Сердечно-сосудистый гомеостаз и вегетативная регуляция сердечного ритма при активной ортостатической пробе у школьников разного возраста

И.А. Берсенева, Е.Ю. Берсенев

Орехово-Зуевский педагогический институт, Московская область, Россия

Введение.. Ортостатическая проба является одним из информативных методов выявления скрытых изменений со стороны сердечно-сосудистой системы и механизмов ее регуляции (3). Особенный интерес представляет применение ортостатического тестирования при скрининговых обследованиях школьников, поскольку с одной стороны важна простата и высокая информативность метода, с другой стороны проведение этой пробы может быть важным для выявления ранних гипертонических состояний у старших школьников, для оценки особенностей регуляции сердца при часто наблюдаемых у детей аритмиях, для суждения о состоянии вегетативной регуляции у детей с избыточным весом.(4).

Как известно, особенностью детского организма является то, что все его адаптивные реакции происходит на фоне относительно незаконченного морфогенеза в процессе функционального развития. Каждая возрастная группа имеет свои специфические структурно-функциональные особенности и знание этих особенностей является обязательным условием для оценки результатов любых исследований. Поскольку в настоящее время отсутствуют общепринятые критерии для оценки результатов ортостатического тестирования у школьников разного возраста, что в особенности касается данных о вариабельности сердечного ритма, то разработка этого вопроса представляет большой научный и практический интерес. Возможность включения в состав скрининговых исследований школьников активной ортостатической пробы для оценки сердечно-сосудистого гомеостаза и состояния регуляторных механизмов представляется весьма актуальной

Материал и методы. Материалом настоящей работы являются результаты исследований проведенных в трех школах: школе № 14 в г. Орехово-Зуево, Московской области и школах №118 и №232 г. Москвы. В каждой из этих школ были обследованы учащиеся 2-х, 6-х и 10-х классов. Общий объем исследований составил 156 человек. Все исследования проводились в первой половине дня во время уроков. Учащиеся по очереди вызывались с урока и после 10-15 минутного отдыха укладывались на кушетку, где в положении “лежа” проводилась 5-минутная регистрация электрокардиограммы (ЭКГ). Затем обследуемый ребенок по команде быстро переходил в положение “стоя” ( активная ортостатическая проба). Ренистрация ЭКГ продолжалось еще в течение 7 минут в положении “стоя”. Для записи ЭКГ использовалась специальные электроды-прищепки, которые устанавливались на верхних и нижних конечностях. Артериальное давление измерялось перед началом ортопробы в положении “лежа” и сразу же после перехода в вертикальное положение. Запись ЭКГ и анализ вариабельности сердечного ритма проводились с помощью серийно выпускаемого аппаратно-программного комплекса “Варикард” ( 6 ). При анализе динамических рядов кардиоинтервалов вычислялись следующие общепринятые показатели (1,2, 3, 8):: 1) SDNN, 2) RMSSD, 3) pNN50, 4) ИН - индекс напряжения регуляторных систем (1,3) , 5) HF,%, 6) LF,%, 7) VLF,%, 8) IC,- индекс централизации ( 1); 9)LFT период максимума в полосе низких частот; 10) VLFT- период максимума в полосе очень низких частот, 11) SHF, 12) SLF, 13) SVLF, 14) SLF/SHF.- отношение суммарных мощностей в полосах низких и очень низких частот. Кроме того по данным измерения ЧП (частоты пульса), САД и ДАД ( систолическое и диастолическое артериальное давление) в положениях “лежа” (л) и “стоя” (с) вычислялись два показателя - гомеостатический и адаптационный компоненты ортостатической реакции ( ГКО и АКО). Первый из них вычислялся по известной формуле, предложенной Б.П. Кушелевским :

ГКО = ЧПс/ЧПл * САДс / САДл * ДАДс / ДАДл;

Для вычисления АКО применялась формула, предложенная И.О. Тупициным ( 7 ):

АКО = ИНс/ИНл;

Статистическая обработки результатов исследований проводилась с использованием стандартной программы “Статистика” .

Результаты исследований. Из представленных на рис.1 данных хорошо видны возрастно-половые особенности регуляции середечно-сосудистого гомеостаза при ортостатической пробе. С возрастом и у мальчиков и у девочек прирост ДАД и ЧП увеличивается. Особенно выражен прирост ЧП у старших школьников. Возрастно-половые колебания прироста САД незначительны, лишь у старших девочек прирост САД при ортопробе резко падает... Представляет интерес также факт весьма существенного прироста ДАД у девочек среднего возраста..В этой связи следует обратить внимание на результаты комплексной оценки реакции системы кровообращения на ортопробу по показателю ГКО. Как следует из таблицы 1 у девочек 11-13 лет этот показатель повышен. Представленные данные также показывают, что у мальчиков всех школ с возрастом значения ГКО растут. Наиболее значимые возрастные различия отмечаются в школах №№14 и 232.

Еще более значимые возрастно-половые различия были получены по данным оценки АКО, который отражает суммарный эффект активации регуляторных механизмов в ответ на ортостатическую нагрузку. При рассмотрении таблицы 2 можно отметить большой диапазон вариаций между возрастными группами и разными школами. В целом у мальчиков имеется тенденция к увеличению реакции симпатической системы при ортопробе. Однако, достоверными являются только увеличения АКО у мальчиков 15-17 лет в школе 118 и увеличения ВР у мальчиков 11-13 лет в школе 232. У девочек разных школ возрастные изменения неоднозначны. В

Таблица 1.

Гомеостатический компонент ортостатической реакции сердечно-сосудистой системы (ГКО)

школе 14 в 11-13 лет наблюдаются наименьшие значения АКО. В школе 232 в этом же возрасте наблюдаются наибольшие значения АКО. В школе 118 в этой же возрастной группе значения АКО статистически не отличаются от остальных групп.

Таблица 2.

Изменения адаптационного компонента ортостатической реакции (АКО).

Существенный разброс значений АКО в разных школах, по-видимому, обусловлен особенностями возрастного развития Московских и Подмосковных школьников. В г. Орехово-Зуево в школе №14 очень низкое значение АКО у школьниц 11-13 лет вероятнее всего связано с высокой активностью высших вегетативных центров, как это следует из данных, представленных в предыдущем разделе. Следовательно, низкие значения АКО в данном случае могут быть обусловлены тем, что активация более высоких уровней управления тормозит симпатотоническую реакцию на ортопробу. Возможно, именно благодаря повышенной активности высших вегетативных центров у этих школьниц отмечается относительно более высокая сосудистая реактивность (см. табл.). Обращает на себя внимание также очень низкое значение АКО в группе старших девочек школы 232 . В этой группе, судя по данным предидущего раздела, наблюдалось практически полное отсутствие изменгений VLF при ортопробе. Поскольку активация подкоркового сердечно-сосудистого центра в определенной мере отражается на мощности медленных волн второго порядка (VLF), то низкая активность симпатического отдела вегетативной нервной системы в ответ на ортопробу вполне объяснима.

При анализе показателей вариабельности сердечного ритма были выявлены следующие общие для всех школ изменения. При переходе из положения “лежа” в положение “стоя” наблюдается закономерное уменьшение SDNN, RMSSD, pNN50 и рост ИН. Спектральные компоненты вариабельности сердечного ритма также

Рис. 2. Абсолютные значения мощности спектральных компонентов сердечного ритма ( в сек. в квадрате) при ортостатической пробе в разных возрастно-половых группах школьников ( Школа №14, г. Орехово-Зуево).

закономерно изменяются: HF% снижается, LF% растет, а VLF% изменяется неоднозначно. Следует отметить, что в младшей возрастной группе прирост ИН (а также снижение SDNN, RMSSD, pNN50) и увеличение относительной мощности LF выражены в меньшей степени, чем в средней и старшей группах школьников.

Однако в каждой из школ наблюдались свои особенности. В школе №14 (Орехово-Зуево) в возрастной группе 11-13 лет (у мальчиков и девочек) отмечено достоверное уменьшение SDNN, RMSSD, pNN50 и абсолютных значений HF в положении “Лежа”.. На рис. 2 представлены данные об изменении абсолютных

значений спектральных компонентов сердечного ритма при ортопробе в различных возрастно-половых группах. Общей закономерностью является снижение SHF во всех группах и снижение SLF и SVLF в возрастных группах 7- 9 и 15-17 лет. Мальчики и девочки 11-13 лет отличаются более низкими значениями всех спектральных компонентов и при переходе в положение “стоя” у них наблюдается рост SVLF-компонента спектра.

В московской школе № 232 с возрастом у мальчиков наблюдался рост не только абсолютных значений LF и VLF, но и HF. У девочек такие изменения наблюдались только в средней возрастной группе. В московской школе № 118 у девочек с возрастом показатели SDNN, RMSSD, pNN50 не растут, а снижаются. Такая же динамика наблюдается со стороны абсолютных значений LF и VLF. Здесь же отмечается достоверного уменьшения LFT при ортопробе у мальчиков 15-17 лет (у старших девочек только тенденция).

Обсуждение результатов. Указанные особенности изменений показателей вариабельности сердечного ритма в отдельных школах, повидимому, обусловлены как спецификой учебного процесса, включая физическую подготовку и режим занятий, так и экологическими условиями территории, где расположены эти школы. Как известно, младшие школьники (7-9 лет) наиболее чувствительны к различным изменениям социальной и экологической обстановки. В Орехово-Зуево ЧСС у этих детей на 10 уд\мин ниже, чем у московских школьников, хотя существенных различий в АД не отмечается. Важно также отметить, что у Орехово-Зуевских школьников наблюдается статистически значимо более высокие значения SDNN, притом, что такие показатели как RMSSD, pNN50 и ИН статистически не различаются. Подобная же картина наблюдается и в отношении спектральных характеристик сердечного ритма. Абсолютные значения мощности всех компонентов спектра у Орехово-Зуевских школьников статистически достоверно выше, а относительные значения не различаются.

При сравнении реакций на ортостаз единственным различием является отсутствие статистически достоверных изменений абсолютной мощности LF и VLF у московских школьников, в то время как Орехово-Зуевских при переходе в положение “стоя” отмечается значительное достоверное более чем двухкратное падение мощности LF и VLF компонентов спектра. Что касается относительных значений спектральных компонентов, то во всех группах отмечается закономерная реакция роста LF-компонента спектра в ответ на ортостатическую нагрузку.

Снижение SDNN и абсолютных значений мощности спектра, наблюдаемое у младших школьников в Москве по сравнению с г. Орехово-Зуево может быть обусловлено активацией высших вегетативных центров, что оказывает тормозящее воздействие на нижележащие уровни регуляции. Подбная активация обычно бывает обусловлена двумя причинами: а) Усилением деятельности высших вегетативных центров (гипоталамо-гипофизарный уровень нервно-гормональной регуляции) вследствие нарушения функций регуляции физиологических процессов в системах и органах в результате тех или иных патологических изменений и заболеваний. При этом, функции управления переходят с низших, автононых уровней к высшим, центральным (5) б) Активацией высших вегетативных центров в результате возбуждения корковых и подкорковых структур вследствие внешних стрессорных воздействий (эмоциональный и психический стресс, умственная работа и.т.п). Следует отметить также и наличие эндогенных причин возбуждения корково-подкорковых структур: психические заболевания, начальные стадии опухолей мозга и.т.п. Более высокую активацию высших вегетативных центров у московских школьников можно было бы связать с более значительным психо-эмоциональным стрессом. Такое предположение не лишено оснований, учитывая более напряженный темп столичной жизни. Не следовало бы также игнорировать и менее благоприятную экологическую обстановку в таком крупном городе как Москва по сравнению с небольшим подмоскомным городом на расстоянии около 100 км. от Москвы.

Мы не обнаружили подобного же явного различия в показателях у школьников 12 и 16 лет. Как известно, в 12-13 летнем возрасте начинаются процессы полового созревания (особенно у девочек). Это ведет к повышению активности подкорковых нервных центров, гипоталамуса и гипофиза, участвующих в формировании нового гормонального статуса созревающего организма. При этом тормозится активность автономных центров, включая сердечно-сосудистый, что проявляется снижением SDNN и абсолютной мощности всех спектральных компонентов. Из рис. 2 видно, что у 12-летних детей значения этих показателей снижаются по сравнению с 7-8-летними. Заметим, что в школе 232 (в центре Москвы) 12-летние школьники отличаются существенно более высокими значениями абсолютной мощности спектра в LF и VLF- диапазонах. Они же отличаются достоверно более активной реакцией вазомоторного центра на ортостатическую пробу (достоверно более высокий прирост относительных значений LF) и более высокими значениями адаптационного компонента ортостатической реакции (АКО). Эти особенности могут быть связаны с более высокой физической подготовкой школьников в этой школе (в школе существует спортивная специализация).

Заключение. Отмеченные выше возрастно-половые особенности показателей вариабельности сердечного ритма и их изменений при ортопробе, а также особенности, выявленные при обследовании различных школ, должны быть учтены при проведении скрининговых исследований. Речь идет прежде всего о сложности разработки возрастно-половых нормативов для показателей вариабельности сердечного ритма. Для показателей сердечно-сосудистого гомеостаза создание нормативов более реалистично. Так же непростой задачей является разработка критериев для оценки функциональных резервов вегетативной регуляции по результатам ортостатической пробы. Это связано с необходимостью учета не только гомеостатического и адаптационного компонентов ортостатической реакции, но и исходного статуса - уровня функционирования сердечно-сосудистой системы и степени напряжения регуляторных систем.

Мы считаем целесообразным при анализе данных скрининговых исследований использовать два вида критериев: диагностические и прогностические. Диагностические критерии предназначены для выявления школьников, которые требуют дополнительного медицинского обследования и наблюдения в связи с возможными отклонениями в состоянии здоровья. Они должны основываться на медицинских показаниях и учитывать диагностически значимые изменения анализируемых показателей. Здесь могут использоваться преимущественно данные исходного статуса при исследовании в положениях “лежа” или “сидя”. Для решения диагностических задач скрининга могут применяться автоматизированные системы анализа данных с выдачей компьютерных заключений. Одной из таких систем является “Варикард” (6). Прогностические критерии предназначены для выделения групп риска, которые не нуждаются в медицинском наблюдении, но требуют соответствующего отношения педагогического персонала и родителей в интересах сохранения здоровья и повышения физических возможностей и умственной работоспособности школьника. Прогностические критерии должны основываться на оценке степени напряжения регуляторных систем, обеспечивающих сохранение сердечно-сосудистого гомеостаза и оценке функциональных резервов систем регуляции по результатам ортостатической пробы. При этом должен быть реализован индивидуальный подход к оценке данных и автоматизированные системы анализа могут использоваться лишь как консультативные.

Литература

1. Баевский Р.М., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ сердечного ритма при стрессе. М., 225 с.,-1984.

2. Баевский Р.М., Баевский А.Р., Лапкин М.М. , Семенов Ю.Н., Шалкин П.В. Медико-физиологические аспекты разработки аппаратно-программных средств для математического анализа ритма сердца. Российский медико-биологичеаский вестник, ,1-2, с.104-113, 1996

3. Баевский Р.М., Берсенева А.П.. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. М., Медицина, 1997, 236 с.

4 .Берсенева И.А. Возрастные особенности вегетативной регуляции сердечного ритма при ортостатической пробе у школьников. Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий. Международный симпозиум., М., 1999 с.145-147.

5. . Парин, В.В.,. Баевский Р.М. Введение в медицинскую кибернетику. М., Медицина, 1966, 220 с.

6. Семенов Ю.Н., Баевский Р.М. Аппаратно-программный комплекс “Варикард” для анализа вариабельности сердечного ритма и перспективы его развития. Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий. Международный симпозиум., М., 1999, с. 172-174.

7. Тупицин И.О., Догадкина С.Б. Влияние учебной деятельности на функциональное состояние сердечно сосудистой системы младших школьников \\ Особенности функционирования сердечно-сосудистой системы ребенка в процессе учебной деятельности. М., 1985. С. 88-94;

8. Heart rate variability. Standards of Mesurement, Physioligical Interpretation and Clinical Use. Circulation,93:1043-1065,1996