ВЕГЕТАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ СЕРДЕЧНОГО РИТМА В ДИНАМИКЕ НАГРУЗОЧНОЙ ТОЛЕРАНТНОСТИ

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ в результате многоцентровых исследований дока -зана значимость изменчивости чсс при нагрузочном тестировании в определении независимых предикто -ров коронарных событий и общей смертности. Их неза -висимость обусловливается сохранением эффектив -ности, и после внесения поправок на возраст, реакцию сегмента ST, индекс массы тела, артериальную гипер -тензию, диабет, концентрацию фракций холестерина в плазме [1, 2, 3]. в этой связи вскрытие механизмов регуляции чсс является актуальным в плане изучения (пато)физиологических основ ее изменчивости. о дна -ко и хронотропный индекс и скорость восстановления чсс являются случайными находками – результатом анализа известных ранее (классических) показателей в условиях многотысячных выборок, высокой мощно -сти математико-статистической обработки, опреде -ляющей диагностическую и прогностическую значи -мость. в этой связи приобретает актуальность попытка изучения выявленных статистических феноменов с точ -ки зрения (пато)физиологических процессов их порож -дающих, регулирующих, с целью поиска новых ана -литически обусловленных, а не случайно найденных критериев, позволяющих улучшить диагностическую и прогностическую значимость и в конечном итоге вы -работать критерии выживаемости, снижения коронар -ной и общей смертности. к роме того, вегетативный контроль, вероятно определяющий основу регуляции сердечного ритма ( с Р) [4] и обусловливающий фор -мирование жизненно важных статистических феноме-нов, опережает во временном аспекте собственную физиологическую реализацию, что дает возможность не только раньше установить вероятность нарушений, но и (это не менее важно) не доводить до максимума степень реализации, предельная выраженность кото -рой продиктована условиями формирования статисти -ческого феномена [5], исключительно в этом случае приобретающим диагностическую (прогностическую) значимость. При этом возрастающая опасность для жизни, по крайней мере, у пациентов с сердечно-со-судистой патологией, определяемая необходимостью максимальной нагрузки (до отказа), актуализирует новую диагностическую возможность. При этом отсут -ствие необходимости предела нагрузочной толерант -ности уменьшает длительность тестирования в целом, определяя его экономическую целесообразност-ь. Недооценка роли нейрогуморальной регуляции как самостоятельного фактора, влияющего на физическое состояние человека и во многом лимитирующего одно -именную способность организма [6], определяет не только необходимость изучения, но и ставит вопрос изыскания способов ее определения. Невозможность использования методик изучения кардиоритмограммы ( к Р г ) покоя для нагрузочного тестирования [6, 7, 8], а также избирательная эффективность нелинейных ме -тодов [9] обусловливают необходимость разработки новых математических алгоритмов (анализа нагрузоч -ной к Р г ). ц ель работы: изучение вегетативной регуляции сердечного ритма в условиях изменения нагрузочной толерантности разрешается в процессе решения двух задач, во-первых, разработки способа определения и дифференцировки вегетативной активности, во-вторых, сравнительной характеристики вариантов ее изменчивости в динамике нагрузочной толерантности. материалы и методы 1. Нагрузочное тестирование Максимальное велоэргометрическое тестирование осуществлялось по индивидуальному протоколу [5, 10, 11, 12, 13]. Мощность W1(ватт) первой ступени длитель -ностью три минуты рассчитывается исходя из величины долженствующего основного обмена (доо) в килокало -риях по формуле W1(вт)=доо х 0,1 ( доо определяется по таблице гарриса-Бенедикта) [6]. в дальнейшем на-грузка поминутно возрастает на 30 вт до индивидуаль -ного максимума – снижения скорости педалирования ниже 30 оборотов в минуту, определяющего конец на -грузки и начало восстановительного периода длитель -ностью 7 минут. Нагрузочные пробы проводились в первой по-ловине дня с 8 до 12 часов на велоэргометре e-Bike Ergometer (диапазон нагрузки 20–999 в т). в течение всего времени тестирования посредством компьютер -ного поликардиоанализатора «Поли с пектр-12» (часто-та квантования 1000 г ц) компании «Нейрософт» запи-сывалась оцифрованная электрокардиограмма (Экг), из которой в дальнейшем выделялся последователь -ный ряд R–R интервалов – к Р г , подвергающаяся пла-новой математической обработке согласно способу определения. Результаты исследования обрабатывались с помощью статистических пакетов Microsoft Excel 7 и Statistica 6.0. Принимая во внимание, что распреде -ление значений отличалось от нормального, данные представлены в виде медианы (Ме) и пограничных значений 25, 75 перцентилей (Пц). д ля их статисти-ческой обработки использованы непараметрические методы сравнения Kruskal-Wallis и Mann-Whitney. 2. Способ определения вегетативной активности при нагрузочном тестировании [14] . к Р г , построенную по последовательному ряду кар-диоинтервалов нагрузочного тестирования, анали-зируют путем создания математической модели на -грузочного и восстановительного периодов (Рис. 1). Вестник восстановительной медицины № 1 •2013 Технологии восстановительной медицины и реабилитации 39 При этом изменчивость кардиоинтервалов оценива-ется модулем отклонений от двух наилучших линейных трендов в период изменчивости и стабилизации к Р г [15]. Новая последовательность, полученная из рит -мограммы вычитанием трендов, пошагово ([n-63:n], где n – общее число интервалов к Р г ) подвергается частотному анализу. Изменчивость нагрузочного и восстановительно-го спектров (Рис. 2), в диапазонах 0.15–0.4 г ц (HF) и 0.04–0.15 г ц (LF) адекватно моделируются линейной регрессией: у LF(HF)=aх +b, где у – мощность спектра в данный момент времени, х – момент времени от на-чала нагрузочного (восстановительного) периода, a – скорость изменения мощности спектра (LFн, HFн – в нагрузочный период; LFв, HFв – в период восстанов -ления), b – постоянная мощности (в нагрузочный пери -од физиологически эквивалентна среднему значению спектра в данный момент времени: сLFн, сHFн). При этом в нагрузочный период значение х при Y=0 определяет момент минимума вегетативной отзыв -чивости сердечного ритма и является интегральным критерием симпатической (LFо), парасимпатической (HFо) активности. в период восстановления, в связи с возвращени-ем чувствительности с Р к вегетативным влияниям, ее динамика будет опре деляться исключительно пара-метром «a» – скоростью восстановления симпатиче-ской (LFв), парасимпатической (HFв) отзывчивости. в настоящем исследовании определялись: LFн, HFн (LFв, HFв) – скорость изменения отзывчивости с Р на симпатические, парасимпатические влияния нагрузоч -ного (восстановительного) периода; LFо (HFо) – время рисунок 1. Математическая модель кардиоритмограммы нагрузочного и восстановитель -ного периодов. Примечание: оси абсцисс: ох ( х 1 ) – время нагрузочного (восстановительного) периода в секундах ось ординат оу ( у 1 ) – длительность R–R интервалов в миллисекундах f (f 1 ) – кривая ритмограммы нагрузочного (восстановительного) периода n, m, n 1 , m 1 – наилучшие линейные тренды рисунок 2. Частотный (спектральный) анализ КРГ. Примечание: оси абсцисс: ох ( х 1 ) – время нагрузочного (восстановительного) периода в минутах; ординат: оу ( у 1 ) – мощность спектра в мс 2 /гц k, p (k 1 , p 1 ) – кривая спектральной изменчивости кРг нагрузочного (восстановительного) периода в диапазонах 0.15–0.4 и 0.04–0.15 (гц) соответственно Вестник восстановительной медицины № 1 •2013 Технологии восстановительной медицины и реабилитации 40 наступления симпатического (парасимпатического) минимума вегетативной отзывчивости с Р нагрузочно-го периода; сLFн, сHFн – среднее значение спектра на -грузочного периода. в озможности настоящего способа уточнены экспе-риментом, в ходе которого обследовано 2 группы прак -тически здоровых курсантов в ологодского института права и экономики возраста 19±2. 1-я группа – курсанты, занимающиеся физической культурой по учебному плану вуза (2 полуторачасовых занятия в неделю) и не имеющие отношения к система -тическим физическим нагрузкам: 31 человек. 2-я группа – курсанты-спортсмены циклических ви-дов спорта (34 человека) преимущественно трениру -ющие выносливость (лыжные гонки, легкая атлетика), различной квалификации (1-ый спортивный разряд – 29 человек, кандидаты в мастера спорта – 5 человек). в результате ( т аб. 1) в нагрузочный период выяв-лено снижение мощности высоко- и низкочастотных спектров. При этом изначальная мощность, скорость падения высокочастотной активности и длительность периода отзывчивости с Р на парасимпатические вли-яния существенно превосходят симпатические. При этом все показатели (мощность, скорость и время де -прессии) во 2 группе существенно превышают таковые группы сравнения. восстановительный период определяется возрас-танием мощности высоко- и низкочастотных спектров. При этом восстановление (скорость возрастания) пара-симпатических амбиций существенно преобладает над симпатическими, а в целом показатели второй группы существенно превышают таковые первой. т аким образом: во-первых, изучаемые параметры, являясь интегральными критериями симпато-парасим -патических влияний, отражают вегетативный контроль с Р, обусловливающий нагрузочную толерантность; во-вторых, зависимость с Р от уровня вегетативной ак -тивности поступательно уменьшается в нагрузочный и возрастает в восстановительный периоды. в отличие от симпатических, чувствительность с Р к парасимпа-тическим влияниям медленнее снижается при нагрузке и быстрее возрастает при восстановлении; в-третьих, расширение нагрузочной толерантности (развитие вы -носливости), обусловливающее основное отличие ис -следуемых групп, приводит к усилению вегетативного контроля (мощности и длительности) в нагрузочный период и его ускорению в период восстановления; в-четвертых, предложенный способ дает возможность изучения динамики вегетативного контроля с Р при на-грузочном тестировании. в рамках решения задачи определяющей условия индивидуальной изменчивости вегетативного контро -ля с Р проведено исследование смешанной популя-ции (232 человека), включающей и неподготовленную (пассивный образ жизни) молодежь и спортсменов не только различной квалификации, спортивного стажа, амплуа, но и уровня совершенствования. в ыявленное многообразие вариантов нагрузочной толерантности определило необходимость ее клас -сификации (подразделения). При этом выраженные индивидуальные различия основных изучаемых по -казателей: максимальной чсс, скорости восстанов -ления, мощности перенесенной нагрузки сочетались с непредсказуемостью их взаимоотношений, когда раннее восстановление зачастую опосредовалось су -щественно превосходящим нагрузочным максимумом [16]. в этой связи принципиальная недостаточность субъективного подразделения выборки по анамне -стическому признаку была разрешена кластерным анализом индивидуальных распределений кардиоин -тервалов нагрузочного тестирования. в ыделение трех кластеров (1, 2, 3 групп) и даль-нейшее их изучение вскрыло общие закономерности и частные особенности вегетативного контроля. результаты и обсуждение о ценка основных индивидуальных параметров фи-зического развития смешанной популяции выявила возрастную однородность кластерных групп, наруша -емую существенным преобладанием индекса к етле в 3 группе (1, 2 группы p<0.005), включающим как зна -чение массы (1, 2 группы p<0.01) так и роста (1 группа p<0.01). При этом различия анализируемых показате -лей 1 и 2 групп – минимальны (т аблица 2). Известно, что высокочастотный компонент, опре-деляя парасимпатическую мощность, в покое вносит решающий вклад в обеспечение потенциальных адап -тационных возможностей организма, в свою очередь низкочастотная составляющая, определяя симпати -ческую активность, преимущественно обусловливает адаптационные реакции в период стресса [7, 17]. о д -нако до настоящего времени не известно, каким об -разом осуществляется вегетативное регулирование в динамике стрессового воздействия, в частности при физической нагрузке [6]. По данным настоящего исследования (таб. 3, 4) мощность обоих компонентов (HF, LF) однонаправле-но падает по мере нарастания физической нагрузки, и возрастает после ее окончания. Полученные результа -ты уточняют и расширяют толкование резкого снижения вРс при физической нагрузке [18]. При этом скорость, таблица 1. Результаты предварительного группового исследования Период нагрузочный восстановительный критерий LFн* LFо* HFн HFо LFв HFв иГт группа №1* Me -2,49 3,43 -3,85 4,03 1,59 2,22 25Пц -6,49 3,37 -12,04 3,69 0,86 0,84 75Пц -1,01 3,82 -0,95 4,50 4,10 6,06 группа №2 Me -7,71 4,24 -10,56 5,09 29,13* 52,74 25Пц -12,43 3,88 -30,07 4,29 14,45 13,92 75Пц -4,49 5,01 -5,20 6,49 46,75 113,51 Примечание: * внутренние (симпато/парасимпатическая активность в нагрузочный и восстановительный периоды) и межгрупповые различия ста-тистически существенны (p<0.001) Вестник восстановительной медицины № 1 •2013 Технологии восстановительной медицины и реабилитации 41 мощность и время депрессии для каждой составляю-щей имеют выраженные индивидуальные колебания. в нагрузочный период скорость снижения HF ком -понента существенно превышает таковую LF, однако значительное преобладание исходной мощности пер -вого определяет его более позднюю депрессию. в период восстановления скорость возрастания высокочастотного компонента существенно опережает одноименный показатель низкой частоты. Физиологическим эквивалентом однонаправлен-ного поведения частотных составляющих являет -ся такое изменение вегетативного контроля с Р, при котором отзывчивость последнего в нагрузочный период поступательно уменьшается, а в период вос -становления – увеличивается. При этом пик депрес -сии LF-компонента вероятно определяется макси -мальным симпатическим тонусом, проявляясь (за счет уменьшения и стабилизации длительности R–R) исчезновением низкочастотной волновой структуры на к Р г . Минимум HF-компонента, обусловливается минимизацией тонуса вагуса – предельным снижени-ем тормозящих влияний, при котором стабилизация длительности RR-интервалов, проявляется на к Р г от -сутствием высокочастотной волновой структуры. При этом речь идет об отражении воздействия в Н с на с Р через регуляционные области проводящей системы сердца, когда миокард, исчерпывая ответные возмож -ности в силу высокой частоты сокращений, испытыва -ет максимум вегетативного контроля. Иными словами динамика спектра, наблюдаемая на ритмограмме, таблица 3. Основные маркеры вегетативной регуляции (Ме (25–75Пц)). Группы нагрузочный период* восстановительный период* LFо HFо LFв HFв S 3,93 (3,50–4,61) 4,51 (3,89–5,73) 6,83 (2,16–20,28) 11,69 (3,49–36,24) 3 3,43 (3,37–3,82) 4,03 (3,69–4,50) 1,59 (0,86–4,10) 2,22 (0,84–6,06) 2 3,99 (3,50–4,68) 4,53 (3,84–6,03) 6,09 (2,88–9,40) 9,09 (3,92–16,37) 1 4,24 (3,88–5,01) 5,09** (4,29–6,49) 29,13 (14,45–46,75) 52,74 (13,92–113,51) Примечание: * критерий множественных сравнений Kruskal-Wallis определяет статистическую существенность групповых различий всех маркеров ** статистически существенные различия между 1 и 2 группами по критерию Mann-Whitney на границе существенности (р=0.05) таблица 4. Дополнительные маркеры вегетативной регуляции нагрузочного периода Группы нагрузочный период* ( ме (25-75Пц)) LFн сLFн HFн сHFн S -5,00 (-10,74–(-1,83)) 23,34 (8,66–47,28) -6,62 (-18,98–(-2,53)) 36,90 (12,15–82,71) 3 -2,49** (-6,49–(-1,01)) 9,94 (4,54–23,67) -3,85** (-12,04–(-0,95)) 18,00** (6,45–42,01) 2 -4,06 (-10,53–(-1,67)) 16,78 (7,85–36,10) -4,74 (-16,85–(-1,87)) 27,18 (12,01–64,71) 1 -7,71 (-12,43–(-4,49)) 32,28 (20,78–53,90) -10,56 (-30,07–(-5,20)) 67,40 (38,23–163,88) Примечание: * критерий множественных сравнений Kruskal-Wallis определяет статистическую существенность групповых различий всех маркеров ** статистически существенные различия между 2 и 3 группами по критерию Mann-Whitney отсутствуют таблица 2. Показатели физического развития изучаемой популяции (Ме (25–75Пц)). Группы рост (см) вес* (кг) кетле* (у.е.) возраст (лет) S 174,00 (169,00–178,00) 66,00 (59,65–68,65) 21,79 (20,54–22,39) 20,00 (18,00–20,00) 3 169,00 (165,00–174,00) 59,50 (52,30–68,70) 20,56 (18,96–22,34) 19,00 (18,00–20,00) 2 174,00 (167,50–178,00) 65,15 (56,25–68,00) 21,27 (20,45–22,03) 19,00 (18,00–20,00) 1 174,50 (169,88–176,25) 67,35 (65,88–68,70)** 22,19 (21,84–22,74)** 20,00 (20,00–20,00) Примечание: * критерий множественных сравнений Kruskal-Wallis определяет статистическую существенность групповых различий всех маркеров ** статистически различия по критерию Mann-Whitney существенны в парах 1/3 и 1/2 Вестник восстановительной медицины № 1 •2013 Технологии восстановительной медицины и реабилитации 42 являясь непосредственным отражением активности регулирующих систем, определяется снижением от -ветных возможностей сердечной мышцы реагировать на эти влияния, что проявляется на к Р г ригидным рит-мом – исчезновением волн всех видов [6, 17]. д анные о полноценном вегетативном контроле с Р нагрузоч-ного периода согласуется с предположением о веро -ятном участии в регуляции хронотропного ответа на нагрузку не только симпатических, но и парасимпати -ческих влияний [6]. о бъективная классификация смешанной популя-ции методом кластеризации реперов распределения кардиоинтервалов и анализ вегетативной регуляции в процессе нагрузочного тестирования вскрыли ее существенную неоднородность. При этом скорость снижения (роста в период восстановления), средний уровень и время депрессии спектров в нагрузочный период увеличиваются в ряду 3–1, достигают максиму -ма в 1 кластере и характеризуются существенностью различий. Полученные результаты с учетом предварительных исследований [14, 19] позволяют считать расширение нагрузочной толерантности (формирование вынос -ливости) основной чертой кластерных различий. При этом особенности спектров с Р определяют ее харак-терные особенности. в озрастание длительности вегетативного контро-ля нагрузочного периода с увеличением нагрузочной толерантности обеспечивается усилением как сим -патической, так и парасимпатической составляющих с учетом неизменного превалирования последней (как по интенсивности, так и продолжительности). о братная динамика волновой структуры к Р г в пери -од восстановления, вскрывающаяся появлением HF-, LF-волн свидетельствует о возрождении отзывчивости с Р к парасимпатическим и симпатическим влияниям. Полученные данные, несмотря на выявленное доми-нирование парасимпатического контроля, уточняют предположение об исключительном участии вагусного торможения в замедлении чсс восстановительного периода [4]. у силение вегетативного контроля с Р с ростом на-грузочной толерантности обеспечивается как симпа -тической, так и парасимпатической ответственностью, при этом последняя имеет решающее значение. Полу -ченные результаты обнаруживают влияние выносливо -сти на с Р [20] и развивают представления о формиро-вании функциональных систем организма [21, 22]. л инейная динамика вегетативной отзывчивости с Р, определяющая его существенную изменчивость в тече ние 4 минут от начала нагрузки, позволяет счи-тать данный период минимально достаточным для прогноза вегетативного обеспечения нагрузочной толерантности. Использование настоящей законо -мерности при изучении критических выборок позво-лит выяснить ее прогностический потенциал, а также воздержаться от максимального нагрузочного тести -рования при сохранении прогностической эффектив -ности. выводы: 1. с ердечный ритм в процессе нагрузочного тести-рования определяется смешанным вегетативным контролем, имеющим характерные особенности и проявляющимся как во взаимоотношениях между ветвями, так и в зависимости от уровня нагрузочной толерантности (выносливости). 2. ч увствительность сердечного ритма к вегетатив-ным влияниям поступательно уменьшается в на -грузочный и возрастает в восстановительный пе -риод. 3. в отличие от симпатических, отзывчивость на па-расимпатические влияния медленнее исчезает при нагрузке и быстрее проявляется при восста -новлении. 4. Расширение нагрузочной толерантности и фор -мирование выносливости приводит к увеличению чувствительности с Р и длительности его веге-тативной отзывчивости в нагрузочный период и ускорению отзывчивости при восстановлении. 5. в скрытая линейная динамика вегетативной отзыв-чивости сР, определяющая его существенную из -менчивость в течение 4 минут от начала нагрузки, позволяет считать данный период минимально до -статочным для прогноза вегетативного обеспечения нагрузочной толерантности. 6. Разработанный способ определения вегетативной регуляции сР дает принципиально новую возмож -ность не только определения динамики вегетатив -ного контроля при физической нагрузке, но и его детализации, определения симпато-парасимпати -ческого обеспечения нагрузочной толерантности, выносливости, тренированности, изучения зако -номерностей их формирования, обусловливая его применение в кардиологической клинике, фитнес-се, спорте, определении объективных критериев здоровья.

Об авторах

Андрей Леонидович Похачевский

ФГОУ ВПО «Вологодский институт права и экономики Федеральной службы исполнения наказаний»

Email: sport_med@list.ru
руководитель научно-исследовательской лаборатории диагностических и оздоровительных технологий, к.м.н., доцент Вологда, Россия

Список литературы

Дополнительные файлы