Функциональное биоуправление с использованием биологической обратной связи (БОС) широко применяется для коррекции патологических состояний организма, задержек психического развития, психоэмоциональных расстройств, а также моделирования и активизации собственных защитных механизмов и резервных возможностей организма с помощью интеграции его психических и физиологических функций [1, 6, 7]. При БОС-тренингах происходят адаптационные перестройки, которые затрагивают регуляторные системы организма. Ведущим свойством функциональной системы любого уровня организации является принцип саморегуляции [9]. Суть саморегулирования состоит в направленном на достижение конкретного результата управления органами и процессами их функционирования в организме по принципу обратных связей. Функцию каналов связи могут выполнять рецепторы, нервные клетки, биологические активные вещества и др. Нервная и гуморальная регуляция функций тесно взаимосвязаны и образуют единую нейрогуморальную регуляцию. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) является отражением комплекса различных влияний внешней среды и рассматривается как достаточно объективный маркер приспособительных реакций [3]. Симпато-адреналовая и парасимпатическая система с их гормонами и медиаторами-катехоламинами является одной из нейрогуморальных систем организма, осуществляющей интеграцию деятельности человека в меняющихся условиях существования, в частности, в экстремальных. Серотонинергическая система участвует в регуляции сердечно-сосудистой и пищеварительной систем, регулирует мышечный тонус, чувствительность фоторецепторов и механорецепторов, нарушения в ее функционировании приводят к серьезным патологиям [12]. Таким образом, цель данной работы заключалась в выявлении характера изменений параметров вариабельности ритма сердца при БОС-тренинге в зависимости от уровня серотонина в сыворотке крови у молодых лиц Ненецкого автономного округа и Архангельской области.
Материалы и методы исследования
Обследовано 30 девушек и 31 юноша Ненецкого автономного округа (НАО) и 56 девушек и 27 юношей Архангельской области (АО). Все обследованные лица в возрасте 14-17 лет были практически здоровые и относились к I и II группе здоровья. Средний возраст у девушек НАО составил 15,2 ± 1,04, у девушек АО - 15,9 ± 0,9, у юношей НАО - 15,46 ± 1,1, у юношей АО - 16,4 ± 1,6. Исследования проходили с соблюдением норм биомедицинской этики. Испытуемым предъявляли задание - сеанс адаптивного биоуправления, который проводили по авторской методике Л.В. Поскотиновой и Ю.Н. Семенова (патент № 2317771) [4]. Суть методики в том, чтобы с помощью дыхания активизировать вагусные влияния на ритм сердца. В качестве управляемого параметра вариабельности сердечного ритма (ВСР) использовали ТР, мс2 (total power, суммарная мощность спектра ВСР), отражающий вагусные влияния на ритм сердца. В процессе обследуемый так подбирает свое состояние, чтобы повышались значения ТР, мс2. Рекомендовалось сочетать спокойное дыхание с акцентом на выдох, мышечное расслабление и представление приятных образов.
В сеансе адаптивного биоуправления по параметрам ВСР учитывали три этапа. 1 этап: регистрация параметров ВСР в покое (5 мин); 2 этап: адаптивное биоуправление параметрами ВСР (5 мин); 3 этап: регистрация параметров ВСР в покое (5 мин).
Оценка состояния вегетативной нервной системы осуществлялась по показателям ВСР, оцениваемых с применением аппаратно-программного комплекса «Варикард» (г. Рязань). Использовали временной и спектральный виды анализа: ЧСС - частота сердечных сокращений, SDNN (standard deviation of the NN interval - суммарный эффект вегетативной регуляции кровообращения), RMSSD (the square root of the mean squared differences of successive NN intervals - тонус парасимпатического отдела), pNN50 (активность парасимпатического звена вегетативной регуляции), индекс напряжения регуляторных систем (SI - stress-index), ТР, мс2 (суммарная мощность спектра ВСР), показатели HF % (мощность в высокочастотном диапазоне 0,4-0,15 Гц, отражает активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы), LF % (мощность в низкочастотном диапазоне 0,15-0,04 Гц, ассоциируется с барорецепторной функцией регуляции артериального давления, которая осуществляется с участием как парасимпатической, так и симпатической вегетативной иннервации), VLF % (мощность в сверхнизкочастотном диапазоне 0,04-0,015, связана с влиянием надсегментарных отделов вегетативной нервной системы, эндокринных или гуморальных факторов на синусовый узел). Критериями эффективности БОС-тренинга являлись стабилизация или снижение индекса напряжения (SI) в сочетании с увеличением суммарной мощности спектра ВСР (ТР, мс2). Уровень серотонина определяли в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа с помощью набора «Serotonin ELISA» (Германия). Нормативные значения уровня серотонина в сыворотке крови для девушек составляют 80-450 нг/мл, для юношей 40-400 нг/мл. Статистическая обработка материалов проводилась с помощью программ Statistica 5.5. В связи с тем, что подавляющее большинство исследуемых параметров не имеют нормального распределения, в представленной работе они описаны медианой и 25, 75 перцентилями. Достоверность различий между группами определялись с использованием метода Манна-Уитни. Статистическая значимость различий исследуемых величин при биоуправлении к фону определялись с использованием метода Вилкоксона. Различия считали значимыми при уровне p < 0.05.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ уровня серотонина в сыворотке крови у молодых лиц Ненецкого автономного округа и Архангельской области выявил более высокие концентрации серотонина у девушек и юношей НАО. Так, содержание серотонина в крови у юношей НАО составил 339,8 (295,1; 382,5) нг/мл, а у юношей АО - 91,3 (80,1; 98,3) нг/мл. Концентрация серотонина у девушек НАО составляет 365,8 (287,3; 455,5) нг/мл, у девушек АО - 99,4 (80,6; 210,2) нг/мл. Аналогичная картина была обнаружена и у взрослого населения: у жителей Ненецкого автономного округа уровень серотонина значимо выше, чем у жителей, проживающих в Архангельской области [8].
Сравнительный анализ исходных значений параметров вариабельности ритма сердца у девушек НАО и АО не выявил достоверных различий (табл. 1). В процессе биоуправления частота сердечных сокращений практически не меняется, повышается общий тонус вегетативной нервной системы (SDNN), тонус парасимпатического отдела (RMSSD, pNN50), общая суммарная мощность спектра TP, мощность низкочастотного (LF %) компонента спектра ВСР, снижаются мощности сверхнизкочастотного (VLF %) и высокочастотного (HF %) компонентов спектра ВСР, индекс напряжения SI у девушек независимо от места проживания (табл. 1). После прекращения БОС-тренинга значения параметров ВСР возвращаются к исходным значениям. Корреляционный анализ показал, что уровень серотонина положительно коррелирует с мощностью низкочастотного (LF %) компонента спектра ВСР (r = 0,36, p = 0,001). По данным спектрального анализа ВСР у девушек НАО при биоуправлении выявлены существенно более высокие значения показателя низкочастотного компонента спектра ВСР по сравнению с девуш- ками АО.
При сравнении фоновых значений вариабельности ритма сердца в покое у юношей НАО и АО также не выявлено достоверных различий (табл. 2). Во время сеанса биоуправления отмечается повышение RMSSD, pNN50, SDNN, спектральных характеристик ритма сердца LF %, TP и снижение индекса напряжения (SI). У юношей НАО, как и у девушек НАО, наблюдается более значительное повышение мощности низкочастотного компонента (LF %) при БОС-тренинге. У юношей выявлена отрицательная корреляционная связь уровня серотонина с мощностью сверхнизкочастотного компонента (VLF %) спектра ВСР (r = -0,28, p = 0,03). У юношей НАО при БОС-тренинге наблюдается более значимое снижение VLF % по сравнению с юношами АО.
Таблица 1
Параметры вариабельности сердечного ритма у девушек Ненецкого автономного округа и Архангельской области (Ме (25;75))
|
Показатели |
Ненецкий автономный округ |
Архангельская область |
||||
|
Фон |
БОС-тренинг |
После БОС-тренинга |
Фон |
БОС-тренинг |
После БОС-тренинга |
|
|
ЧСС, мс |
83,3 |
81,9 (77,8;88,4) |
84,8 (79,2;88,3) |
80,1 (73,1;88,1) |
79,5 (74,6;87,4) |
81,3 (73,4;88,8) |
|
RMSSD, мс |
37,4 (27,7;44,4) |
43,8 (34,9;54,1) p1,2 = 0,0001 |
36,1 (27,7;44,3) |
37,8 (29,1:50,2) |
46,59 (35,9;60,4) p4,5 = 0,0001 |
35,7 (24,3;49,6) |
|
рNN50 |
19,1 (8,7;31,05) |
27,1 (16,8;33,1) p1,2 = 0,01 |
19,8 (9,9:31,6) |
17,5 (7,0;36,9) |
25,4 (14,6;41,6) p4,5 = 0,02 |
16,7 (4,5;31,3) |
|
SDNN, мс |
45,8 (36,2;55,3) |
70,1 (57,4;88,1) p1,2 = 0,0001 |
50,6(43,4;59,1) |
48,4 (36,7;62,2) |
74,0 (59,9;87,3) p4,5 = 0,0001 |
46,8 (35,1;60,5) |
|
TP, мс2 |
2049,5 (1296,6;2626,7) |
4455,5 (3221,3;6405,7) p1,2 = 0,0001 |
2375 (1887,9;3229,9) |
2231,8 (1434,5;3360,4) |
4351,5 (3184,0;5481,7) p4,5 = 0,0001 |
2280,1 (1221,9;3456,9) |
|
SI |
122,6 (93,4;233,7) |
62,8 (47,2;96,8) p1,2 = 0,0001 |
110,3 (90,8;157,2) |
116,1 (70,2;207,9) |
63,1 (39,5;92,7) p4,5 = 0,0001 |
132,3 (66,3;231,3) |
|
HF % |
49,7 (38,7;54,8) |
17,8 (12,9;23,4) p1,2 = 0,0001 |
41,4 (27,7;48,9) |
44,2 (34,6;55,4) |
35,8 (17,7;57,7) p4,5 = 0,0001 |
41,2 (31,4;49,1) |
|
LF % |
32,7 (28,7;39,5) |
71,5 (60,7;82,2), р1,2 = 0,0001, p2,5 = 0,03 |
43,6 (33,0;52,2) |
36,5 (27,5;43,9) |
53,4 (33,5;74,2) p4,5 = 0,0001 |
39,4 (33,4;47,1) |
|
VLF % |
16,7 (11,3;22,1) |
6,2 (3,9;11,5), p1,2 = 0,0001 |
13,7 (9,5;21,6) |
16,5 (11,8:22,1) |
8,8 (5,6;12,8) p4,5 = 0,0001 |
17,4 (10,7;22,1) |
Таблица 2
Параметры вариабельности сердечного ритма у юношей Ненецкого автономного округа и Архангельской области (Ме(25;75))
|
Показатели |
Ненецкий автономный округ |
Архангельская область |
||||
|
Фон |
БОС-тренинг |
После БОС-тренинга |
Фон |
БОС-тренинг |
После БОС-тренинга |
|
|
ЧСС, мс |
79,6 (70,4;87,8) |
78,2 |
80,1 (72,8;87,6) |
78,2 (72,2;85,5) |
80,1 (74,9;85,6) |
80,1(73,8;85,8) |
|
RMSSD, мс |
32,2 (21,7;56,5) |
40,3 (32,4;56,8) p1,2 = 0,003 |
29,8 (21,3;53,5) |
36,9 (31,1;49,8) |
45,1 (34,5;52,5) p4,5 = 0.006 |
35,1 (26,1;42,6) |
|
рNN50 |
13,9 (4,2;47,6) |
20,5 (9,4;37,5) |
11,3 (4,1;40,4) |
20,7 (12,3;30,4) |
25,6 (13,3;34,6), p4,5 = 0,03 |
15,9 (6,6;26,6) |
|
SDNN, мс |
44,2 (34,9;64,9) |
76,8 (61,07;96,6) p1,2 = 0,0001 |
45,5 (34,3;66,1) |
44,8 (36,4;63,1) |
70,1 (57,1;100,6) p4,5 = 0,001 |
49,2 (36,4;57,2) |
|
TP, мс2 |
1798,5 (1088,9;3468,1) |
5093,7 (3472,6;7891,9) p1,2 = 0,0001 |
2029,7 (1266,5;3896,2) |
1841,7 (1233,1;2706,6) |
4174,1 (2923,8;5713,5) p4,5 = 0,0001 |
2259,2 (1268,1;3331,9) |
|
SI |
145,0 (67,4;238,0) |
62,2 (27,1;89,6) p1,2 = 0,0001 |
140,1 (54,2;250,5) |
118,9 (69,6;193,6) |
70,1 (33,6;94,4) p4,5 = 0,0001 |
134,8 (69,9;191,1) |
|
HF % |
44,7 (21,7;57,9) |
12,5 (6,9;22,2) p1,2 = 0,0001 |
28,5 (18,4;48,3) |
46,3 (29,7;51,9) |
20,8 (15,7;35,8) p4,5 = 0,003 |
31,9 (21,2;42,5) |
|
LF % |
36,5 (28,9;54,1) |
78,6 (57,5;85,8) p1,2 = 0,0001 |
52,9 (35,1;62,5) |
39,7 (33,9;52,1) |
64,2 (54,3;72,1) p4,5 = 0,0001 |
50,6 (39,8;55,8) |
|
VLF % |
14,9 (10,1;20,5) |
7,32 (3,89;9,86) p1,2 = 0,0001, p2,5 = 0,01 |
16,1 (11,3;23,5) |
13,5 (10,2;17,2) |
10,3 (6,2;15,9) p4,5 = 0,04 |
16,2 (12,1;19,4) |
Повышение мощности низкочастотного (LF %) компонента ВСР связывают также и с замедлением частоты дыхания во время биологической обратной связи [14]. Рост LF % указывает также на активное включение вазомоторного центра в процессе регулирования сосудистого тонуса. Система регуляция сосудистого тонуса включает в себя чувствительность рецепторов растяжения в стенках аорты и сонных артерий, активность вазомоторного центра, модулирование активности синоатриального узла блуждающим нервом, гормоны, нейромедиаторы, биологически активные вещества. Успешность биоуправления параметрами ритма сердца у девушек НАО на фоне более высокого уровня серотонина сопровождается значительным увеличением барорефлекторной активности, что свидетельствует о роли серотонина в повышении барорефлекторной чувствительности. В здоровом организме при нормальных условиях серотонин вызывает сокращение гладкомышечных клеток сосудов за счет активации S2-серотонинергических рецепторов [13]. Это объясняется, главным образом, в прямой активации гладкой мускулатуры или усилением ответа на другие нейрогуморальные медиаторы. Сосудорасширяющий ответ на серотонин рассматривается в основном на уровне артериол. Он может быть связан с выпуском других эндогенных вазодилататоров, прямой релаксации гладкой мускулатуры сосудов, торможение адренергических нервных импульсов или высвобождения эндотелий-зависимого релаксирующего фактора. При низких концентрациях серотонин усиливает сосудосуживающий ответ на другие вазоактивные вещества.
Таким образом, достижение успешного биоуправления параметрами ритма сердца у молодых лиц, проживающих на разных климато-географических территориях, достигается разными механизмами. При проживании на Севере у жителей эволюционно сложились механизмы функционирования систем к конкретным внешним условиям. На Крайнем Севере организм человека в большей мере подвержен действию космических факторов (гелиогеофизические факторы и метеорологические), чем в средних и низких широтах; здесь также особый режим освещенности и более низкие температуры [11]. Под влиянием солнечного света в дневное время в эпифизе вырабатывается серотонин и подавляется синтез эндогенного мелатонина из серотонина [5]. Выявлена четкая взаимосвязь электрической активности сердца и мозга с уровнем геомагнитной активности в высоких широтах [2, 10]. В регуляции ритма сердца участвуют все «этажи» нейрогуморального управления физиологическими функция- ми ‒ от подкорковых центров продолговатого мозга до гипоталамо-гипофизарного уровня вегетативной регуляции и коры головного мозга. Таким образом, при проведении БОС-тренинга с целью повышения вагусной активности на ритм сердца необходимо учитывать особенности нейрогуморального соотношения, реактивности регуляторных систем в разных климато-географических условиях проживания человека.
Выводы
1. У девушек и юношей Ненецкого автономного округа содержание серотонина в сыворотке крови выше, чем у девушек и юношей Архангельской области.
2. У девушек и юношей Ненецкого автономного округа и Архангельской области при успешном биоуправлении снижается активность надсегментарных структур вегетативной регуляции ритма сердца.
3. Успешность биоуправления параметрами ритма сердца у девушек и юношей НАО на фоне более высокого уровня серотонина сопровождается увеличением низкочастотной части спектра ВСР, что свидетельствует о роли серотонина в повышении барорефлекторной чувствительности.
Работа поддержана грантом № 12-У-4-1019 Президиума УрО РАН.
Рецензенты:Бебякова Н.А., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой медицинской биологии и генетики Северного государственного медицинского университета, г. Архангельск;
Совершаева С.Л., д.м.н., профессор, заведующая кафедрой нормальной физиологии и восстановительной медицины Северного государственного медицинского университета, г. Архангельск;
Гладилин Г.П., д.м.н., профессор, зав. кафедрой клинической лабораторной диагностики ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздравсоцразвития России, г. Саратов.
Работа поступила в редакцию 06.06.2012.