Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературных данных
1.1. Адаптация организма человека к работе на компьютере 10
1.2. Особенности автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей 8-10 лет 17
1.3. Функциональное состояние кровообращения головного мозга и предплечья у детей 8-10 лет при адаптации к умственным нагрузкам 27
Глава 2. Методы и организация исследования
2.1. Обоснование примененных методов
2.1.1. Методы оценки вариабельности ритма сердца 44
2.1.2. Географические методы исследования 51
2.2. Характеристика обследованного контингента и организация исследования 56
Глава 3. Срочная адаптация системы кровообращения детей младшего школьного возраста к работе на компьютере (Результаты собственных исследований)
3.1. Показатели вариабельности ритма сердца, особенности мозгового кровообращения и кровообращения предплечья у детей 8-10 лет 60
3.2. Показатели вариабельности ритма сердца, мозгового кровообращения и кровообращения предплечья у детей 8-10 лет с разными типами автономной нервной регуляции сердечного ритма 67
3.3. Показатели вариабельности ритма сердца, кровообращения головного мозга и предплечья у детей 8-10 лет во время работы на компьютере 80
3.4. Показатели вариабельности ритма сердца, кровообращения головного мозга и предплечья во время работы на компьютере у детей 8-Ю лет с разными типами автономной нервной
регуляции сердечного ритма 94
Выводы 140
Список использованной литературы
- Адаптация организма человека к работе на компьютере
- Особенности автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей 8-10 лет
- Обоснование примененных методов
- Показатели вариабельности ритма сердца, особенности мозгового кровообращения и кровообращения предплечья у детей 8-10 лет
Введение к работе
Актуальность исследования
Индивидуальная адаптация является обязательной составляющей онтогенеза. Теоретические и практические аспекты изучения механизмов адаптивных перестроек исключительно важны в современной физиологии. С позиции физиологии развития, особенности функционирования систем растущего организма определяют характер его адаптационных реакций, отличающийся, прежде всего, генерализацией адаптационного ответа, обусловленной узостью зоны резервных возможностей (Маркосян А.А.,1963; Калюжная Р.А.,1973; Корниенко И.А.,1979; Козлов В.И., Фарбер Д.А.,1983; Безруких М.М. с соавт.,2002). Изучение адаптации организма ребенка к деятельности различного рода является актуальной задачей возрастной физиологии.
В педагогической практике современной начальной школы широко используются компьютерные средства обучения. Их использование создает дополнительную нагрузку на организм младшего школьника, находящегося в процессе интенсивных морфо функциональных перестроек. В связи с этим актуальным является проведение специальных исследований по изучению влияния работы на компьютере на организм младшего школьника.
Физиологические и физиолого-гигиенические исследования, проведенные у взрослых испытуемых и детей дошкольного и старшего школьного возраста, показали, что работа на компьютере сопровождается значительным напряжением систем организма, в том числе, зрительной, сердечно-сосудистой, эндокринной, иммунной, центральной нервной и существенным напряжением мышц спины и плечевого пояса (Сердюковская Г.Н.,1988; Мордвинов А.Г.,1988; Федорова М.3.,1991; Каплан А.Я.,1999; Фатхутдинова Л.М.,2000; Леонова Л.А.,2000,2003; Степкина Н.А.,2002; Украинцева Ю.В.,2005; Edward С, Goding O.D.,2002 и др.).
Известно, что реакция организма при осуществлении той или иной деятельности в значительной степени определяется функциональным состоянием сердечно-сосудистой системы. Универсальное участие в регуляции физиологических функций организма в различных ситуациях деятельности принимает автономная нервная система (АНС), роль которой определяется как адаптационно-трофическая (Хаютин В.М.,1964; Баевский Р.М.,1979; Баевский P.M. с соавт.,1984,1997; Казначеев ВЛ.,1980; Ноздрачев А.Д.,1986; Михайлов В.М.,2002).
Вместе с тем, исследования, в которых изучались реакции системы кровообращения или автономная нервная регуляция сердечного ритма (СР) во время работы школьников на компьютере немногочисленны и проведены у детей старшего школьного возраста или дошкольников (Федорова М.З., 1991; Тупицын И.О. с соавт., 1995; Лукьянец Г.Н.,2003,2004). Практически отсутствуют исследования, в которых были бы представлены данные об изменениях сердечно-сосудистой системы и автономной нервной регуляции деятельности сердца у младших школьников во время работы на компьютере.
При характеристике адаптационных возможностей детей, важно учитывать их индивидуально-типологические особенности, в частности, тип автономной нервной регуляции сердечного ритма, который рассматривается как один из прогностических признаков успешности адаптации к различным нагрузкам (Степанова О.В.,1986; Шлык Н.И.,1991; Галеев А.Р.,1999; Пыхтина Л.А.,1999 и др.). Вопрос о влиянии индивидуально-типологических особенностей школьников на процесс адаптации к различным ситуациям учебной деятельности, в том числе и к работе на компьютере, является весьма важным, но недостаточно изученным.
Работа на компьютере сочетает как умственную нагрузку (решение конкретных задач), так и локальные физические нагрузки на мышцы активного предплечья (работа на клавиатуре, с мышью). В связи с этим важным представляется анализ изменений мозгового кровообращения и кровообращения активного предплечья во время работы ребенка на компьютере.
Все сказанное определяет актуальность комплексного изучения срочной адаптации системы кровообращения к работе на компьютере у детей младшего школьного возраста, включающего анализ изменений кровообращения головного мозга, предплечья, а также характера автономной нервной регуляции СР.
Цель исследования
Изучить особенности срочной адаптации системы кровообращения к работе на компьютере у детей младшего школьного возраста.
Задачи исследования
Выявить особенности автономной нервной регуляции сердечного ритма, кровообращения головного мозга и предплечья у детей 8-10 лет.
Изучить характер автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей 8-10 лет в процессе срочной адаптации к работе на компьютере.
3 Изучить индивидуальные особенности срочной адаптации мозгового кровообращения, кровообращения предплечья к работе на компьютере у детей 8-10 лет с разными типами автономной нервной регуляции сердечного ритма.
Научная новизна исследования
Впервые проведен комплексный анализ изменений автономных нервных регуляторных воздействий на сердечный ритм, кровообращения головного мозга и активного предплечья во время работы на компьютере у детей 8-10 лет. Установлено, что характер и выраженность изменений тонических регуляторных воздействий АНС на сердечный ритм во время работы на компьютере зависит от исходного состояния автономной нервной системы.
Впервые выявлено 2 типа срочных адаптивных реакций мозгового кровообращения к работе на компьютере у детей 8-10 лет. Первый тип характеризовался увеличением кровенаполнения и снижением тонуса церебральных сосудов в бассейнах внутренних сонных и позвоночных артерий или в одном из указанных сосудистых бассейнов. Второй тип реакции проявлялся снижением кровенаполнения и увеличением тонуса мозговых сосудов крупного и среднего калибра в обоих бассейнах. Выявленный комплекс изменений параметров мозгового кровообращения характеризует индивидуальные особенности адаптации к работе на компьютере. Увеличение кровенаполнения и снижение тонуса церебральных сосудов свидетельствует о благоприятном течении адаптации, а снижение кровенаполнения и увеличение тонуса мозговых сосудов крупного и среднего калибра характеризует напряженное течение адаптации.
Впервые показано, что работа на компьютере вызывает у детей 8-10 лет увеличение интенсивности кровообращения активного предплечья. Выявлена зависимость реакции кровообращения предплечья от характера изменений автономной нервной регуляции СР. При увеличении относительного вклада симпатической нервной системы в регуляцию сердечного ритма, увеличение объемной скорости кровотока (ОСК) происходит преимущественно за счет возрастания ЧСС, а при увеличении относительного вклада парасимпатической нервной системы в регуляцию СР, увеличение ОСК происходит преимущественно за счет изменения пульсового кровенаполнения при незначительном изменении ЧСС.
Теоретическая и практическая значимость
Полученные в настоящем исследовании данные расширяют и углубляют современные представления о взаимосвязи функционального состояния мозгового кровообращения и кровообращения предплечья с типом автономной нервной регуляции сердечного ритма, а также о механизмах регуляции периферического кровообращения у детей младшего школьного возраста.
Выявленный в настоящем исследовании комплекс изменений параметров мозгового кровообращения (кровенаполнение, тонус артерий крупного, среднего, а также малого калибров) может служить качественным показателем срочной адаптации детей младшего школьного возраста к работе на компьютере. Результаты исследования могут быть включены в курс лекций по проблемам возрастной физиологии для работников образования, студентов педагогических и психологических факультетов институтов.
Положения, выносимые на защиту
Срочная адаптация системы кровообращения к работе на компьютере у детей младшего школьного возраста характеризуется существенными изменениями параметров мозгового кровообращения, кровообращения предплечья и автономных нервных регуляторных воздействий на СР.
Характер изменений автономных регуляторных воздействий на СР во время на компьютере зависит от исходного состояния автономной нервной регуляции ритма сердца: у детей с преобладанием симпатической активности усиливаются парасимпатические влияния на СР; у детей с преобладанием парасимпатической активности усиливаются симпатические влияния на СР. У детей со сбалансированным типом регуляции СР при работе на компьютере наблюдается либо усиление, либо ослабление парасимпатических влияний на ритм сердца.
Срочные адаптационные изменения кровообращения активного предплечья во время работы школьников на компьютере направлены на обеспечение адекватного кровоснабжения мышц (увеличение объемной скорости кровотока). Увеличение объемной скорости кровотока может происходить за счет возрастания ЧСС или пульсового кровенаполнения в зависимости от характера изменений автономных нервных регуляторных воздействий на СР.
4. Срочные адаптационные изменения мозгового кровообращения у детей 8-10 лет во время работы на компьютере заключаются либо в увеличении кровенаполнения и снижении тонуса церебральных сосудов (первый тип реакции), либо в снижении кровенаполнения и увеличении тонуса мозговых сосудов крупного и среднего калибра (второй тип реакции). Тип реакции кровообращения головного мозга при работе на компьютере не зависит от характера автономной нервной регуляции СР младших школьников.
Апробация работы
Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых Института возрастной физиологии РАО (Москва, 2003), международном конгрессе «Здоровье, обучение и воспитание детей и молодежи в XXI веке» (Москва, 2004), на всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004), на съезде физиологов России (Екатеринбург, 2004), на международной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2004), на Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005), на XV Международной научно-практической конференции по проблемам физического воспитания учащихся «Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире» (Коломна, 2005), на заседаниях ученого совета Института возрастной физиологии РАО (2003-2005г.), на заседаниях лаборатории комплексных исследований процессов адаптации Института возрастной физиологии РАО (2003-2005г.).
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 176 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы, включающего 260 работ отечественных авторов и 65 работ зарубежных авторов. Диссертация содержит 28 таблиц, 6 рисунков.
Адаптация организма человека к работе на компьютере
Изучение адаптации человека - одно из актуальных направлений в современной физиологии. С разработкой проблемы адаптации тесно связаны деятельность человека в новых социальных, экологических условиях, пути сохранения и оптимизации его здоровья и функциональных возможностей. Многообразие существующих подходов к определению понятия адаптации свидетельствуют о диалектичности этого процесса. Нет единой точки зрения и в том, что считать признаком наступления адаптации (адаптированности) -возвращение параметров функционирования организма к исходному уровню или установление нового уровня регулирования (Дмитриева Н.В. с соавт.,1989; Глазачев О.С.,1997).
В общем случае под адаптацией понимается процесс поддержания функционального состояния гомеостатических систем организма, обеспечивающих его сохранение, развитие, работоспособность в различных, часто неадекватных условиях среды (Казначеев В.П.,1973). У человека, приступающего к новому виду деятельности, происходит адаптирование к данного рода деятельности и условиям ее осуществления, направленное на достижение полезного результата. На основе неоднократного повторения этой деятельности формируются устойчивые механизмы, обеспечивающие в дальнейшем более экономное расходование ресурсов и быструю настройку организма при очередном обращении к данной деятельности (Меерсон Ф.3.,1975; Анохин П.К.,1975; Адаптация организма подростков к учебной нагрузке, 1987; Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г.,1986; Барабой В.А., Брехман И.И.,1992 и др.). Адаптация к разнообразным видам деятельности и факторам среды формируется на основе гомеостазиса в его динамическом равновесии и реализуется путем мультипараметрической регуляции различных показателей (Дмитриева Н.В. с соавт.,1989; Меделяновский А.Н.,1987; Глазачев O.C.,1997). Формирование адаптации происходит фазно: при первом действии стрессора возникает реакция срочной адаптации, важнейшей чертой которой является расточительность, когда деятельность организма протекает почти на пределе его физиологических возможностей и, тем не менее, не в полной мере обеспечивает необходимый адаптивный эффект. В результате повторных воздействий стрессора срочная адаптация сменяется более совершенной долговременной адаптацией, которая сопровождается формированием так называемого структурного следа адаптации - материальной базы повышения устойчивости организма к действию данного стрессора (Меерсон Ф.З.,1981,1993; Пшенникова М.Г.,1986,1994). Поскольку любая приспособительная деятельность требует затрат энергии и информации, то говорят о «цене» адаптации, величина которой определяется степенью напряжения регуляторных механизмов и величиной израсходованных функциональных резервов (Меерсон Ф.3.,1981; БаевскиЙ P.M., Берсенева А.П.,1997; Баевский P.M., Иванов Г.Г. с соавт.,2001). В зависимости от силы воздействующего фактора, времени его воздействия и адаптационных возможностей организма, характер протекания адаптации может быть разным. В случае значительной силы или продолжительности стрессорного воздействия, возникает выраженное напряжение регуляторных систем, повышается вероятность истощения защитных сил организма и снижения его функциональных возможностей (Меерсон Ф.З.,1981,1993; Казначеев В.Н., 1980; Пшенникова М.Г., 1986,1994). Одним из важнейших направлений в изучении адаптации человека является ее онтогенетический аспект. С позиции физиологии развития особенности функционирования систем растущего организма определяют характер его адаптационных реакций, отличающийся, прежде всего, генерализацией адаптационного ответа, обусловленной узостью зоны резервных возможностей (Маркосян А.А.,1963; Калюжная Р.А.,1973; Корниенко И.А., 1979; Структурно-функцион.орг.развивающегося мозга, 1990; Безруких М.М. с соавт.,2002). Растущий организм человека проходит ряд этапов социального существования, каждый из которых заключает в себе множество факторов, предъявляющих немалые требования к организму и вынуждающих его адаптироваться к существованию в новых условиях среды (Громбах СМ.,1975). Известно, что на разных этапах развития ребенка, один и тот же воздействующий на него фактор будет иметь неодинаковое значение: в одних случаях он будет стрессорным, в других - физиологичным. Причем реакция организма на внешнее воздействие у разных детей одного возраста может быть различной, и определяется физическими, психическими и социальными ресурсами организма (Солнцев А.А.,1987). По отношению к большинству факторов внешнего воздействия ребенок подготовлен, однако при появлении новых, «чрезмерных» для организма ребенка воздействий (неблагоприятная экологическая ситуация, школьные перегрузки, психосоциальные воздействия) может привести к нарушению адаптационных процессов.
Исследования, посвященные изучению адаптационных возможностей организма школьников, представляют особый интерес. Современные условия жизни, возможность выбора каждой школой режима дня и формы обучения в начальной школе могут вызвать неадекватную реакцию еще не вполне сформировавшегося организма ребенка на учебные нагрузки, привести к сдвигам в состоянии здоровья, снижению адаптивных возможностей. Исследованиями, в которых в качестве адекватного маркера адаптации организма младших школьников к условиям обучения были использованы показатели деятельности сердечно-сосудистой системы, выявлено, что в условиях учебных нагрузок адаптационный процесс сопровождается существенными изменениями со стороны центрального и периферического звеньев кровообращения, изменениями мозгового кровообращения (Мокиенко Г.С.,1972,1973; Тупицын И.О., Тимофеева Л.В.,1977; Сердюковская Г.Н.,1988; Безруких М.М.,1979; Антропова М.В.,1988; Тупицын И.О.,1985; ДогадкинаС.Б.,1988; ДворяганаЕ.С.,1995 и др.). Высокие требования к уровню современного образования, реализуются через интенсификацию учебного процесса, внедрение в педагогическую практику компьютерных средств обучения уже на начальной ступени. В настоящее время компьютеры становятся необходимым техническим средством обучения. Однако исследований, посвященных изучению влияния работы на компьютере на функциональное состояние организма школьников очень мало, и в основном они касаются гигиенической стороны изучения данного вопроса. Практически отсутствуют данные о реакции системы кровообращения при работе школьников на персональных компьютерах. В единичных исследованиях, проведенных в этом направлении, изучались отдельные аспекты адаптивных изменений в сердечно-сосудистой системе, а испытуемыми были дети старшего школьного возраста или дошкольники (Федорова М.3.,1991; Тупицын И.О. с соавт.,1995; Лукьянец Г.Н.,2003,2004).
Особенности автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей 8-10 лет
Автономная нервная система (АНС) представляет собой комплекс центральных и периферических клеточных структур, регулирующих необходимый для адекватной реакции всех систем функциональный уровень внутренней жизни организма (Ноздрачёв А.Д.,1986). АНС осуществляет регуляцию интегративных реакций организма, обеспечивающих функциональную связь систем и органов, сохранность метаболических процессов, адекватный уровень взаимодействия организма со средой обитания (Росин Я.А.,1965; Вейн A.M. с соавт.,1991). Универсальное участие АНС в регуляции физиологических функций определено как адаптационно-трофическое (Орбели Л.А.,1962).
Автономная нервная система находится под контролем центральной нервной системы (ЦНС) и имеет многоуровневую иерархическую организацию с нелинейными многосторонними прямыми и обратными связями. Сегменгарно-периферический отдел АНС обеспечивает вегетативную иннервацию отдельных сегментов тела и относящихся к ним внутренних органов, а центральный (надсегментарный) отдел, объединяет отдельные сегменты и подчиняет их деятельность общим функциональным задачам организма (Appenreller О., 1976; Соловьёва А.Д.,1980; Вейн A.M. с соавт.,1991). Центральный отдел АНС включает высшие вегетативные центры, расположенные в коре больших полушарий, а также регуляторные центры в гипоталамусе, стволе головного мозга и спинном мозге. Высшие вегетативные центры имеют представительства в моторной, премоторной, орбитальной зонах коры и осуществляют исключительно важную функцию вегетосоматической и вегетомотивационной интеграции (Ноздрачёв А.Д.,1986; Вейн A.M. с соавт.,1991).
Периферический отдел АНС включает две относительно самостоятельные системы - симпатическую и парасимпатическую, различающиеся между собой структурно-функциональной организацией. Парасимпатическая иннервация по распространенности существенно уступает симпатической: часть органов имеет двойную иннервацию, другая -лишь симпатическую.
Автономная нервная система претерпевает существенные структурно-функциональные изменения в ходе онтогенеза. Первый этап созревания вегетативных нервных регуляторных структур начинается с седьмого месяца внутриутробного развития и заканчивается к концу первого года жизни ребенка. В этот период формируются главные механизмы жизнеобеспечения. Вторая стадия связана с интенсивным нарастанием плотности холин- и адренергических нервных сплетений в органах, усложнением их связи с высшими отделами АНС. На третьем этапе, к 7-10-летнему возрасту, развитие регуляторних механизмов АНС достигает максимального уровня. Ко времени наступления половой зрелости завершается миелинизация нервных волокон, на нейронах увеличивается количество синапсов, максимально усложняются рецепторные аппараты внутренних органов и сами вегетативные центры (Швалёв В.Н., Сосунов А.А.,1989; Швалёв В.Н. с соавт.,2001;ШвалёвВ.Н.,ТарскийН.А.,2001).
Рассматривая вопрос о структурно-функциональных особенностях АНС, следует особое внимание уделить значимости влияний со стороны АНС, как одному из ведущих регуляторных факторов, обеспечивающих достижение оптимальных результатов адаптации организма к изменяющимся внешнесредовым ситуациям (Баевский Р.М.,1979; Баевский P.M. с соавт.,1984,1997; Баевский P.M. с соавт.,2001; Михайлов В.М.,2002; Рябыкина Ґ.В., Соболев А.В.,2001 и др.). На основании оценки состояния механизмов автономной нервной регуляции организма можно судить о характере протекания адаптационного процесса. Известно, что чувствительным индикатором регуляторных влияний со стороны АНС в физиологических условиях и при стрессовых воздействиях является сердечный ритм (Жемайтите Д.,1965; Парин В.В. с соавт.,1967; Баевский P.M.,1979; Баевский P.M., Берсенева А.П.,1997; Миронова Т.Ф., Миронов В.А.,1998; Михайлов В.М.,2002; Рябыкина Г.В., Соболев А.В.,2001 и др.). Это утверждение базируется на концепции, впервые сформулированной В.В. Лариным с соавт. (1967). Согласно этой концепции, регуляция сердечнососудистой системы тесно связана с деятельностью центральной нервной системы и автономной нервной системы, поэтому, изучая процессы регуляции деятельности сердца, можно получить информацию о состоянии всего аппарата управления в целостном организме.
Анализ автономных регуляторных влияний на ритм сердца у детей, позволяет не только охарактеризовать состояние механизмов, регулирующих деятельность сердца, но и оценить степень созревания этих механизмов (Степанова О.В.,1986; Осадшая Л.В.,1997). Согласно многочисленным литературным данным, состояние регуляторных систем деятельности сердца ребенка определяется его возрастом, полом, индивидуально-типологическими особенностями (Осколкова М.К.,1988; Атаманов В.В. с соавт.,1999; Чиркова О.Ю. с соавт.,1999; Берсенева И.А.,2000; Капущак О.В. с соавт.,2000; Соколова О.И., 2000; Чечельницкая С.М.,2000; Вотякова О.И. с соавт.,2003; Standards of measurement. ..,1996;и др.).
Результаты изучения автономной нервной регуляции сердечного ритма у детей младшего школьного возраста, полученные разными авторами, не всегда совпадают. Исследованиями СМ Чечельницкой (2000) показано, что возрастной период от 7 до 11 лет характеризуется относительно стабильной автономной нервной регуляцией сердечного ритма. Автор выделяет «критические периоды» созревания АНС в 6-7-летнем возрасте (прирост вагусных влияний) и в период пубертата (рост симпато-адреналовых влияний), когда отмечаются скачкообразные изменения показателей ВРС. Сходные данные о наиболее оптимальном соотношении показателей СР у детей 7-10 лет, свидетельствующие о сбалансированном состоянии отделов АНС получены в исследованиях М.К. Осколковой (1988). Т.В. Алферова (1990) выделяет 10-летний возраст как период наиболее благоприятных условий функционирования ССС, когда отмечается активизация парасимпатических механизмов регуляции СР. Плавное нарастание регуляторных воздействий со стороны АНС с возрастом от 6 к 12 годам отмечено в работе N. Kazuma et.al. (2002).
Рядом исследований установлено относительное преобладание вагусно-холинергических влияний на сердце в 7-8-летнем возрасте и формирование симпатикотонии к 10 годам (Панов Ю.П. с соавт.,1975; Панова Н.А., Олешкович Т.Г., 1977; Кубергер Н.Б., 1986). Эти данные подтверждаются морфологическими исследованиями СБ. Шваркова (1993), показавшими, что в возрасте 6-8 лет и 10 лет происходит усиление дифференцировки адренергических нервных сплетений. Погодовое изучение возрастной динамики вегетативной регуляции СР у детей 8-10 лет, проведенное А.Р. Галеевым (1999), выявило ряд особенностей. По данным автора к 8 годам уменьшается влияние симпатических и центральных механизмов регуляции СР и увеличивается общее число детей с преобладанием тонуса ПНС. В период от 8 к 9 годам происходит дальнейшее снижение центральных регуляторных влияний на СР, усиливается роль автономной нервной регуляции, и увеличивается количество детей со смешанным и парасимпатическим типами регуляции. У детей от 9 к 10 годам отмечается смещение баланса АНС в сторону симпатотонии, и в 10 лет наблюдается общая тенденция к централизации управления сердечным ритмом и увеличивается количество детей с симпатической и смешанной регуляцией СР.
Обоснование примененных методов
У здорового человека интервал времени от начала цикла одного сердечного сокращения до начала другого не является одинаковым, он постоянно меняется. Эта изменчивость носит название вариабельности ритма сердца (ВРС). Впервые явление вариабельности сердечного ритма обнаружил A. Haller в 1760 году. Дальнейшие исследования ВРС были связаны с выяснением ее физиологических основ, установлением периодических составляющих, разработкой приемов математического анализа. Метод математического анализа ритма сердца первыми применили А. Флейш (А. Fleisen) и Р.Д. Бекман (R. Beckmann) в 1932 году, предложив использовать для оценки колебаний ритма среднеквадратическое отклонения интервалов RR. Одни из первых результатов исследования ВСР были опубликованы в 1965 году при изучении внутриутробного поражения плода, когда было отмечено, что патологическому состоянию плода предшествуют определенные изменения в структуре ритма еще до того как будут заметны выраженные нарушения ЧСС. В этом же году под руководством Д.И. Жемайтите (1965) и ее сотрудников была разработана система автоматизированного анализа ритмограмм и исследована вегетативная регуляция синусового ритма. Огромный вклад в исследование ВРС внесли как зарубежные, так и отечественные ученые. В ряду этих исследований особое место занимают работы P.M. Баевского и его сотрудников (Баевский Р.М.,1979; БаевскийР.М. с соавт.,1984,1997; Берсенева И.А.,2000 и др.), а также Г.В. Рябьткиной и А.В. Соболева (2001), Т.Ф. Мироновой и В.А. Миронова (1998), В.М. Михайлова (2002). В их исследованиях показана возможность определения степени адаптации сердечно-сосудистой системы (по уровню напряжения регуляторных механизмов) к случайным или постоянно действующим стрессовым факторам, установлена связь вариабельности ритма сердца с нейрогуморальной регуляцией. Работы S. Akselrod и его сотрудников (1981,1985), а также широкомасштабные исследования ученых Миланского университета под руководством М. Pagani (1986,1988), A. MaHani (1994) заложили основы успешного внедрения спектрального анализа для оценки ВРС.
Анализ вариабельности сердечного ритма является одним из широко распространенных, неинвазивных методов оценки состояния механизмов регуляции функций в организме в различных физиологических условиях. В настоящее время общепринятым является тот факт, что изменение сердечного ритма - универсальная оперативная реакция целостного организма в ответ на любые воздействия внешней среды (Баевский P.M., 1979; Баевский P.M. с соавт.,1984 и др.). При этом подразумевается, что заключенная в последовательном ряду интервалов R-R информация не только содержит сведения об автоматии сердца (способности специализированных клеток проводящей системы сердца спонтанно активироваться), но и отражает особенности взаимодействия различных контуров управления сердечным ритмом, иными словами - отражает характер процессов, происходящих в функциональной системе управления синусного узла. В настоящее время существует большое число визуальных и количественных методов анализа ВРС. В.М. Михайлов (2002) приводит следующую классификацию методов анализа ВРС: 1. Методы временного анализа (Time domain methods) Л) Статистические методы; Б) Геометрические методы: - вычисление триаигулярного индекса (HRV triangular index) и индекса триапгулярной интерполяции гистограммы интервалов RR (TINN); - метод определения индекса «Святого Георга», - метод оценки купола гистограммы по Л.Н. Лютиковой 2. Анализ волной структуры ритма сердца (частотный анализ - Time domain methods} А) Оценка ритмограммы визуально-логический анализ с выделением шести классов ритмограмм поД.И. Жемайтите; - анализ структуры мощности волн (HF%, LF%, VLF%) Б) Спектральный анализ 3. Нелинейные методы анализа ВРС А) Показатели скатерограммы; Б) Методы анализа нелинейных хаотических колебаний кардиоритма 4. Вариационная пульсометрия по Р М Баевскому
Несмотря на многообразие существующих методов анализа вариабельности сердечного ритма, суть любого из них сводится в оценке тем или иным способом изменчивости продолжительности интервалов RR последовательных циклов сердечных сокращений за определенные промежутки времени. На основе преобразования записи ЭКГ (в одном из стандартных отведений) строится кардиоритмограмма (КРГ) - графическое изображение числовой последовательности, элементами которой являются промежутки времени между двумя соседними сердечными сокращениями. Визуальный и количественный анализ кардиоритмограммы дает информацию о вариабельности сердечного ритма.
Разнообразие методов оценки ВРС, предлагаемых разными авторами, повлекли за собой расхождение в нормативньтх значениях показателей вариабельности сердечного ритма. Выработанные в 1996 году Европейским обществом кардиологов и Северо-Американским обществом электростимуляции и электрофизиологии единые стандарты (Standards of measurement..., 1996) для анализа ВРС, отчасти решили вопрос о нормативных значениях ВРС для людей разных возрастных групп. Однако более поздние экспериментальные исследования указывают на необходимость корректировки нормативов ВРС (Атаманов В.В. с соавт.,1999; Чиркова О.Ю. с соавт.,1999; Берсенева И.А.,2000; Капущак О.В. с соавт.,2000; Соколова О.И.,2000; Соколова О.И. с соавт.,2000; Чечельницкая С.М.,2000; Баевский Р.М. с соавт.,2001; Вотякова О.И. с соавт.,2003 и др.).
В нашем исследовании были использованы методы временного (статистического) и спектрального анализа ВРС. Статистические характеристики динамического ряда кардиоинтервалов при проведении временного анализа ВРС включали вычисление следующих показателей: RRNN, мс - средняя длительность интервалов RR. Этот показатель отражает конечный результат многочисленных регуляторных влияний на синусовый ритм сложившегося баланса между симпатическим и парасимпатическими отделами АНС; R-Rmin, мс - минимальная продолжительность интервала RR; R-Rmax, мс - максимальная продолжительность интервала RR; SDNN, мс - стандартное отклонение величин нормальных интервалов RR за рассматриваемый временной отрезок. SDNN является интегральным показателем, характеризующим ВРС в целом и зависит от влияния на синусовый узел симпатического и парасимпатического отделов АНС. Изменение величины этого показателя свидетельствует о смещении вегетативного баланса в сторону преобладания одного из отделов АНС: увеличение значений SDNN указывает на усиление парасимпатической, а уменьшение значений - на усиление симпатической нервной регуляции СР, Резкое снижение SDNN обусловлено значительным напряжением регуляторних систем, когда в процесс регуляции включаются высшие уровни управления, что ведет к почти полному подавлению активности автономного контура регуляции СР (Михайлов В.М.,2002, Баевский P.M., Берсенева А.П.,1997; Баевский P.M. с соавт.,2001). RMSSD, мс - квадратный корень из суммы квадратов разностей величин последовательных интервалов NN. RMSSD - показатель активности парасимпатического звена АНС: чем выше значение RMSSD, тем активнее звено парасимпатической регуляции (Михайлов В.М.,2002, Баевский P.M., Берсенева А.П.,1997; Баевский P.M. с соавт.,2001). pNN50% - процент NN5o (NN50- количество пар последовательных интервалов NN, различающихся более, чем на 50 мс в течение всей записи) от общего количества последовательных пар интервалов, полученное за весь период записи. Значения показателя NN5o% как и RMSSD определяются преимущественно влиянием ГТНС и являются отражением синусовой аритмии, связанной с дыханием.
Показатели вариабельности ритма сердца, особенности мозгового кровообращения и кровообращения предплечья у детей 8-10 лет
Отмечена тенденция к увеличению значений показателей минимальной (R-Rmin) и максимальной (R-Rmax) длительности RR интервалов, стандартного отклонения величин нормальных интервалов RR (SDNN), показателей RMSSD и pNN50% у мальчиков в период от 8 к 10 годам. У девочек выявлено некоторое повышение величин указанных показателей к 9 годам с последующим их снижением к 10-летнему возрасту.
Различия в значениях показателей временного анализа ВРС между детьми разного пола, выявлены в 10-летнем возрасте: у девочек величины показателей RRNN, R-Rmin, R-Rmax, SDNN, RMSSD, pNN50% достоверно ниже в сравнении с таковыми у мальчиков.
Спектральный анализ ВРС выявил, что частотный спектр вариабельности ритма сердца у всех обследованных школьников характеризуется хорошо выраженными волнами высокой, низкой и очень низкой частот (табл.2).
Выявлены достоверные возрастные различия показателей общей мощности спектра (ТР,мс2) и мощности низко- и высокочастотного компонентов спектра ВРС, вычисленных в абсолютных единицах (LF,MC2; HF,MC ). У девочек значения указанных показателей в 10-летнем возрасте ниже в сравнении с 8 и 9 годами. У мальчиков в 9 лет значения ТР(мс2) и HF(MC2) достоверно ниже в сравнении с 8 годами. Достоверных изменений величины показателя мощности очень низкочастотного компонента спектра (VLF,MC ) в период от 8 к 10 годам ни у мальчиков, ни у девочек не выявлено.
Возрастные изменения показателей низко- и высокочастотной составляющих спектра, вычисленных в нормализованных единицах (n.u.) и сопряженное с ними изменение показателя LF/HF, происходят следующим образом: у мальчиков от 8 к 9 годам наблюдается достоверное увеличение значений LFn.u. и снижение значений HFn.u., значение показателя симпато-парасимпатического баланса (LF/HF) увеличивается в 1,5 раза. От 9 к 10 годам значимых изменений величин этих показателей не выявлено; у девочек не обнаружено достоверных возрастных изменений величин показателей LF(n.u.), HF(n.u.) и LF/FfF. Можно отметить тенденцию к увеличению мощности низкочастотного компонента спектра (LFn.u.) и снижению мощности высокочастотного компонента (HFn.u.) от 8 к 10 годам.
Установлены достоверные различия в значениях показателя LF(n.u) между мальчиками и девочками в 8 и в 10 лет: у девочек его величины достоверно больше. Различия в значениях показателя HF(n.u) между детьми разного пола, выявлены в 8-летнем возрасте: у мальчиков значения HF(n.u) достоверно выше в сравнении с девочками. Различия в значениях показателя LF/HF выявлены у 8-летних детей: у мальчиков его величина достоверно ниже в сравнении с девочками (см.табл.2).
Выявленная возрастная динамика показателей относительных вкладов волн низкой и высокой частот в нормализованных единицах (LFn.u., HFn.u.) в общий спектр ВРС у мальчиков от 8 к 9 годам совпадает с возрастными изменениями величин показателей процентных вкладов волн указанных диапазонов (увеличение LF,% и уменьшение HF,%) в общий спектр ВРС.
У девочек в период от 8 до 10 лет, и у мальчиков в период от 9 к 10 годам значимых изменений показателей LF(%) и HF(%) не обнаружено.
На изученном отрезке онтогенеза не выявлено достоверных возрастных изменений величин показателя VLF(%) ни у мальчиков, ни у девочек.
Указанные выше различия между мальчиками и девочками в значениях показателей HF(n.u.) и LF(n.u.) прослеживаются и в отношении показателей процентного вклада волн указанных диапазонов в общий спектр ВРС: в 8-летнем возрасте у мальчиков значения показателя HF(%) достоверно более высокие, a LF(%) достоверно более низкие в сравнении с девочками. У 10-летних учащихся отмечены достоверные различия в значениях показателей VLF(%) и HF(%): у девочек величины первого показателя достоверно более высокие, а второго более низкие в сравнении с мальчиками.
Таким образом, проведенный анализ показателей вариабельности сердечного ритма у школьников 8-10 лет выявил их определенную возрастную динамику. У мальчиков к 9 годам достоверно увеличиваются значения показателей LFn.u., LF(%) и LF/HF и уменьшаются значения показателей HF,MC2, HFn.u. и HF(%), что свидетельствует о смещении вегетативного баланса в управлении сердечным ритмом в сторону преобладания симпатических нервных влияний. От 8 к 10 годам достоверно увеличивается значение RRNN, отмечается относительно равный вклад волн низко- (LFn.u.) и высокочастотного (HFn.u.) диапазонов в общий спектр ВСР, что свидетельствует об относительном уравновешивании симпатических и парасимпатических влияний АНС на сердечный ритм. У девочек к 10 годам отмечено достоверное уменьшение значений показателей ТР, HF(MC ) и LF(MC ) и снижение величины RRNN, свидетельствующие о снижении суммарной активности вегетативного воздействия на сердечный ритм.
Установлены различия между мальчиками и девочками в значениях ряда показателей ВРС возрасте 8 и 10 лет. В 8 лет у девочек величины показателей LFn.u., LF(%) и LF/HF достоверно выше, а показателей HFn.u. и HF(%) достоверно ниже в сравнении с мальчиками. Это указывает на более выраженные симпатические регуляторные влияния АНС на СР у девочек этого возраста. В 10 лет у девочек в сравнении с мальчиками, отмечены более низкие значения показателей RRNN, R-Rmin и R-Rmax, SDNN, RMSSD, pNN50%, TP, LF(MC2), HF(MC2) и HF(%), и более высокие значения показателей LF(n.u.) и VLF(%). Это свидетельствует о снижении автономных нервных регуляторных воздействий на СР и усилении симпатических влияний на ритма сердца.
