Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РИТМОГЕНЕЗА СЕРДЦА

Горст В.Р. 1 Полунин И.Н. 1 Горст Н.А. 2 Шебеко Л.В. 1 Полукова М.В. 2
1 ГБОУ ВПО «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава РФ
2 ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» Минобрнауки РФ
Изучены пространственно-временные взаимоотношения компонентов механизма регуляции ритмообразовательного процесса сердца с учетом вегетативного статуса в условиях относительного функционального покоя, а также при физических и умственных нагрузках. Пространственные характеристики оценивали по мощности спектра волн вариабельности сердечного ритма разной частоты. В качестве временных параметров ритмообразовательного процесса сердца были использованы частота сердечных сокращений, наиболее часто встречающийся кардиоинтервал (мода) и разброс кардиоитервалов. В покое наиболее выраженные связи между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма и его регуляции проявляются у испытуемых с выраженным преобладанием центральной и автономной вегетативной регуляциеи сердечного ритма, а также при преобладании активности симпатической нервной системы и балансе между отделами вегетативной нервной системы. Физическая и интеллектуальная нагрузки вызывают увеличение пространственно-временной сопряженности характеристик механизма регуляции ритмообразовательной функции сердца.
вегетативная регуляции
ритм сердца
пространство-временной континуум
1. Баевский, Р.М. Адаптационные возможности организма и понятие физиологической нормы / Р.М. Баевский, А.П. Берсенева // XVIII съезд физиол. общества им И.П. Павлова. Тез. докл. / Казань - М.: ГЭОТАР – МЕД, 2001. – С. 304.
2. Полунин И.Н. Ритмогенез сердца / И.Н. Полунин. – Астрахань, 1997. – 285 с.
3. Романов Ю. А. Пространственно-временная организация биологических систем / Ю. А. Романов // Владикавказский медико-биологический вестник, 2001, №2.- С. 4-12.
4. Чернышева М. П. Об особенностях временных процессов в живых организмах/ Сб. «Человек в пространстве концептуальных времен». Ред. В. С. Чуракова.– Новочеркасск: «НОК».– 2008.– С. 94–101.
5. Шлык Н.И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов. — Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2009. — 259 с.

Жизнедеятельность человека, его адаптация к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды осуществляется в сложном мире пространственно-временных взаимоотношений. Живой организм, являясь открытой термодинамической системой, обменивается с окружающей средой энергией, пластическими веществами, продуктами жизнедеятельности, информацией [4]. Формирование «продуктов» обмена и непосредственно обменные процессы связаны с функциональной активностью соматических и висцеральных систем организма и состоянием окружающей среды. В этих взаимодействиях времени отводится особенная роль. Время является мерой активности физиологических процессов, характеризует скорость протекания биохимических реакций и выступает связующим звеном пространственных структур.

Пространственная организация биологической системы традиционно изучалась в основном с морфологической точки зрения. Однако, элементами биологического пространства являются не только морфологические структуры, но и пространственно распределенные в них параметры физиологических процессов организма. Пространственная организация живой системы представляет собой совокупность взаимодействующих между собой гетерогенных структур, объединенных функциями, иерархически упорядоченными в пространстве [3].

Общая структура пространственно-временной организации организма сохраняется при экзогенных воздействиях, что дает возможность говорить об устойчивости системы к неблагоприятным условиям внешней среды. В этой связи изучение механизма компенсаторно-приспособительных реакций организма должно осуществляться при обязательном исследовании вклада отдельных элементов пространственно-временной организации живой системы в общий адаптационный процесс.

Диагностика состояния адаптационных механизмов человека является важной задачей современной медицины. В многочисленных работах по адаптации отмечается, что наиболее быстро реагирующим звеном в адаптационных реакциях организма является система кровообращения, а вариабельность сердечного ритма наиболее полно отражает изменение напряжения деятельности регуляторных систем при различных состояниях [1, 5].

В сердечно-сосудистой системе наблюдается четкое проявление пространственно-временных параллелей. Так, в сердце имеются пространственно обособленные генераторы ритма с различной пейсмекерной активностью, создающие каскад внутрисердечных ритмообразовательных структур с нисходящим градиентом автоматии [2]. Пространственную ориентацию имеет также многоконтурная и многоуровневая нейрогуморальная система, управляющая ритмообразовательным процессом сердца. В системе нервной регуляции ритма сердца выделяют центральный и периферический контуры, которые представлены симпатическим и парасимпатическим звеньями вегетативной нервной системы, гемодинамическим центром, внутрисердечными механизмами. Каждая из этих структур вносит свои коррективы в функционирование синоатриального узла. В связи с этим одной из актуальных задач современной физиологии и кардиологии является изучения механизмов формирования ритма сердца с учетом пространственной и временной организации биологической системы.

Целью нашей работы является комплексное изучение пространственно-временных взаимоотношений механизма регуляции ритмообразовательного процесса сердца с учетом вегетативного статуса в условиях относительного функционального покоя, а также при физических и умственных нагрузках.

Для достижения поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:
  1. Определить гемодинамические и антропометрические показатели у испытуемых в состоянии покоя с последующим расчетом интегральных показателей.
  2. Исследовать взаимосвязь между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма у человека с различной активностью вегетативной нервной системы в условиях функционального покоя.
  3. Исследовать пространственно-временной статус механизма регуляции сердечного ритма у испытуемых при физической нагрузке средней интенсивности.
  4. Исследовать пространственно-временной статус механизма регуляции сердечного ритма у испытуемых при интеллектуальной нагрузке.

Материалы и методы

Исследования проводились на кафедре нормальной физиологии Астраханской государственной медицинской академии с 2010 по 2013г в соответствии с планом НИР в рамках кафедральной проблемы «Ритмообразовательная функция сердца», на студентах 2 курса АГМА в возрасте от 17 до 23 лет. Всего под наблюдением находились 348 человек, из них 193 девушки и 155 юношей.

В работе использовались антропометрические, клинико-физиологические, электрофизиологические и психофизиологические методы. Для исследования пространственно-временных характеристик ритма сердца и контуров регуляции ритмообразовательного процесса проводили спектральный анализ ВСР с помощью аппаратного комплекса «Варикард 2.51» и программы ИСКИМ6.

Известно, что частотные компоненты спектра ВСР отражают вклад различных контуров регуляции в управление ритмообразовательным процессом. Так, HF (высокочастотные волны спектра ВСР) - отражают уровень активности парасимпатического звена регуляции; LF (низкочастотные волны) - отражают уровень активности гемодинамического центра; VLF (очень низко частотные волны) - отражают уровень активности симпатического звена регуляции.

В качестве временных параметров ритмообразовательного процесса сердца нами были использованы частота сердечных сокращений, наиболее часто встречающийся кардиоинтервал (мода) и разброс кардиоитервалов.

Полученные результаты статистически обработаны по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Использовался t - критерий Стъюдента; корреляционный анализ.

Результаты исследований

У всех испытуемых, находящихся в условиях относительного функционального покоя, гемодинамические показатели и показатели анализа вариабельности сердечного ритма соответствовали возрастной норме. Адаптационный потенциал сердечно-сосудистой системы (Баевский, Берсенева) у подавляющего большинства испытуемых соответствовал удовлетворительной степени адаптации. Тонус парасимпатической нервной системы (по Кердо) преобладал у 24,4% испытуемых, тонус симпатической нервной системы у 33,6%, баланс между отделами вегетативной нервной системы наблюдался у 42% испытуемых. Деление испытуемых на группы по типам вегетативной регуляции (по Н.И.Шлык) позволили сформировать 4 варианта: с умеренным преобладанием автономной вегетативной регуляции (УПАР) (40% обследованных), с выраженным преобладанием центральной регуляции (ВПЦР) (37% обследованных); с умеренным преобладанием центральной регуляции (УПЦР) (18% обследованных) и выраженным преобладанием автономной регуляции (ВПАР) (5% обследованных).

Для изучения пространственно-временной характеристики механизмов регуляции ритмообразовательных процессов сердца в условиях функционального покоя мы провели корреляционный анализ между временными параметрами деятельности сердца и показателями ВСР, которые отражают вклад различных контуров регуляции в управление ритмообразовательным процессом (табл.1). Обращают на себя внимание сильные корреляционные связи, выявленные между разбросом максимальных и минимальных значений кардиоинтервалов и мощностью высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра ВСР в абсолютных величинах. Полученный результат закономерен, потому что при расчете мощности спектра волн ВСР учитывается разброс кардиоинтервалов.

Таблица 1

Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и показателями суммарной мощности компонентов спектра вариабельности сердечного ритма у студентов в покое, после физической и интеллектуальной нагрузок

Сравниваемые

показатели

В покое

(n=348)

После физическая нагрузка

(n=50)

После интеллектуальной нагрузки

(n=58)

HR - HF

-0,23*

-0,22

-0,45*

HR - LF

-0,16

-0,25

-0,45*

HR - VLF

-0,13

-0,17

-0,50*

HR - HFP

-0,37*

-0,44*

-0,46*

HR - LFP

0,30*

0,09

0,39*

HR - VLFP

0,27*

0,60*

0,05

MxDMn - HF

0,73*

0,85*

0,81*

MxDMn - LF

0,71*

0,79*

0,75*

MxDMn - VLF

0,68*

0,74*

0,73*

MxDMn - HFP

0,24*

0,37*

0,47*

MxDMn - LFP

-0,16

-0,16

-0,36*

MxDMn - VLFP

-0,21*

-0,42*

-0,10

Mo - HF

0,22*

0,16

0,42*

Mo - LF

0,17

0,26

0,42*

Mo - VLF

0,15

0,15

0,48*

Mo - HFP

0,33*

0,31*

0,43*

Mo - LFP

-0,28*

0,02

-0,36*

Mo - VLFP

-0,22*

-0,50*

-0,05

Примечание: * - P<0,01

Корреляционный анализ между временными параметрами сердечной деятельности и показателям мощности волн спектра ВСР в группах испытуемых с различными типами вегетативной регуляции организма показал, что наиболее сильные и множественные связи между изучаемыми параметрами складываются в группах с выраженным преобладанием центральной и автономной регуляции сердечного ритма (табл.2). Вероятно высокая активность механизмов регуляции сердечного ритма требует большой пространственно-временной сопряженности.

Таблица 2

Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и показателями суммарной мощности компонентов спектра вариабельности сердечного ритма у студентов с различными типами вегетативной регуляции организма в покое

Сравниваемые

показатели

Типы вегетативной регуляции организма

УПЦР

(n=58)

ВПЦР

(n=116)

УПАР

(n=125)

ВПАР

(n=16)

HR - HF

-0,20

-0,39*

0,14

0,55*

HR -LF

-0,14

0,04

0,26*

0,65*

HR - VLF

-0,04

-0,16

0,24

0,65*

HR - HFP

-0,28

-0,40*

-0,12

-0,27

HR -LFP

0,03

0,43*

0,12

0,28

HR - VLFP

0,37*

0,16

0,04

0,04

MxDMn - HF

0,29

0,65*

0,73*

0,69*

MxDMn - LF

0,18

0,52*

0,63*

0,77*

MxDMn - VLF

0,17

0,43*

0,55*

0,65*

MxDMn -HFP

0,26

0,35 *

0,28*

-0,06

MxDMn - LFP

-0,07

-0,17

-0,21

0,22

MxDMn - VLFP

-0,30*

-0,41*

-0,19

-0,21

Mo - HF

0,18

0,36*

-0,23

-0,16

Mo - LF

0,17

-0,07

-0,28*

-0,37*

Mo - VLF

0,04

0,17

-0,21

-0,29

Mo - HFP

0,22

0,37*

0,06

0,49*

Mo -LFP

0,04

-0,43*

-0,09

-0,51*

Mo - VLFP

-0,35*

-0,11

0,02

-0,07

Примечание: * - P<0,05

Состояние вегетативного тонуса человека также отражается на формировании корреляции между пространственно-временными характеристиками механизмов регуляции ритмообразовательных процессов сердца. По нашим данным наиболее выраженные корреляционные связи зарегистрированы в группе с балансом между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы (табл.3). Интересным на наш взгляд является обнаружение отрицательных корреляционных связей между HR и HFP и положительных корреляционных связей между HR и VLFP в группах испытуемых с преобладанием тонуса симпатического отдела ВНС и балансом отделов вегетативной нервной системы. В этих же группах зафиксированы высокие значения стресс-индекса и индекса централизации регуляторных систем. Таким образом стрессированность организма и централизация механизмов вегетативной регуляции способствуют усилению пространственно-временной организации ритмообразовательного процесса сердца.

Таблица 3

Корреляционные связи между временными характеристиками ритма сердца и показателями суммарной мощности компонентов спектра вариабельности сердечного ритма у студентов с различными типами вегетативного тонуса в покое

Сравниваемые

показатели

Типы вегетативного тонуса

Преобладание тонуса парасимпатического отдела ВНС

(n=85)

Баланс отделов вегетативной нервной системы

(n=146)

Преобладание тонуса симпатического отдела ВНС

(n=117)

HR - HF

-0,24*

-0,12

-0,07

HR - LF

-0,19

-0,04

-0,12

HR - VLF

-0,01

0,00

-0,02

HR - HFP

-0,19

-0,32*

-0,32*

HR - LFP

0,12

0,18

0,22

HR - VLFP

0,18

0,32*

0,27*

MxDMn - HF

0,72*

0,76*

0,77*

MxDMn - LF

0,74*

0,66*

0,87*

MxDMn - VLF

0,72*

0,65*

0,73*

MxDMn - HFP

-0,03

0,29*

0,17

MxDMn - LFP

0,10

-0,19

-0,08

MxDMn - VLFP

-0,07

-0,26*

-0,19

Mo - HF

0,19

0,16

-0,13

Mo - LF

0,11

0,12

-0,02

Mo - VLF

0,01

0,08

-0,08

Mo - HFP

0,20

0,27*

0,22

Mo - LFP

-0,14

-0,17

-0,16

Mo - VLFP

-0,17

-0,25*

-0,16

Примечание: * - P<0,05

После физической нагрузки средней интенсивности у студентов отмечена адекватная реакция организма: увеличились ЧСС, АДс, АДд, МОК, SI, IC, VLF, LF/HF, PARS; снизились Мо и HFP. На ряду с этим наблюдались изменения степени корреляции между пространственными и временными характеристиками ритмообразовательной функции сердца (табл.1). В целом изменения были не сильно выраженными и в отдельных комбинациях сопоставляемых показателей имели тенденцию к уменьшению корреляционного индекса. Лишь только корреляционные связи между разбросом кардиоинтервалов и мощностью высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн ВСР в абсолютных и относительных величинах имели стабильную динамику роста. По нашему мнению такая реакция обусловлена низким эмоциональным фоном при проведении пробы с физической нагрузкой.

После интеллектуальной нагрузки произошло достоверное повышение гемодинамических показателей (ЧСС, АДс, ЭПК, ИФАСНС, АП, МОК), свидетельствующих о повышении тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы. Среди показателей вариабельности сердечного ритма существенные изменения произошли с продолжительностью наиболее часто встречающегося кардиоинтервала, стресс-индексом, показателем активности регуляторных систем. При этом обнаружено снижение абсолютной мощности спектра волн всех частотных диапазонов. Снижение мощности спектра волн может свидетельствовать о напряжении адаптационных механизмов на фоне эмоционального стресса.

Интеллектуальная нагрузка, которая заключалась в тестовой проверке знаний студентов по физиологии, привела к повышению корреляционных связей практически между всеми изучаемыми нами пространственными и временными характеристиками процесса формирования ритма сердца (табл.1). Мотивированное учебным процессом возбуждение, эмоциональный стресс, активация деятельности высших отделов головного мозга приводили к значительному сопряжению пространственных и временных характеристик механизма формирования ритма сердца. Выводы

  1. Частота, ритм сердечных сокращений, центральный и автономный контуры механизмов регуляции сердечного ритма формируют пространственно-временной континуум системы ритмообразовательной функции сердца.
  2. В условиях относительного функционального покоя наиболее тесные корреляционные связи образуются между взаимодействующими компонентами, такими как показатели суммарной мощности высокочастотных, низкочастотных и очень низкочастотных волн спектра вариабельности сердечного ритма в абсолютных величинах, разброс максимальных и минимальных значений кардиоинтервалов.
  3. В состоянии относительного функционального покоя наиболее выраженные связи между временными и пространственными характеристиками системы формирования сердечного ритма и его регуляции проявляются у испытуемых с выраженным преобладанием центральной и автономной вегетативной регуляции сердечного ритма, а также при преобладании активности симпатической нервной системы и балансе между отделами вегетативной нервной системы.
  4. Физическая и интеллектуальная нагрузки вызывают увеличение пространственно-временной сопряженности характеристик механизма регуляции ритмообразовательной функции сердца.

Рецензенты:

Курьянова Е.В., д.б.н., доцент, профессор кафедры физиологии и морфологии человека и животных, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет» Минобрнауки РФ, г. Астрахань;

Котельников А.В., д.б.н., доцент, профессор кафедры гидробиологии и общей экологии, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет», г. Астрахань.


Библиографическая ссылка

Горст В.Р., Полунин И.Н., Горст Н.А., Шебеко Л.В., Полукова М.В. ВЕГЕТАТИВНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РИТМОГЕНЕЗА СЕРДЦА // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16078 (дата обращения: 19.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252