Adaptation  reactions  of  hemodynamic  systems on artificially modulated stress  in  healthy  individuals

Yuri N. Smolyakov; Смоляков Юрий Николаевич; Boris I. Kuznik; Кузник Борис Ильич; Svetlana A. Kalashnikova; Калашникова Светлана Анатольевна; Nikolay A. Nolfin; Нольфин Николай Алексеевич; Ekaterina V. Fedorenko; Федоренко Екатерина Викторовна; Mankhar Mikhailovich Mikhahanov; Михаханов Манхар Михайлович

doi:10.23888/PAVLOVJ2019274443-450

Адаптационные реакции гемодинамических систем на искусственно модулированный стресс у здоровых субъектов

Авторы: Смоляков Ю.Н.¹, Кузник Б.И.¹, Калашникова С.А.¹, Нольфин Н.А.¹, Федоренко Е.В.¹, Михаханов М.М.¹
Учреждения:
1. Читинская государственная медицинская академия
Выпуск: Том 27, № 4 (2019)
Страницы: 443-450
Раздел: Оригинальные исследования
Статья получена: 12.04.2019
Статья одобрена: 18.11.2019
Статья опубликована: 11.01.2020
URL: https://journals.eco-vector.com/pavlovj/article/view/11697
DOI: https://doi.org/10.23888/PAVLOVJ2019274443-450
ID: 11697

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Цель. Изучить влияние искусственного созданного стресса на показатели периферической микроциркуляторной гемодинамики (МЦГ) и вариабельность сердечного ритма у соматически здоровых молодых испытуемых.

Материалы и методы. В исследовании приняло участие 30 человек (из них 16 мужчин). Средний возраст 18,2±1,1 лет. Искусственный стресс создавался по методике Струпа. Оценка характеристик МЦГ производился методом динамического рассеяния света от эритроцитов. Сигнал интегрировался в виде трех гемодинамических индексов: HI (Hemodynamic Indexes). Низкочастотный индекс (HI1) определяется медленным межслоевым взаимодействием, высокочастотная область (HI3) характеризует быстрые процессы сдвига слоев. HI2 занимает промежуточное положение (прекапиллярный и капиллярный кровоток). Вариабельность выделенных из пульсовой компоненты кардиоинтервалов оценивалась методом вариационной пульсометрии (Heart Rate Variability, HRV).

Результаты. В ходе проведенного исследования наблюдалось повышение частоты сердечных сокращений (ЧСС) в стадию тестирования, что подтверждает высокую степень стрессовой нагрузки. В гемодинамике отмечалось перераспределение кровотока в сторону медленных скоростей сдвига (пристеночный ток крови). После прекращения стрессовой нагрузки показатели гемодинамики снижались, возвращаясь к прежним значениям. Индикаторы, характеризующие вариабельности ритма – LF (симпатический компонент), HF (вагусная активность), CVI (нелинейный парасимпатический индекс) проявляли тенденцию к росту, при этом соотношение LF/HF оставалось неизменным.

Заключение. В результате проведенного исследования удалось сформулировать многофакторную картину изменения показателей микроциркуляции и вегетативной регуляции сердечного ритма, специфичных для адаптивных реакций на индуцированный стресс. Количественные критерии полученных сдвигов могут быть интегрированы в индексы стресса и использованы в клинике. Вследствие портативности mDLS датчик, дополненный специфическими критериями оценки, может быть использован для мониторинга адаптивных реакций, вызванных стрессовыми ситуациями и принятия ранних диагностических и прогностических решений в клинике и для самоконтроля пациента.

Ключевые слова

стресс, гемодинамика, вариабельность сердечного ритма, адаптация, микроциркуляция

Полный текст

Понятие стресса включает совокупность неспецифических адаптационных изменений, происходящих внутри организма в ответ на внешние и внутренние воздействия (стрессорные факторы). Наиболее выраженным ответом субъекта на стресс можно считать реакции со стороны нервной и, как следствие, сердечно-сосудистой системы, комплексное измерение которых становится одним из критериев оценки адаптационного статуса организма [1, 2]. Механизм первичных (ранних) реакций на стресс, исследуемый на здоровых субъектах, дает основу для сравнения с подобными ответами у пациентов с разными видами патологий и, как следствие, возможность принятия ранних диагностических и прогностических решений.

Цель – изучение влияния искусственно созданного психоэмоционального стресса на показатели периферической микроциркуляторной гемодинамики у соматически здоровых молодых испытуемых.

Материалы и методы

В эксперименте приняли участие 30 соматически здоровых испытуемых (16 мужчин и 14 женщин). Средний возраст 18,2±1,1 лет. Исследование проводилось в соответствии с этическими принципами Хельсинкской Декларации Всемирной Медицинской Ассоциации (World Medical Association Declaration of Helsinki, 1964, 2013); Национальным стандартом РФ «Надлежащая клиническая практика» (ГОСТ Р 52379-2005). У всех лиц, включенных в исследование, было получено добровольное информированное согласие. Протокол исследования одобрен Локальным этическим комитетом при ФГБОУ ВО «Читинская государственная медицинская академия» (протокол № 86 от 01.11.2017).

Эксперимент проводилось в три этапа, каждый из которых продолжался в течение пяти минут:

T1 – состояние покоя,

T2 – модулированный стресс,

T3 – восстановительное состояние покоя.

Каждый этап сопровождался измерениями показателей гемодинамики и оценкой вариабельности сердечного ритма. Стресс создавался цветовым тестом, реализующим эффект Струпа [3, 4]. Данный метод предназначен для оценки формирования ассоциативных связей между зонами коры, отвечающими за восприятие цвета и начертания букв. Несоответствие цвета и семантического значения слов приводит к появлению конфликта восприятия и, как следствие, возникновению стресса [5-7].

Датчик динамического рассеяния света mDLS (miniaturized Dynamic Light Scattering, Elfi-Tech, Rehovot, Israel) фиксирует фотоны, которые отражаются от эритроцитов, движущихся в соседних слоях кровотока (скорость сдвига, или поперечный градиент скорости). Датчик располагался на указательном пальце руки со стороны ладони. Сигнал интегрировался в виде трех гемодинамических индексов: HI (Hemodynamic Indexes). Используется методика спектрального разложения сигнала быстрым преобразованием Фурье (Fast Fourier Transform, FFT) на частотные компоненты, связанные с гемодинамическими источниками различной скорости сдвига слоев. Низкочастотный (1-300 Гц) индекс (HI1) определяется медленным межслоевым взаимодействием, высокочастотная (3000-24000 Гц) область (HI3) характеризует быстрые процессы сдвига слоев. HI2 (300-3000 Гц) занимает промежуточное положение (прекапиллярный и капиллярный кровоток) HI2 занимает промежуточное положение (прекапиллярный и капиллярный кровоток). Для оценки тенденций перераспределения кровотока между быстрыми и медленными процессами введен показатель отношения HI1/HI3 [8-10].

Изменчивость кардиоинтервалов, выделенных из пульсовой компоненты, оценивалась методом вариационной пульсометрии (Heart Rate Variability, HRV). Использованы следующие показатели: SDNN (Standard Deviation of NN Intervals) – стандартное отклонение всех интервалов RR (отражает все долговременные компоненты и циркадные ритмы, ответственные за вариабельность); LF – мощность в диапазоне низких частот (0.04-0.15 Hz), обусловлена активностью симпатического отдела и характеризует время задержки барорефлекторной петли; HF – мощность в диапазоне высоких частот (0.16-0.5 Hz), связана с дыхательными движениями и главным образом обусловлена вагусной активностью; LF/HF – отношение мощностей указывает на общий симпатовагусный баланс); CVI (Cardiac Vagal Index) – нелинейный парасимпатический индекс; CSI (Cardiac Sympathetic Index) – нелинейный симпатический индекс [11].

Статистический анализ и визуализация выполнены на языке R (http://cran.r-project.org), версии 3.4.4 [12]. Оценка достоверности парных различий всех показателей между этапами (T1, T2, T3) проводилась по критерию Вилкоксона [13]. Введена корректировка Хоммеля на множественное сравнение [14]. Принятие решения о статистической значимости гипотез происходило на уровне p<0,05. Количественное представление показателей в таблицах выполнено в формате M±SD (среднее значение ± стандартное отклонение).

Результаты и обсуждение

Во время теста (T2), у всех испытуемых наблюдается значительное повышение пульса, а затем (T3) полное его восстановление к исходным значениям (рис. 1).

Гемодинамические индексы также проявили значимые сдвиги в ответ на стрессорную стимуляцию (табл. 1). Во втором периоде (T2) происходило заметное повышение индекса HI1 (ассоциированного с медленными скоростями сдвига и пристеночными процессами в сосудах). В третьем периоде (T3) индекс возвращался к исходным значениям (рис. 2). Полагаем, что увеличение HI1 может быть обусловлено как активацией пристеночных процессов, так и расширением сосудов (увеличение диаметра сосуда снижает скорость сдвига).

Из этого вытекает и значимое повышение соотношения HI1/HI3, характеризующего баланс распределения межслоевых скоростей. На этапе T3 наметилась тенденция к возвращению данного индекса к исходным величинам, но статистически этот процесс не подтверждается.

Рис. 1. Динамика частоты сердечных сокращений

Примечание: дополнительно введены линии, соединяющие пары значений

Таблица 1 Показатели микроциркуляторной гемодинамики в ответ на стрессорную стимуляцию у соматически здоровых молодых испытуемых

Показатель	T1	T2	T3	p1	p2	p3
ЧСС, уд/мин	78,7±11,7	90,3±11,2	76,9±11,9	<0,0001	0,013	<0,0001
HI1	158,0±26,4	172,0±25,4	163,0±22,5	0,007	0,070	0,015
HI2	460±166	480±154	460±153	0,61	0,98	0,68
HI3	255±109	246±103	243±98,7	0,64	0,79	0,79
HI1/HI3	0,676±0,270	0,773±0,264	0,752±0,322	0,011	0,096	0,67

Примечание: Гемодинамические индексы являются безразмерными величинами. ЧСС – частота сердечных сокращений. Статистическая значимость сравнения групп по парному критерию Вилкоксона: p1 – T1 и T2, p2 – T1 и T3, p3 – T2 и T3

Рис. 2. Динамика гемодинамического индекса HI1

Примечание: дополнительно введены линии соединения пар значений

Одновременно наблюдались увеличенные показатели общей вариабельности (табл. 2), характеризующие общий тонус вегетативной нервной системы. После теста значительно возросла как высокочастотная компонента HF, связанная с актом дыхания и обусловленная главным образом вагусной активностью, так и низкочастотная LF, характеризующая активность симпатического отдела автономной нервной системы и отражающая время задержки, возникающей в барорефлекторной петле.

Известно, что активация парасимпатической нервной системы во время стресс-реакции представляет собой механизм зашиты от побочных эффектов [15]. При этом, в нашем исследовании значимого изменения баланса распределения частот (LF/HF) не наблюдалось. Наиболее значимо был выражен рост нелинейного парасимпатического индекса CVI (рис. 3, табл. 2), тогда как нелинейный симпатический индекс (CSI) оставался неизменным (табл. 2).

Таким образом, результаты исследования, с одной стороны, еще раз подтверждают роль Струп-эффекта в модуляции стрессорного состояния, описанную ранее [3-6, 16], в нашей работе проявившуюся в повышении частоты сердечных сокращений и восстановлении к исходным величинам после прекращения воздействия.

Таблица 2 Изменения показателей вариабельности сердечного ритма и состояния автономной нервной системы

Показатель	T1	T2	T3	p1	p2	p3
SDNN, мс	68,8±22,5	87,2±26,4	71,5±24,2	0,003	0,45	0,018
LF, мс²	1090 ± 628	1390 ± 681	1080 ± 630	0,028	0,94	0,070
HF, мс²	732±458	1130±713	740±460	0,021	0,93	0,045
LF/HF	1,62±0,89	1,54±0,77	1,49±0,76	0,96	0,96	0,96
CSI	1,73±0,46	1,79±0,53	1,75±0,53	0,84	0,84	0,84
CVI	4,76±0,31	4,96±0,31	4,8±0,30	0,008	0,47	0,039

Примечание: статистическая значимость сравнения групп по парному критерию Вилкоксона: p1 – T1 и T2, p2 – T1 и T3, p3 – T2 и T3

Рис. 3. Динамика нелинейного парасимпатического индекса CVI

Примечание: дополнительно введены линии соединения пар значений

С другой стороны, показатели динамики межслоевого кровотока, полученные методом лазерной спекл-интерферометрии, продемонстрировали достоверную реакцию на искусственно созданное состояние стресса в медленной HI1 (пристеночной) компоненте и неполное восстановление в раннем периоде после прекращения воздействия. Вегетативное звено регуляции гемодинамики продемонстрировало повышение активности парасимпатического звена.

Уникальность исследования определяется комплексной оценкой реакции на стресс непосредственно как со стороны распределения межслоевых гемодинамических процессов в микроциркуляторном русле с помощью неинвазивного метода лазерных спеклов [17], так и со стороны вегетативной регуляции методом анализа вариабельности сердечного ритма, выделенного из пульсовой компоненты спекл-сигнала.

Заключение

В результате проведенного исследования удалось сформулировать многофакторную картину изменения показателей микроциркуляции и вегетативной регуляции сердечного ритма, специфичных для адаптивных реакций на индуцированный стресс.

Гемодинамика характеризуется увеличением сечения (диаметра сосудов) микроциркуляторного русла и, возможно, активацией процессов пристеночной адгезии. Вегетативная нервная регуляция отличается сохранением баланса, с одновременной активацией обеих звеньев (симпатического и парасимпатического).

Количественные критерии полученных сдвигов могут быть интегрированы в индексы стресса и использованы в клинике. Вследствие портативности mDLS датчик, дополненный специфическими критериями оценки, может быть использован для мониторинга адаптивных реакций, вызванных стрессовыми ситуациями и принятия ранних диагностических и прогностических решений в клинике и для самоконтроля пациента.