождаются повышением значений нелинейных показателей ВСР. Другие показатели ВСР не изменялись. Указанные сдвиги быстро исчезали после прекращения тренировок. В качестве возможного механизма изменения ВСР при тренировках можно рассматривать повышение потребности организма в кислороде [31].

Одной из наиболее значимых для функционального состояния организма индивидуальных черт поведения является курение. Курение безоговорочно связано с повышением ЧСС [14]. Согласно литературным данным [13], среднее значение ЧСС на 2,9 уд./мин было выше у курящих мужчин и на 1,4 уд./мин выше у курящих женщин, чем среди тех, кто никогда не курил, или у бывших курильщиков (скорректированное р < 0,01). В этом исследовании было показано, что ЧСС также положительно коррелирует с числом сигарет, выкуриваемых в течение дня. Показатели временной и частотной области ВСР уменьшаются при курении [28]. Было обнаружено, что не только активное, но и пассивное курение приводит к снижению вариабельности сердечного ритма [10].

Другой важной социальной, медицинской и поведенческой проблемой является потребление алкоголя. Связь между потреблением алкоголя, с одной стороны, ЧСС и ВСР, с другой стороны, является более сложной. Отдельные авторы отмечают, что алкоголь не влияет на ЧСС [9, 12]. Другими же авторами подчеркивается, что алкоголь как при обычном потреблении, так и при потреблении в экспериментальных условиях, обусловливает увеличение ЧСС. Проведенный эксперимент с участием 16 здоровых добровольцев, у которых через 45 минут после введения дозы алкоголя (1 г на 1 кг массы тела) измерялось ЧСС, показал, что происходит увеличение ЧСС в среднем с 59 до 65 уд./мин [45].

Влияние социальных и психосоциальных факторов на вариабельность сердечного ритма. В ряде работ сообщается о связи между показателями ЧСС, ВСР и социальным положением (однако ни в одной из этих работ данная проблема не рассматривалась как основная). По результатам исследования 33781 человека сообщается, что уровень образования имеет обратную связь с ЧСС как у мужчин, так и у женщин в возрасте 18-59 лет (нескорректированное р < 0,01) [14]. Приводятся данные о том, что повышенная ЧСС была характерна для тех людей, чей семейный доход составлял меньше 4000 $ [13]. В других исследованиях не было обнаружено повышения ЧСС в зависимости от образования или социального класса [13, 27]. Имеется также сообщение, что большая доля людей с высокой мощностью LF была характерна для группы тех людей, которые имели, по меньшей мере, полное среднее образование [27].

Исследования влияния психосоциальных факторов на ЧСС и ВСР уделяют основное внимание действию кратковременных острых стрессоров (публичные выступления или факторы, вызывающие гнев и ярость), хронические воздействия (нарушения, сопровождаемые тревожностью, стресс на работе и типы личности). Показано, что при воздействии неблагоприятных психосоциальных факторов ЧСС может как увеличиваться [36], так и существенно не изменяться [22]. При анализе эффекта от воздействия стрессорного фактора реальной жизни (студенты организовывали презентацию в присутствии критически настроенной аудитории и без неё) обнаружен более высокий уровень LF и меньший уровень HF в условиях наличия аудито- рии [8]. В популяционных исследованиях выборок здоровых женщин было установлено, что социальная изоляция была связана с низким уровнем ВСР (SDNN, LF, LF/HF), а неспособность выразить свою тревогу путем беседы с другими людьми была связана с уменьшением SDNN и мощности LF (все данные были скорректированы по возрасту, наличию менструаций (менопаузы), характеру физической активности, курению, наличию гипертензии в анамнезе и индексу массы тела) [16].

Воздействие неблагоприятных антропогенных факторов окружающей среды на организм и вариабельность сердечного ритма. Исследование, проведённое в Пекине, показало, что ношение марлевой маски уменьшает уровень воздействия взвешенных частиц и, одновременно, приводит к повышению вариабельности сердечного ритма [23]. Возможным механизмом воздействия взвешенных частиц на ВСР является окислительный стресс [7]. На это указывает тот факт, что изменение показателей ВСР при воздействии этого загрязнителя происходило у тех людей, у которых имели место делеция GSTM1 и изменения в промоторе HMOX-1 - генов ферментов глутатион-S-трансферазы M1 и гемоксигеназы-1 [7]. Выраженность реакции на воздействие взвешенных частиц также может меняться при наличии полиморфизма генов MTHFR и cSHMT, кодирующих ферменты метилентетрагидрофолатредуктаза и гидроксиметилтрансфераза серина, принимающие участие в обмене метионина [4]. Долговременное воздействие оксида азота NO2 вызывает у женщин снижение SDNN, а также выраженное снижение значения данного показателя в ночное время LF, LF/HF [11].

Исследование пожилых людей показало, что хроническое воздействие свинца может существенно влиять на ВСР к воздействию загрязнителей атмосферного воздуха [29]. Выраженность снижения мощности волн ВСР высокой и низкой частоты при воздействии озона и сульфатов значительно варьировалось в зависимости от квартили распределения содержания свинца в костях: чем выше было содержание свинца, тем сильнее снижение показателей ВСР при воздействии загрязнителя атмосферного воздуха.

Шум приводит к множеству различных нарушений здоровья, которые имеют как специфический, так и неспецифический характер; кроме того, шум может вызывать постоянные и преходящие функциональные нарушения [20]. Было обнаружено, что высокий уровень шума вызывает сдвиг показателей вариабельности сердечного ритма, который указывает на повышение относительного тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы [44]. Воздействие шума на человека в экспериментальных условиях вызывает уменьшение вариабельности сердечного ритма, которое практически полностью восстанавливается после короткого периода [42].

Характер реакции на звук в значительной степени зависит от сущности звукового стимула, его субъективной оценки. Группа японских студенток подвергалась воздействию звуков различной формы: музыкальные звуки синтезатора, пенье птиц, механические звуки. Механические звуки вызывали выраженное подавление активности парасимпатического отдела ВНС, что проявилось в снижения спектральной мощности LF [47]

В ходе исследования воздействия переменных магнитных полей на организм человека было установлено, что такое воздействие вызывает уменьшение вариабельности сердечного ритма, что служит маркером повышенного риска смерти от острого инфаркта миокарда и аритмии [34].

Заключение

Регистрация и анализ ВСР широко применяется для исследования функциональных показателей сердца. Показатели ВСР трактуются как коррелят процессов, связанных с функционированием ВНС. При этом актуализируется проблема использования данного метода в исследованиях на популяционном уровне. Обнаружена тесная корреляционная связь между показателями ВСР, с одной стороны, возрастом, полом, поведенческими и биологическими факторами, социальными и психосоциальными факторами и воздействием неблагоприятных антропогенных факторов окружающей среды на организм, с другой. Из данного обзора можно сделать вывод, что показатели ВСР можно активно использовать как неспеци­фические показатели воздействия на организм факторов различной природы.

Рецензенты:

  • Воронов Л.Н., д.б.н., профессор кафедры биологии и методики преподавания ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева», г. Чебоксары;
  • Дмитриев А.Д., д.б.н., профессор, зав. кафедрой Чебоксарского кооперативного института (филиал) Российского университета кооперации ЦС РФ, г. Чебоксары.

Работа поступила в редакцию 06.09.2011.