Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные экспериментальные данные о физиологических основах вегетативной регуляции ритма сердца (обзор литературы) 11
1.1. Вариабельность ритма сердца – показатель состояния регуляторных систем организма 11
1.2. Инновационные методы оценки функционального состояния вегетативной нервной системы в эксперименте 17
1.3. Патофизиологические основы вегетативной дисфункции при стойком повышенном артериальном давлении 24
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 31
2.1. Характеристика экспериментальных групп животных 31
2.2. Моделирование кардиовазоренальной артериальной гипертензии 32
2.3. Неинвазивное измерение артериального давления у крыс 35
2.4. Методика регистрации сердечного ритма у крыс 36
2.5. Математический анализ вариабельности сердечного ритма 38
2.6. Фармакологические вегетатропные пробы 46
2.7. Статистические методы исследования 47
ГЛАВА 3. Результаты исследования 51
3.1. Характеристика вегетативной регуляции сердца у крыс с нормальным уровнем артериального давления 51
3.1.1. Состояние симпатического звена вегетативной регуляции сердца у нормотензивных крыс 56
3.1.2. Характеристика вагального компонента вегетативной регуляции сердца 61
3.2. Влияние повышенного уровня артериального давления на интегральное состояние вегетативной регуляции сердца у крыс 71
3.2.1. Особенности состояния симпатического звена вегетативной регуляции сердца у гипертензивных крыс 79
3.2.2. Состояние парасимпатического аппарата вегетативной нервной системы у крыс с повышенным уровнем артериального давления 87
Заключение 96
Выводы 119
Практические рекомендации 120
Список литературы
- Инновационные методы оценки функционального состояния вегетативной нервной системы в эксперименте
- Методика регистрации сердечного ритма у крыс
- Состояние симпатического звена вегетативной регуляции сердца у нормотензивных крыс
- Особенности состояния симпатического звена вегетативной регуляции сердца у гипертензивных крыс
Инновационные методы оценки функционального состояния вегетативной нервной системы в эксперименте
Ретроспективное исследование научной литературы конца XX века показало, насколько динамично изменялось понятие вариабельности сердечного ритма. Патофизиологи пересмотрели устаревшее локальное понятие вариабельности сердечного ритма и выработали и сформулировали новое понимание нейрогуморальной регуляции сердечнососудистой деятельности организма. Методология изучения и оценки ВРС также прошла путь от признания преемственности сердечных сокращений через понимание последовательности изменчивости циклов при нагрузках к использованию вариационной пульсометрии [12, 92, 124, 202].
Регуляторные системы организма – это постоянно действующий аппарат слежения за состоянием всех систем и органов, их взаимодействием и соблюдением равновесия между организмом и средой. Активность регуляторных систем зависит от функционального состояния организма. Функциональное состояние – тоническая составляющая активности отдельных систем, органов или целостного организма, обеспечивающая реагирование на внешние и внутренние воздействия [12, 67, 107].
Группа авторитетных ученых Дальневосточного отделения РАМН во главе с Р. М. Баевским и О.И. Кирилловым (1984) доказала, что имеется тесная связь между изменчивостью ритма сердца и сердечной нейрогуморальной регуляцией, а также адаптативными возможностями организма. В современном понимании ВРС представляет собой совокупность свойств, которые проявляются только при комплексной оценке всех показателей [10–12, 114]. Концепция Р.М. Баевского и Г.Г. Иванова (2001) строго регламентирует последовательность анализа динамического ряда кардиоинтервалов с учетом трех подходов, так или иначе основанных на функциональной системе регуляции кровообращения – статистической оценки числового массива кардиоинтервалов, оценки связи между кардиоинтервалами и выявления скрытой периодичности динамического ряда кардиоинтервалов.
Двухконтурная модель регуляции сердечного ритма, предложенная этими авторами, обосновывает регуляцию как иерархически организованную систему, в которой доминирующая роль отдельных звеньев вегетативной нервной системы (ВНС) определяется текущими потребностями. При этом воздействие автономного контура идентифицируется с дыхательной аритмией, а центрального – с недыхательной аритмией [11, 13, 71, 206]. Установлено, что рабочими структурами автономного контура регуляции являются синусовый узел, блуждающие нервы и их ядра в продолговатом мозгу (контур парасимпатической регуляции). При этом дыхательная система рассматривается как элемент обратной связи в автономном контуре регуляции сердечного ритма. Деятельность центрального контура регуляции, который идентифицируется с симпатоадреналовыми влияниями на ритм сердца, связана с недыхательной синусовой аритмией и характеризуется различными медленноволновыми составляющими сердечного ритма. Прямая связь между центральным и автономным контурами осуществляется через нервные (в основном симпатические) и гуморальные связи [85, 92, 121]. Обратная связь обеспечивается афферентной импульсацией барорецепторов сердца и сосудов, хеморецепторов и обширных рецепторных зон органов и тканей. Автономная регуляция в условиях покоя характеризуется выраженной дыхательной аритмией. Дыхательные волны усиливаются во время сна, когда уменьшаются центральные влияния на автономный контур регуляции. Нагрузки на организм, требующие включения в процесс управления сердечным ритмом центрального контура регуляции, ведут к ослаблению дыхательного компонента синусовой аритмии и к усилению е недыхательного компонента [54, 104, 118].
Центральный контур регуляции сердечного ритма является сложнейшей многоуровневой системой нейрогуморальной регуляции физиологических функций. Структура центрального уровня состоит из трех подуровней, осуществляющих самостоятельные функции управления (Рис. 1). Этим уровням соответствуют не столько анатомо морфологические структуры мозга, сколько определенные функциональные системы или уровни регуляции.
Методика регистрации сердечного ритма у крыс
В настоящее время необходимым атрибутом медико-биологических исследований стал статистический анализ полученных данных. Первым, ставшим уже традиционным элементом многих схем статистического анализа, является вычисление дескриптивных величин статистик, средних и частотных характеристик случайных величин. Наиболее важная с точки зрения большинства исследователей статистическая величина - средняя арифметическая, или средние величины (медиана, мода и т. д.). Эффективность оценки среднего существенно зависит от формы кривой плотности распределения вероятностей исходных данных.
Известно, что только средние показатели не выражают объективную картину процесса изменения случайной величины. Важным дополнением, позволяющим получить статистическую оценку характера изменения случайной величины, являются вариационные параметры дисперсия (S2) и ошибка среднего (Аx) для выборок.
Кроме того, в известной степени информативными характеристиками являются величины максимума, минимума, интерквартильного размаха, границы доверительных интервалов, общей суммы, частот.
Первым этапом, необходимым для обоснования более важных и ответственных этапов общей схемы проводимых статистических исследований, является решение задачи анализа: нужно определить, насколько вычисленные параметры эмпирического распределения близки параметрам соответствующего известного закона теоретического распределения, например нормального. Обоснование важности этого этапа приведено в ряде пособий и справочников по анализу данных в медико-биологических исследованиях [4, 19, 23, 115].
К необходимым для решения этой задачи характеристикам эмпирических рядов данных рассчитаны доверительные t-интервалы для средних (t = 2,0 при p = 95,0 %), коэффициенты эксцесса и асимметрии, статистические ошибки для используемых при анализе величин.
Для всех исследуемых величин построены гистограммы с кривой нормального распределения и дополнительной информацией оценок по статистическим критериям [4, 115]. В качестве критериев сравнения использовались t-критерий Стьюдента, Шапиро-Вилка (W) при заданном уровне значимости (p):
Для измерения асимметрии и эксцесса используют центральные моменты распределения третьего и четвертого порядка. При строго симметричных распределениях сумма третьих степеней отклонений вариант (х{) от средней арифметической (х) равна нулю и асимметрия As = 0. При скошенности распределения этот показатель будет отрицательной или положительной величиной, которая служит мерой асимметрии.
Соответственно рассчитывается еще и показатель эксцесса. Для всех исследуемых величин проводятся расчеты оценок по статистическим критериям, применимым для каждой конкретной ситуации t-критерия (р 0,01; р 0,05). В случае равных дисперсий Si2 = S22 и Пі п2, и к = Пі ±п2 - 2
В случае непараметрического распределения использовался следующий критерий, который является еще и свободным от ограничений на размеры долей в выборках и размерностей самих выборок (обработка малых выборок), основанный на использовании угловой трансформации (ф-преобразования Фишера). Здесь = Zarcsin ,
Таким образом, на основании оценок асимметрии, эксцессов, гистограммам и результатов применения выбранных критериев делался вывод о распределении исследуемых величин. С целью проведения более глубокого исследования причинно-следственных факторов и связей использовали корреляционный, дисперсионный, регрессионный подходы системного анализа. Схема статистического исследования соответствовала поставленным задачам и характеру данных.
Корреляционный анализ полученных данных Корреляционные связи показателей вариабельности сердечного ритма устанавливали с учетом ранговой корреляции по Спирмену. Для этого определяли положительную и отрицательную связи между показателями, ответственными за центральный и автономный контуры регуляции сердечного ритма, их тесноту и проверяли достоверность выборочных показателей корреляции.
При положительной, или прямой, связи большим значениям одного признака соответствуют большие же значения другого, коэффициент корреляции имеет положительный знак и находится в пределах от 0 до + 1. При отрицательной, или обратной, связи большим значениям одного признака соответствуют меньшие значения другого, коэффициент корреляции имеет отрицательный знак и находится в пределах от 0 до -1.
При наличии многочисленных исходных данных их группировали в вариационные ряды и строили корреляционную матрицу. Ранговая корреляция вычислена по формуле где: d - отклонение рангов; п - число пар исследований. Силу связи (тесноту) оценивали лишь по значению и знаку коэффициента корреляции. При анализе данных наряду с коэффициентом корреляции рассчитывалось значение p для t-критерия. В качестве значимого принималось абсолютное значение р 95 %. Если это условие не выполнялось, то связь исключалась из дальнейшего анализа.
Дальнейшую последовательность проведения статистического анализа для достижения цели исследования (прогноз диагностики на основании проводимого обследования) определяли на основе структуры исходной информации
Состояние симпатического звена вегетативной регуляции сердца у нормотензивных крыс
Стандартное отклонение NN интервала (SDNN) под влиянием атропина изменялось у разных групп исследованных животных однонаправлено. В обоих случаях наблюдалось снижение данного показателя. А вот у крыс с нормальным уровнем артериального давления под действием атропина стандартное отклонение (SDNN) снизилось в 2,8 раза по сравнению с нормативным значением. У животных же с повышенным уровнем артериального давления стандартное отклонение (SDNN) достоверно снизилось в меньшей степени – на 15,6 %, или в 1,2 раза.
При Н-холиноблокаде квадратный корень из суммы квадратов разностей величин последовательных пар RR-интервалов (RMSSD) у крыс как с нормальным, так и повышенным уровнем артериального давления получены количественные показатели, выходящие за пределы физиологических значений. У животных с нормальным уровнем артериального давления достоверное снижение достигло 2,5 раза, или 60 %, у крыс с повышенным уровнем артериального давления – 11,5 %. Показатель процента рNN5 % от общего количества последовательных пар интервалов в эксперименте находится вне зоны условно нормативных пределов диапазона. У контрольной группы крыс под влиянием атропина достоверно уменьшился в 5,9 раза.
У крыс опытной группы по сравнению с долей контрольной группы данный показатель достоверно уменьшился 1,3 раза. Коэффициент вариабельности (СV, %) у крыс с нормальным уровнем артериального давления по сравнению с условно нормативным достоверно снизился в 2,1 раза. У крыс с повышенным уровнем артериального давления по сравнению с контрольной группой он достоверно снизился на 10,7 %.
В ходе сравнительного анализа временной области вариабельности сердечного ритма установлено сохранение уменьшения показателя процента NN5 % от общего количества последовательных пар интервалов при различных коэффициентах соотношения.
Представленные результаты исследованных показателей указывают на снижение адаптационного механизма и функционального резерва ВНС крыс с повышенным уровнем артериального давления по отношению к животным контрольной группы. Сравнительный анализ показателей пульсометрии у крыс с повышенным уровнем артериального давления по данным эксперимента выявляет значительное количество устойчивых тенденций развития вариабельности сердечного ритма. При фармакологическом атропиновом тесте из восьми показателей шесть (ЧСС, АМо, ИВР, ПАПР, ВПР, ИН) имеют тенденцию к увеличению в обеих группах животных. В обеих группах крыс при подкожном введении атропина отмечалось достоверное учащение частоты сердечных сокращений на фоне уменьшения моды (Мо) и вариационного размаха (ВР). Полученные изменения вегетативной регуляции сердца соответствуют холинолитическим эффектам препарата. Одновременно выявлена статистически значимая динамика интегративных показателей вариационной пульсометрии (табл. 18). Отмечено выраженное нарушение вегетативного равновесия, о чем свидетельствует достоверное повышение индекса вегетативного равновесия (ИВР) в 1,9 и 2,1 раза в группах здоровых крыс и крыс с повышенным уровнем артериального давления соответственно.
При введении атропина повышалась активность процессов регуляции ритма сердца за счет преобладания активности симпатического звена вегетативной нервной системы. Достоверный прирост показателя адекватности процессов регуляции (ПАПР) на 7,9 % и 6,7 % в аналогичных группах животных указывал на сокращение соответствия ведущего уровня функционирования синоатриального узла.
Примечание: И12 - индексы отношения показателя опыта (О) к исходному значению (К); И - индекс отношения показателя индекса-2 крыс с нормальным уровнем АД к индексу-1 крыс с повышенным уровнем АД; - уменьшение, t - увеличение; - р 0,05, - р 0,01, - р 0,001. При введении холинолитика оценка активности автономного контура регуляции снизилась и отразила смещение вегетативного баланса в сторону преобладания симпатического отдела. Это характеризовалось возрастанием вегетативного показателя равновесия (ВПР) в группе здоровых крыс в 2,2 раза, а в группе крыс с повышенным артериальным давлением в 1,5 раза. Индекс напряжения (ИН) регуляторных систем также достоверно повышался в процессе атропинового тестирования у большинства животных. Его прирост в этих группах составил 1,9 и 1,6 раза соответственно.
При анализе спектральных показателей отмечались однонаправленные векторы ответа на введение препарата в обеих группах животных (табл. 19). Общая мощность спектра (TP) в группе здоровых крыс уменьшилась незначительно, тогда как в группе крыс с повышенным артериальным давлением отмечалось достоверное снижение в 1,7 раза (p 0,05). Данный показатель указывает на истощение регуляторных механизмов в группе крыс с повышенным уровнем артериального давления. В опытной группе животных с повышенным уровнем артериального давления спектр очень низких частот (VLF) не изменился, в контрольной группе введение атропина сопровождалось достоверным снижением данного показателя в 1,9 раза.
Известно, что атропин обладает не только периферическим, но и центральным действием. Следовательно, он способен угнетать центральный механизм формирования ритма сердца в центральной нервной системе [46, 92, 103]. В обеих группах животных наблюдалась уменьшение высокочастотной (HF) составляющей спектра при одновременном достоверном увеличении низких частот (LF). В группе животных с повышенным уровнем АД зафиксированы не столь существенные изменения спектра (HF – на 3,4 %, LF – на 10,7 %) в отличие от условно здоровых крыс (HF – на 12,6 %, LF – 49,3 %).
Особенности состояния симпатического звена вегетативной регуляции сердца у гипертензивных крыс
Так, есть данные о наличии видовых особенностей вегетативных реакций мышей и крыс на различные факторы в эксперименте [37, 38, 48, 67]. При этом некоторые авторы ставят под сомнение наличие тонуса блуждающего нерва у крыс [38, 48]. В то же время терапия заболеваний сердечнососудистой системы -адреноблокаторами является общепризнанной. Это стало возможным с открытием влияния катехоламинов на активность ренин-анггиотензин-альдостероновой системы [70, 66]. Блокаторы -адренорецепторов, снижая избыточную стимуляцию миокарда, приводят к ресенсибилизации и уменьшению перегрузки кальцием.
Ответы на пропранололовый фамакологический тест в обеих группах животных существенно различались по степени выраженности. Так, при анализе показателей пульсометрии установлено, что введение препарата сопровождалось замедлением частоты сердечных сокращений в обеих группах животных (р 0,01). Однако адекватное повышение вариабельности ритма сердца и прирост вариационного размаха (ВР) в группе крыс с повышенным уровнем артериального давления отсутствовали.
Проведение блокады -адренорецепторов вызывало незначительные изменения индекса вегетативного равновесия в контрольной группе. При этом у животных с повышенным уровнем артериального давления индекс вегетативного равновесия (ИВР) достоверно сокращался почти в 2 раза. Введение пропранолола снижало степень централизации управления ритмом сердца путем минимизации соответствия активности симпатического звена вегетативной нервной системы и пейсмекерной активности синоатриального узла, что проявлялось в достоверном уменьшении показателя адекватности процессов регуляции в обеих группах животных. Введение препарата умеренно снижало индекс напряжения (ИН) регулярных систем в контрольной группе, а у крыс с повышенным уровнем АД снижение составило на 35,3 % (р 0,01).
Динамика количественных показателей временной области у крыс с повышенным уровнем артериального давления на фоне введения пропранолола была выражена значительно больше по сравнению с аналогичными значениями при нормотензии. Так, коэффициент вариабельности (CV, %) у крыс с повышенным уровнем артериального давления увеличился почти в 3 раза против 1,2 в контрольной группе (р 0,01), что указывает на существенное перенапряжение в центральном контуре управления ВНС и астенизацию крыс с повышенным уровнем АД в виде резкого смещения баланса в сторону преобладания симпатических влияний. Состояние вегетативной дисфункции и напряжение регуляторных систем крыс с повышенным уровнем артериального давления подтверждают отсутствие адекватной реакции показателя NN5 % (процента от общего количества последовательных пар интервалов). В контрольной группе данный показатель достоверно увеличился почти в 6,5 раза, в опытной группе увеличение составило только 1,2 раза по сравнению с аналогичными величинами до введения препарата.
При сравнении спектральных показателей наблюдалось достоверное увеличение общей мощности спектра (TP) в обеих группах животных. Особо следует отметить мощность спектра в диапазоне очень низких частот (VLF) у крыс с повышенным уровнем АД. Она увеличивается в 3 раза, а в контрольной группе увеличение составило 1,2 раза. В то же время у крыс с повышенным уровнем артериального давления мощность колебаний сердечного ритма в диапазоне высоких частот (HF) была ниже, а в диапазоне низких частот (LF) достоверно выше, чем у нормотензивных животных. Результаты, полученные в диссертационном исследовании, сопоставимы с опубликованными данными и подтверждают, 118 что пропранолол регулирует вариабельность сердечного ритма у крыс с повышенным уровнем артериального давления более выражено, чем в контрольной группе. Развитие экспериментальной артериальной гипертензии у крыс линии Wistar модулирует усиление адренергической активности вегетативной нервной системы. При этом достоверно сокращается вариабельность ритма сердца, нарушается вегетативное равновесие и адекватность процессов регуляции, усиливается напряжение регуляторных систем подкорковых центров, ингибируется автономный контур регуляции ритма.
Из полученных данных следует, что выполнение фармакологических проб существенно расширяет информативность математического анализа изменений ритма сердца для оценки вегетативной регуляции сердца, которая обладает определенным своеобразием при экспериментальной артериальной гипертензии у крыс линии Wistar. При этом показатели вариабельности сердечного ритма у крыс с экспериментальной артериальной гипертензией позволяют точно оценить функциональное состояние миокарда и его адаптационный резерв. У крыс с повышенным уровнем артериального давления обнаружено преобладание симпатических влияний, показатель общей мощности ритма сердца незначительно снижен, при проведении фармакологических проб отмечается выраженная динамика вариабельности сердечного ритма, связанная с чрезмерной активностью симпатического отдела вегетативной нервной системы. Пропранололовый тест является наиболее результативным для диагностики нарушения вегетативной регуляции сердца. Выявленную при фармакологическом тестировании вегетативную дисфункцию следует считать своеобразным триггером в патогенезе экспериментальной артериальной гипертензии у крыс линии Wistar.
