На правах рукописи - Институт физиологии

На правах рукописи
МАРКОВ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ
СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА И ВЕГЕТАТИВНАЯ
РЕГУЛЯЦИЯ РИТМА СЕРДЦА У МУЖЧИН ЕВРОПЕЙСКОГО
СЕВЕРА ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ МОНИТОРИНГЕ
03.03.01 – физиология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Сыктывкар – 2012
Работа выполнена в отделе экологической и социальной физиологии человека
Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института
физиологии Коми научного центра Уральского отделения Российской
академии наук.
Научный руководитель:
доктор медицинских наук, профессор
Солонин Юрий Григорьевич.
Официальные
оппоненты:
Иржак Лев Исаакович
доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ
ВПО
Сыктывкарский
государственный
университет, руководитель лаборатории проблем
гипоксии.
Рыжов Анатолий Яковлевич
доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ
ВПО Тверской государственный университет,
зав. кафедрой биомедицины.
Ведущая организация:
Федеральное
государственное
бюджетное
военное образовательное учреждение высшего
профессионального
образования
Военномедицинская Академия имени С.М. Кирова
Министерства обороны Российской Федерации
(г. Санкт-Петербург).
Защита диссертации состоится 27 апреля 2012 г. в 10 часов на заседании
диссертационного совета Д 004.017.01 в Федеральном государственном
бюджетном учреждении науки Институте физиологии Коми научного центра
Уральского отделения Российской академии наук по адресу: 167982,
Республика Коми, Сыктывкар, ГСП-2, ул. Первомайская, д. 50.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Федерального
государственного бюджетного учреждения науки Институт физиологии Коми
научного центра Уральского отделения Российской академии наук.
Автореферат разослан “21” марта 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Варламова Н.Г.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Большая часть территории Российской
Федерации является зоной с суровыми климатогеографическими условиями,
дискомфортными для проживания и трудовой деятельности, предъявляющими
повышенные требования к организму человека (Деряпа, Рябинин, 1977; Авцын
и др., 1985; Агаджанян, Петрова, 1996; Кривощеков, Охотников, 2000;
Максимов, 2009). Влияние окружающей среды отражается на функциональном
состоянии организма человека (Авцын и др., 1985). Система кровообращения
особенно чувствительна к влиянию внешней среды (Парин и др., 1967),
сравнительно рано включается в реакции адаптации и может рассматриваться
как чувствительный индикатор адаптационных реакций целостного организма
(Баевский и др., 2001; Баевский, Берсенева, 2008).
Оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы
человека актуальна не только в связи с повышенной степенью ее уязвимости
под действием различных факторов Севера (Евдокимов и др., 2007), но и по
причине высокого уровня заболеваемости и смертности населения в связи с
сердечно-сосудистой патологией. Известно, что у северян более чем в два
раза выше заболеваемость органов кровообращения, чем в среднем по стране
(Доршакова, Карапетян, 2004).
Сердечно-сосудистая система, активно участвующая в процессах
адаптации организма к условиям жизнедеятельности, подвергается
существенному влиянию вегетативной нервной системы (Баевский,
Берсенева, 2008). У жителей Европейского Севера России сердечнососудистая система изучалась многими авторами (Евдокимов, Кеткин, 1982;
Солонин, 1995, 1996; Истомина, 2000; Лабутин, 2002; Дерновой, 2005;
Евдокимов и др., 2007; Варламова, 2011 и др.). Значительно меньше
исследований посвящено изучению ее вегетативной регуляции у северян
(Логинова, 2006; Балашова, 2009; Чеснокова, Мосягин, 2009, 2010; Варенцова
и др., 2011 и т.д.). Практически не найдено сведений об изменениях
вегетативной регуляции ритма сердца у жителей Европейского Севера в
течение длительного периода наблюдения.
Одним из новых методов, используемых для раннего выявления
электрофизиологических изменений в миокарде, не распознаваемых при
традиционном анализе ЭКГ, является дисперсионное картирование ЭКГ
(Иванов, Сула, 2008; Рябыкина и др., 2010). Представляет интерес
применение этого метода для оценки состояния миокарда у жителей
Европейского Севера России.
Таким образом, актуальность данного исследования определяется тем,
что оно посвящено изучению состояния миокарда на основании метода
дисперсионного картирования ЭКГ и вегетативной регуляции сердечного
ритма у практически здоровых северян при долговременном мониторинге.
3
Цель исследования. Изучить изменения центральной гемодинамики,
вегетативной регуляции кровообращения, состояния миокарда, а также
реактивности кровеносных сосудов у мужчин Европейского Севера России
при длительном мониторинге.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие
задачи:
1. Выявить широтные различия по показателям центральной
гемодинамики, вариабельности сердечного ритма (ВСР) и дисперсионного
картирования электрокардиограммы (ДК ЭКГ) у мужчин г. Сыктывкара
(61º40´с.ш.) и г. Воронежа (51º41´с.ш.).
2. Определить годовую динамику показателей функционального
состояния сердечно-сосудистой системы и вегетативной регуляции
кровообращения у мужчин Европейского Севера.
3. Изучить особенности сердечно-сосудистой системы и ее
регуляторных механизмов у мужчин-северян разного возраста в контрастные
сезоны года.
4. Установить влияние профессии на состояние сердечно-сосудистой
системы и вегетативной регуляции ритма сердца у мужчин Европейского
Севера в контрастные сезоны года.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР ИФ
Коми НЦ УрО РАН “Физиолого-биохимические взаимосвязи в сезонных циклах у
человека на Севере”(№ государственной регистрации 01.2.007 01808), «Физиологобиохимические особенности формирования тканевой гипоксии у человека на
европейском Севере» (№ государственной регистрации 01201050888) и по
Соглашению об участии в научной программе параллельных исследований по
проекту «Марс-500» между ГНЦ РФ – ИМБП РАН и ИФ Коми НЦ УрО РАН.
Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное
исследование функционального состояния сердечно-сосудистой системы и
вегетативной регуляции кровообращения у жителей Европейского Севера
России (г. Сыктывкар, 61о40´с.ш.) с помощью специально созданного для
эксперимента «Марс-500» аппаратно-программного комплекса «Экосан2007». Впервые у жителей Европейского Севера России для оценки состояния
миокарда применен новейший метод дисперсионного картирования
электрокардиограммы. Установлено, что у большинства мужчин-северян
значения индекса «Миокард» находятся у верхней границы среднеширотного
норматива, а у 14,5% обследованных лиц отмечено его превышение.
Величина индекса «Миокард» не зависит от месяца исследования. Впервые
установлено, что в регуляции сердечного ритма у мужчин-северян в течение
годового цикла наблюдения преобладают влияния центрального контура над
автономным. Наиболее выраженная централизация управления сердечным
ритмом зафиксирована в мае-июне и декабре. В группах мужчин 24-30 и 31-49
лет в зимнем периоде выявлены различия в функциональном состоянии сердечнососудистой системы и вегетативной регуляции, в то время как в летнем периоде
4
данных различий не отмечено. Впервые показано, что у мужчин разных
профессий (служащие МЧС и научные сотрудники) наблюдаются
неодинаковые сдвиги со стороны вегетативной регуляции сердечного ритма и
реактивности сосудистой системы в холодный период и центральной
гемодинамики в теплый период года.
Научно-практическая
значимость
исследования.
Данное
исследование проведено в рамках международных проектов «МАРС-105» и
«МАРС-500». Полученные результаты комплексного исследования
функционального состояния сердечно-сосудистой системы группы
сыктывкарцев используются для сравнения с результатами добровольцев,
находившихся в гермокамере макета «марсианского» корабля (г. Москва), а
также участников сателлитных исследований в других городах Российской
Федерации и мира. Полученные результаты дополняют современные
представления об адаптивных перестройках в деятельности сердечнососудистой системы и ее регуляторных механизмов у жителей Европейского
Севера России. На основе обследования мужчин-северян предложены
региональные нормативы показателей вариабельности сердечного ритма,
дисперсионного картирования ЭКГ, центральной гемодинамики.
Результаты исследования применяются в учебном процессе Коми
филиала Кировской государственной медицинской академии (справка о
внедрении от 28.11.2011г.) и в работе Центров здоровья Республики Коми
(справка о внедрении от 17.11.2011г.).
Положения, выносимые на защиту:
1. Воздействие низких отрицательных температур воздуха в начале
зимнего периода приводит к выраженному смещению вегетативного баланса
в сторону преобладания симпатической нервной системы, доминированию
центрального контура регуляции сердечного ритма над автономным,
напряжению регуляторных систем и снижению функциональных резервов
организма мужчин – жителей Европейского Севера России.
2. В зимнем периоде в группах мужчин-северян 24-30 и 31-49 лет
выявлены существенные возрастные различия функционального состояния
сердечно-сосудистой системы и вегетативной регуляции. Летом различия
между группами отсутствуют.
3. У служащих МЧС сердечно-сосудистая система и ее регуляторные
механизмы, вследствие особенностей трудовой деятельности (третий класс
напряженности труда), находятся в более напряженном состоянии, чем у научных
сотрудников (второй класс напряженности труда), особенно в холодное время года.
Апробация работы. Материалы исследования докладывали на V
Международной конференции «Донозология-2009» (Санкт-Петербург, 2009),
Первой Всероссийской (IX) Молодежной научной конференции Института
физиологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, 2010); на XXII Съезде
физиологического общества им. И.П. Павлова (Калуга, 2010); V Симпозиуме с
международным участием “Проблемы адаптации человека к экологическим и
5
социальным условиям Севера” (Сыктывкар, 2010); X Всероссийской
молодежной научной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН
(Сыктывкар, 2011), V научно-практической конференции Северо-западного
федерального округа «Геронтология: от кардиологии к социальноэкономическим аспектам» (Сыктывкар, 2011), на научных семинарах Отдела
экологической и социальной физиологии человека (2009-2011гг.) и
представляли на 5th International Congress of Medicine in Space and Extreme
Environments (Berlin, Germany, 2010), X конференции молодых ученых,
специалистов и студентов, посвященной Дню космонавтики (Москва, 2011),
V Всероссийском симпозиуме с международным участием «Вариабельность
сердечного ритма: теоретические аспекты и практическое применение»
(Ижевск, 2011), I Международной заочной электронной конференции
«Кислотно-основной и температурный гомеостазис» (Сыктывкар, 2011).
Личное участие автора в получении результатов. Автором
самостоятельно выполнена работа по аналитическому исследованию
физиологических показателей. Изучена годовая динамика ВСР, ДК ЭКГ и
других физиологических показателей. Проведен сравнительный анализ
физиологических показателей у мужчин г. Сыктывкара и г. Воронежа.
По материалам исследования опубликовано 20 работ, из них 8 статей в
рецензируемых журналах, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136
страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы,
описания материалов и методов исследования, результатов собственных
исследований и их обсуждения, выводов по работе, списка цитируемой
литературы, приложения. Работа содержит 18 таблиц и 4 рисунка.
Библиография состоит из 264 источников (162 - отечественных и 102 зарубежных авторов).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Первоначально обследовано 62 практически здоровых мужчины из
Республики Коми возрастом 24-49 лет, из которых в дальнейшем для
долговременного мониторинга было отобрано 26 жителей г. Сыктывкара.
Годовой медико-экологический мониторинг проводили с апреля 2009 по
апрель 2010 г. у 12 мужчин-северян возрастом 24-49 лет. Группа
добровольцев-северян включала научных сотрудников и служащих МЧС.
Сравнительное исследование отобранных групп мужчин г. Сыктывкара
(61º40´с.ш.) и г. Воронежа (51º41´с.ш.) проведено с апреля по июнь 2009 г.
Индивидуальные данные 14 мужчин г. Воронежа были любезно
предоставлены Кучковской Т.П. и др. (Институт сердечно-сосудистой
патологии ВГМА им. Н.Н. Бурденко, Воронеж). Изучение профессиональных
и возрастных особенностей физиологического статуса у северян проводили в
контрастные сезоны года: летом (июль, n=22) и зимой (декабрь, n=26). Общее
число человеко-наблюдений составило 208.
6
В исследовании использовали аппаратно-программный комплекс
«Экосан-2007» (Медицинские компьютерные системы, г. Зеленоград),
включающий в себя аппаратно-программные комплексы «Кардивар» (анализ ВСР)
и «КардиоВизор-06» (дисперсионное картирование ЭКГ). Анализ ВСР проводили
в соответствии с рекомендациями группы Российских экспертов (Баевский и др.,
2001). Вычисляли частоту сердечных сокращений (ЧСС), стресс-индекс (SI),
показатель активности регуляторных систем (ПАРС), а также основные
показатели временного (SDNN, RMSSD, pNN50) и спектрального (TP, HF,
LF, VLF, ULF, HF,%, LF,%, VLF,%, LF/HF, IC) анализа ВСР. С помощью системы
скрининга сердца «КардиоВизор-06» регистрировали индекс ДК ЭКГ «Миокард».
Показатели систолического (САД) и диастолического артериального
давления (ДАД) и ЧСС определяли с помощью автоматического тонометра
UA-767 (A&D Company Ltd., Japan). Рассчитывали показатели: пульсовое
давление (ПД), среднединамическое давление по Хикему (СДД), двойное
произведение по Робинсону (ДП), ударный объем крови по Старру (УО),
минутный объем кровообращения (МОК), общее периферическое
сопротивление сосудов по Пуазейлю (ОПСС), индекс функциональных
изменений (ИФИ), вегетативный индекс Кердо (ВИК), уровень физического
здоровья по Апанасенко (УФЗ).
Для оценки реактивности сосудистой системы проводили холодовую
пробу, путем прижатия к коже кисти между большим и безымянным пальцами
стеклянного цилиндра (диаметром 33 мм) со льдом на 30 с (Минх, 1967).
Температуру тела на коже до и после охлаждения измеряли через каждые 60
секунд в течение семи минут с помощью электронного термометра DT-635
(A&D Company Ltd., Japan).
Статистическая обработка полученных результатов. Статистическую
обработку полученных результатов проводили с помощью программ Statistica 6.0
и Биостат 4.03. Проводили проверку выборки на нормальность распределения
вариант. Результаты исследования в тексте, таблицах и графиках
представлены в виде среднего значения показателя и стандартного
отклонения (M±SD), в случае асимметричного распределения вместо них
использованы медиана (Me) и 25-й и 75-й персентили. Статистическую
значимость различий между изучаемыми выборками по анализируемым
показателям оценивали с помощью критериев Манна-Уитни (в случае двух
выборок), Крускала-Уоллиса (в случае трех и более выборок) с
последующим попарным межгрупповым сравнением величин методом
Данна. В случае повторных наблюдений одной выборки применяли критерий
Фридмана с последующим попарным межгрупповым сравнением величин
критерием Ньюмена-Кейлса. Для выявления взаимосвязей между изучаемыми
показателями вычисляли коэффициент ранговой корреляции Спирмена.
Различия и коэффициенты корреляции считали значимыми при p<0,05.
7
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Функциональный статус сердечно-сосудистой системы и вегетативной
регуляции ритма сердца в отобранных группах г. Сыктывкара и г. Воронежа.
Установлено, что САД выше у северян, чем у жителей г. Воронежа в
течение всего периода наблюдения, однако значимо лишь в апреле (130,6±10,1
против 122,1±7,8 мм рт. ст., p<0,05). По уровню ДАД не выявлено значимых
различий между мужчинами обеих групп (82,5±6,5 и 81,2±6,0 мм рт. ст.,
соответственно, p>0,05). Следствием высокого уровня САД у северян является
большие значения ПД (45,2±8,1 против 40,7±3,8 мм рт. ст., p<0,05), СДД
(97,6±6,4 против 94,6±5,7 мм рт. ст., p<0,05). Более высокие значения АД у
северян, по сравнению с мужчинами г. Воронежа, могут быть и следствием
повышенного ОПСС. Частота сердечных сокращений и МОК у северян ниже
(73,1±8,7 уд/мин и 3814±710 мл/мин) (p<0,05), чем у лиц, проживающих в
средней полосе России (80,2±7,9 уд/мин и 4345±513 мл/мин). Следует
отметить, что ЧСС имела значимые различия между двумя группами в апреле
(72,6±8,7 против 79,4±7,4 уд/мин, p<0,05), в то время как МОК – в июле
(3697±803 против 4426±451 мл/мин, p<0,05).
Индекс функциональных изменений выше у сыктывкарцев, чем у
мужчин г. Воронежа (2,60±0,24 против 2,45±0,22 усл. ед., p<0,05). Значения ИФИ
у северян находятся у верхней границы норматива или превышают его, что
свидетельствует о напряжении механизмов адаптации у мужчин г. Сыктывкара.
Для поддержания данного уровня функционирования основных систем
организма у северян повышается напряжение регуляторных систем. Значения
интегрального показателя активности регуляторных систем (ПАРС=3-4
балла) у северян свидетельствуют о состоянии умеренного напряжения
регуляторных систем. У мужчин средней полосы России уровень
функционирования основных систем находится в пределах норматива
(ИФИ<2,59 усл. ед.). Однако у данной группы мужчин отмечено выраженное
функциональное напряжение регуляторных систем (ПАРС=3-5 балла).
Оптимальное напряжение регуляторных систем выявлено лишь у 50,9% мужчин
г. Сыктывкара и у 47,5% мужчин г. Воронежа. У остальных лиц по показателю
ПАРС показаны донозологические или преморбидные состояния организма.
При определении типа вегетативной регуляции у северян отмечено
преобладание числа ваготоников (67%), у мужчин средней полосы России числа нормотоников (65%).
Стресс-индекс (SI) и индекс централизации (IC) у мужчин г. Сыктывкара
находились в пределах норматива показателя. У северян и жителей средней
полосы значимых различий по IC (1,94 против 2,43 усл. ед.) и SI (105,5 против
82,6 усл.ед.) не выявлено.
Индекс ДК ЭКГ «Миокард», количественно оценивающий состояние
миокарда (Иванов, Сула, 2008), значимо не различался у сравниваемых групп
(13,8±3,4 и 13,0±3,0%). Превышение норматива этого показателя выявлено у
14,5% северян, тогда как у воронежцев лишь у 2,7%.
8
Динамика показателей сердечно-сосудистой системы и вариабельности
сердечного ритма в группе мужчин г. Сыктывкара в ходе длительного
мониторинга. Важнейшим фактором формирования функционального
состояния человека являются сезоны года (Сезонная динамика …, 2009).
Распределение мужчин-добровольцев по типам вегетативной регуляции
свидетельствует об отсутствии выраженных различий в спектре типов
регуляции с апреля 2009 по апрель 2010 г. У обследованных северян отмечено
преобладание числа лиц с ваготонией (69%) и нормотонией (27%).
В начальный момент обследования (апрель 2009 г.) зафиксированы
максимальные значения САД и ДАД у мужчин-северян в годовом цикле
наблюдения. Высокие значения данных показателей могут быть следствием
психоэмоционального напряжения. Расчетные показатели ПД, СДД, ДП, ИФИ
в апреле имели наибольшие значения за весь период наблюдения, вследствие
высоких значений АД. Индекс «Миокард» (рис. 1), а также УО, МОК, ОПСС
находились в границах норматива.
21
%
19
17
15
13
11
9
7
IV
V
VI
VII
2009 г.
X
XII
II
IV
2010 г.
Рисунок 1. Годовая динамика индекса «Миокард» у мужчин-северян
(M±SD).
У обследованных мужчин в апреле выявлено сбалансированное
соотношение между активностью парасимпатического и симпатического
отделов ВНС и умеренное напряжение регуляторных систем. Снижение
психоэмоционального напряжения перед записью ВСР, вероятно, объясняет
отсутствие сдвига вегетативного баланса в сторону симпатической звена.
В мае отмечено, что значения большинства показателей гемодинамики
и индекс «Миокард» у северян не изменялись или не значимо снижались по
сравнению с апрельскими значениями, находясь практически на одном
уровне с мая по октябрь.
В конце весны (май) - начале лета (июнь) выявлено смещение
вегетативного баланса в сторону преобладания симпатического звена ВНС.
Оценка результатов анализа ВСР с позиции двухконтурной модели регуляции
сердечного ритма (Баевский, Берсенева, 2008) в данные месяцы показала, что в
регуляции работы сердца доминировали влияния центрального контура над
9
автономным. В мае снижена суммарная активность вегетативного воздействия
на сердечный ритм и возросла активность метаболических уровней регуляции
кровообращения (годовой минимум показателей TP, SDNN, SDNN и
максимум VLF). В июне отмечено постоянное напряжение вазомоторного
центра (годовой максимум показателей LF,%, LF/HF, IC и минимум значений
HF), что может быть результатом воздействия на организм северян высокой
температуры воздуха в помещении и на улице. В конце весны у
обследованных северян отмечено преобладание числа лиц с состояниями
функционального напряжения, а в начале лета – перенапряжения (рис. 2).
Снижение функциональных возможностей организма в данные месяцы могло
быть вызвано, вероятно, высокой температурой окружающей среды.
Г-з
Г-с
П-н
Ш-в
норма
баллы
А-в
7
6
5
4
3
2
1
0
Апрель
2009 г.
Май
Июнь
Июль Октябрь Декабрь Февраль Апрель
2009 г.
Рисунок 2. Динамика индивидуальных значений показателя активности
регуляторных систем в годовом цикле наблюдения у некоторых мужчин-северян.
В июле у обследованных лиц выявлены высокие значения TP.
Увеличение данного показателя свидетельствует о росте вегетативного
воздействия на сердечный ритм. В данный месяц SI, HF,% имели наименьшие
среднемесячные, а LF максимальное значение за весь период наблюдения. У
добровольцев выявлена удовлетворительная адаптация к условиям окружающей
среды и преобладание числа лиц с состоянием нормы (ПАРС=1-3) (рис. 3).
Гомеостаз поддерживается при умеренном напряжении регуляторных систем.
В октябре отмечается оптимальная регуляция сердечного ритма и
напряжения регуляторных систем. Симпатовагусный баланс несколько
смещен в сторону парасимпатического звена ВНС, участие центрального
контура регуляции минимально (годовой минимум значений LF/HF, ULF и
максимум RMSSD). Таким образом, октябрь характеризуется стабилизацией
компенсаторно-приспособительных механизмов.
В декабре у северян выявлено снижение САД (p<0,05), ДАД (p<0,05,
кроме июля) по сравнению с предыдущими месяцами. Увеличение атмосферного
давления и снижение температуры окружающей среды в декабре, явились
10
одной из возможных причин снижения АД. Кроме того, снижение АД также
можно объяснить, по-видимому, с позиции разгрузочного рефлекса Парина
(Авцын и др., 1985). Вследствие снижения АД в декабре расчетные показатели
гемодинамики ДП и СДД, а также ИФИ значимо снижаются (p<0,05).
Формирование МОК у добровольцев в декабре происходило за счет
экономных механизмов гемодинамики – повышения УО и снижения ЧСС.
7
6
баллы
5
4
3
2
1
0
Апрель 2009г.
М ай
Июнь
Июль
Октябрь
Февраль
Декабрь
Апрель 2010г.
Рисунок 3. Динамика среднегрупповых значений показателя активности
регуляторных систем в годовом цикле наблюдения у мужчин-северян (Me,
25-й и 75-й персентиль).
В декабре отмечена высокая активность симпатического отдела ВНС
(наибольшее среднемесячное значение SI), что может быть результатом
воздействия низких температур воздуха и высокого атмосферного давления.
Обращают на себя внимание максимальные значения ULF,мс 2 и VLF,%, что
свидетельствует об активации высших вегетативных центров и возрастании
роли нейрогуморального и метаболических уровней регуляции. Учитывая,
что в декабре выявлены минимальные среднемесячные температуры воздуха
в помещении и на улице, можно полагать, что воздействие температурного
фактора, явилось одной из возможных причин увеличения данных
показателей ВСР.
У большинства обследованных мужчин отмечено напряжение и
перенапряжение регуляторных систем. Дисбаланс в вегетативной регуляции
сердечного ритма оказывает повреждающее действие на электрические свойства
миокарда (Кулешова, 1999). В декабре выявлено увеличение числа лиц с
возможными электрофизиологическими изменениями в миокарде и самый
низкий уровень здоровья по Апанасенко. Ряд исследователей отмечает
повышение смертности в зимний период от сердечно-сосудистых заболеваний
(Charach et al., 2004; Nayha, 2005 и др.).
В конце зимы (февраль) температуры воздуха на улице и в помещении
находились на уровне декабрьских значений, однако атмосферное давление
снизилось (p<0,05). У обследованных добровольцев показатели центральной
11
гемодинамики значимо не изменялись по сравнению со значениями
показателей в декабре. В феврале отмечено усиление суммарной активности
вегетативного воздействия на сердечный ритм и некоторое смещение
вегетативного баланса в сторону парасимпатического влияния (годовой
максимум показателей RMSSD, pNN50, HF, HF,% и минимум LF,%, IC).
Участие центрального контура регуляции сердечного ритма минимально. У
большинства северян отмечено умеренное напряжение регуляторных систем.
По сравнению с декабрем снизилось количество лиц с низким уровнем
здоровья по Апанасенко и значениями индекса «Миокард» выше норматива.
Одним из механизмов адаптации человека к холоду является снижение
средневзвешенной температуры кожи, и соответственно, теплоотдачи через
поверхность кожи (Гудков, Попова, 2008). Температура кожи левой кисти у
мужчин-северян, а также реактивность сосудистой системы в осенне-зимнем
периоде статистически значимо ниже, чем в апреле (p<0,05) и июле (p<0,05).
Изменения метеорологических условий при переходе от зимы к весне
существенно не повлияли на гемодинамику, состояние миокарда и уровень
здоровья северян. Однако у мужчин-добровольцев в апреле выявлено
усиление активности симпатического и снижение парасимпатического звена
ВНС, при этом участие нейрогуморальных и метаболических уровней в
регуляции кровообращения остается на прежнем уровне. Таким образом, у
добровольцев напряжение регуляторных систем усиливается.
Температура воздуха окружающей среды и показателей микроклимата
в помещении в апреле 2009 и 2010 г. значимо не различались. Показатели
вариабельности сердечного ритма, индекс «Миокард», уровень физического
здоровья по Апанасенко в данные месяцы значимо не различались, однако в
апреле 2010 г. выявлены более низкие значения показателей гемодинамики
САД (p<0,05), ПД (p<0,05), СДД (p<0,05). Данные изменения были, вероятно,
следствием исчезновения психоэмоционального напряжения, свойственного
первому обследованию.
Возрастные особенности сердечно-сосудистой системы и вариабельности
сердечного ритма в отобранной группе мужчин г. Сыктывкара в
холодный и теплый периоды года. Возрастные изменения в организме
человека могут быть разделены на два периода - восходящего и нисходящего
развития. Первый период заканчивается при достижении полной зрелости
организма, второй начинается в 30-35 лет (Чеботарев, 1982).
Значимых различий по АД и ЧСС между мужчинами 24-30 («молодые»)
и 31-49 лет («зрелые») не выявлено, как зимой, так и летом. Показатели ПД,
СДД, ИФИ также значимо не различались у мужчин разного возраста. У
«молодых» мужчин УО выше, а ОПСС ниже, чем у «зрелых», причем зимой
различие между группами статистически значимые (p<0,05). Минутный
объем кровообращения уменьшается с возрастом (p<0,05).
Не выявлено изменений уровня физического здоровья по Апанасенко у
обследованных мужчин-северян с возрастом. У добровольцев обеих
12
возрастных групп выявлен «низкий» и «ниже среднего» уровень здоровья.
Данные значения УФЗ могут быть следствием влияния неблагоприятных
климатических и иных факторов Севера на организм человека.
Распределение лиц по типам вегетативной регуляции в обеих возрастных
группах свидетельствует о преобладании мужчин с ваготонией. Показано, что у
жителей Европейского Севера России ВСР снижается с возрастом, о чем
свидетельствует снижение показателей TP и SDNN (табл. 1). У «зрелых»
мужчин в декабре выявлено снижение показателей активности
парасимпатического отдела ВНС (RMSSD, pNN50, абсолютной и
относительной мощности HF-волн), что в совокупности с повышением IC и
относительной доли VLF-волны позволяет говорить о преобладании
центрального контура регуляции ритма сердца над автономным у данной группы
обследованных лиц. В теплое время года SI находился на одном уровне в обеих
возрастных группах, однако зимой у «зрелых» мужчин отмечается более высокое
значение данного показателя, находящееся на верхней границе норматива.
Таблица 1.
Показатели вариабельности сердечного ритма у мужчин разных
возрастных групп в контрастные сезоны года (Ме, 25-й и 75-й персентиль)
Лето (июль 2009 г.)
Зима (декабрь 2009 г.)
Показатель
«Молодые»
«Зрелые»
«Молодые»
«Зрелые»
(n=11)
(n=11)
(n=13)
(n=13)
45,06
42,54
48,50*
35,98*
SDNN, мс
43,90;47,89
33,11;53,00
36,10;63,22
30,85;40,26
37,00
29,00
29,00*
19,00*
RMSSD, мс
32,50;40,50
23,00;33,50
26,00;41,00
16,00;27,00
98,0
101,5
108,0
138,0
SI, усл. ед.
83,5;111,0
87,2;150,0
55,0;129,0
100,0;177,0
1708
1307
1898
1067
TP, мс2
1616;1941
795;1643
1021;3118
698;1439
432
271
296*
146*
HF, мс2
374;562
156;390
241;648
95;303
680
347
635*
308*
LF, мс2
601;984
241;484
321;1579
233;396
159
197
297
212
VLF, мс2
124;238
129;252
208;426
128;279
159
246
216
340
ULF, мс2
125;191
190;470
140;342
119;387
1,93
2,76
3,18
3,66
IC, усл. ед.
1,75;2,58
1,38;3,56
2,31;5,49
2,31;6,37
3,00
3,00
4,00
4,00
ПАРС, баллы
2,50;3,50
2,00;4,75
3,00;6,00
3,00;5,00
Примечание: * - различия статистически значимые между показателями у
мужчин разного возраста (p<0,05).
13
В обеих возрастных группах летом отмечена удовлетворительная
адаптация к условиям окружающей среды, при которой имеются достаточные
функциональные возможности организма и гомеостаз поддерживается при
умеренном напряжении регуляторных систем (ПАРС=3). Зимой вследствие
воздействия неблагоприятных климатических факторов (очень низкая
температура воздуха, высокое атмосферное давление, низкая относительная
влажность воздуха) у «молодых» и «зрелых» мужчин для поддержания
равновесия организма с окружающей средой развивается выраженное
напряжение
регуляторных
систем
(ПАРС=4)
с
мобилизацией
функциональных резервов.
Сердечно-сосудистая система и ее регуляторные механизмы у
мужчин-северян разных профессий в контрастные сезоны года. У
обследованных
лиц
выявлены
профессиональные
особенности
функционирования сердечно-сосудистой системы и вегетативной регуляции
сердечного ритма в контрастные сезоны года.
Служащие МЧС имеют более высокие, особенно летом, значения САД
(131,2±11,6 против 120,1±8,2 мм рт. ст., p<0,05), ДАД (86,2±9,1 против
77,1±5,1 мм рт. ст., p<0,05), СДД (101,3±9,6 против 91,5±5,7 мм рт. ст.,
p<0,05), чем научные сотрудники, что свидетельствует о более напряженном
режиме функционирования сердечно-сосудистой системы у служащих МЧС.
Частота сердечных сокращений у служащих МЧС и научных сотрудников
значимо не различались (71,9±10,1 против 68,8±10,2 уд/мин и 70,2±5,3 против
66,0±7,8 уд/мин, соответственно, в июле и декабре, p>0,05). Показатели УО,
МОК, ОПСС также значимо не различались между обеими группами лиц.
Более высокие значения ИФИ у служащих МЧС (2,79±0,29 против 2,38
усл. ед., p<0,05), выходящие за границу норматива, говорят о напряжении
механизмов адаптации. Тогда как у научных сотрудников выявлена
«удовлетворительная адаптация». Уровень физического здоровья по
Апанасенко летом выше у научных сотрудников, чем у служащих МЧС (2,0
против 6,5 балла, p<0,05). В холодное время года различия между группами
нивелируются (2,5 против 3,0 балла, p>0,05).
Показатель ДК ЭКГ «Миокард» значимо не различался между
группами мужчин. У научных сотрудников индекс «Миокард» превышал
верхнюю границу норматива и отличался высокой стабильностью в течение
периода наблюдения (15,7±4,0 и 15,5±3,6%, соответственно, в июле и
декабре, p>0,05). У служащих МЧС данный индекс несущественно возрастал
от лета к зиме (12,4±3,2 и 14,7±4,5%, p>0,05).
Летом у служащих МЧС и научных сотрудников, при определении
типа вегетативной регуляции, отмечено преобладание числа ваготоников (70
и 100%, соответственно). В зимний период в обеих группах северян отмечено
увеличение числа нормотоников до 50%.
14
В летний период статистически значимых различий в вегетативной
регуляции сердечного ритма между обеими группами мужчин не выявлено
(табл. 2). У служащих МЧС и научных сотрудников в июле отмечено
умеренное напряжение регуляторных систем, функциональные резервы
организма достаточны, но ограничены, вегетативный баланс оптимален,
активность высших уровней регуляции минимальна.
Таблица 2.
Показатели вариабельности сердечного ритма у служащих МЧС и научных
сотрудников в разные сезоны года (Ме, 25 и 75 персентиль)
Лето (июль 2009 г.)
Зима (декабрь 2009 г.)
Служащие
Научные
Служащие
Научные
Показатель
МЧС
сотрудники
МЧС
сотрудники
(n=12)
(n=10)
(n=13)
(n=13)
32,50^
32,00
16,50^*
30,50*
RMSSD, мс
29,25;43,5
27,00;35,50
14,25;26,75
25,50;37,75
112,0
95,0
156,5*
91,0*
SI, усл. ед.
80,8;138,5
89,5;102,0
110,2;187,0
56,5;129,8
1563
1621
824*
1611*
TP, мс2
794;1796
1365;1836
653;1829
1150;2933
352
389
130*
314*
HF, мс2
181;590
293;417
79;263
253;664
357
678
298
602
LF, мс2
233;602
469;994
233;488
315;1360
198
159
203
268
VLF, мс2
122;247
129;276
130;295
218;457
191
204
171
337
ULF, мс2
161;386
150;428
79;369
216;421
1,80^
2,63
3,97^
2,86
IC, усл. ед.
1,34;3,26
2,08;2,98
2,57;7,66
2,26;5,13
3,50
3,00
4,50
3,50
ПАРС, баллы
2,00;4,75
2,50;3,00
3,75;6,00
3,00;5,00
Примечание: * - различия статистически значимы между показателями
представителей разных профессий (p<0,05); ^ - различия статистически
значимы между показателями в разные сезоны (p<0,05).
Зимой выявлены выраженные различия в вегетативной регуляции
ритма сердца между обследованными группами лиц. У научных сотрудников
практически все показатели ВСР находились на уровне летних значений. У
служащих МЧС в данный период года, вероятно, вследствие особенностей
труда и большего нахождения под действием неблагоприятных
экологических факторов выявлено снижение парасимпатического и
увеличение симпатического влияния на сердечный ритм (увеличение SI,
LF/HF, LF,% и снижение RMSSD, pNN50, HF, HF,%). Для поддержания
равновесия организма с окружающей средой у служащих МЧС растет
15
активность центрального контура регуляции (увеличение IC), в том числе
высших
вегетативных
центров
гипоталамо-гипофизарного
уровня,
мобилизуются функциональные резервы организма и усиливается
напряжение регуляторных систем (снижение SDNN, TP и увеличение ПАРС).
Включение в процессы адаптации центральных звеньев регуляторного
механизма направлено на повышение адаптивных возможностей организма
(Баевский, Берсенева, 2008).
Температура кожи кисти зимой выше у служащих МЧС (p<0,05), тогда
как летом различий не выявлено (рис. 4). В декабре у обследованных мужчин
разных профессий выявлены различия реакции периферического
кровообращения на дозированную холодовую нагрузку. У служащих МЧС
восстановительный период после локального холодового воздействия
происходил с большей скоростью по сравнению с научными сотрудниками,
что говорит о более совершенной адаптационной способности
терморегуляторного аппарата кожи и меньшем напряжении механизмов
теплового обмена. Летом у служащих МЧС и научных сотрудников различий
в темпе восстановления температуры кожи кисти после охлаждения, за
исключением температуры кожи на шестой и седьмой минуте, не выявлено.
o
40 C
30
*
*
20
10
до
0 мин 1 мин
2 мин
3 мин 4 мин
5 мин 6 мин
7 мин
а)
o
40
30
Служащие МЧС
C
*
*
Научные сотрудники
*
*
*
*
*
*
20
10
до
0 мин 1 мин 2 мин 3 мин 4 мин 5 мин 6 мин 7 мин
б)
Рисунок 4. Результаты холодовой пробы у мужчин разных профессий
в июле (а) и декабре (б).
Примечание: * - p<0,05 по сравнению с научными сотрудниками.
16
ВЫВОДЫ
1. Разница по географической широте проживания в 10º отражается на
функциональном состоянии сердечно-сосудистой системы организма. У мужчин
жителей г. Сыктывкара (61º40´с.ш.) по сравнению с мужчинами г. Воронежа (51º41´с.ш.)
выше систолическое артериальное давление, среднединамическое давление, общее
периферическое сопротивление сосудов, индекс функциональных изменений, но
ниже частота сердечных сокращений, минутный объем крови. В сравниваемых
группах мужчин не обнаружено различий в показателях вариабельности сердечного
ритма (стресс-индекс, индекс централизации) и дисперсионного картирования
электрокардиограммы.
2. В регуляции работы сердца у мужчин-северян в течение годового цикла
наблюдения преобладают влияния центрального контура над автономным.
Наиболее выраженная централизация управления сердечным ритмом
зафиксирована в мае-июне и декабре.
3. У мужчин – жителей Европейского Севера воздействие повышенного
атмосферного давления и низких отрицательных температур воздуха в начале
зимнего периода (декабрь) приводит к снижению систолического и
диастолического артериального давления, среднединамического давления,
индекса функциональных изменений. В остальные месяцы года показатели
центральной гемодинамики у мужчин-северян находились на стабильном уровне.
Интегральный показатель дисперсионного картирования ЭКГ («Миокард») у
мужчин Европейского Севера не зависит от месяца обследования.
4. В теплый период года у мужчин-северян разного возраста (24-30 и 31-49 лет)
показатели центральной гемодинамики и вегетативной регуляции не различаются.
Возрастные особенности проявляются зимой, когда в обеих группах наблюдается
доминирование центрального контура регуляции, с включением более высоких
уровней регуляции сердечного ритма в группе 31-49 лет.
5. У представителей разных профессий (служащие МЧС и научные работники)
наблюдаются различия в вегетативной регуляции ритма сердца в холодный период и
центральной гемодинамики в теплый период года. В июле у служащих МЧС
показатели центральной гемодинамики (систолическое и диастолическое
артериальное давление, среднединамическое давление, индекс функциональных
изменений) выше, чем у научных сотрудников, тогда как зимой различия
нивелируются. В декабре у служащих МЧС обнаруживается снижение показателей
парасимпатического звена вегетативной нервной системы (RMSSD, pNN50, HF,%) и
повышение индекса централизации. У научных сотрудников как зимой, так и летом
различий по показателям вариабельности сердечного ритма не выявляется.
6. У мужчин Европейского Севера России наблюдаются сезонные и
профессиональные различия адаптационной способности терморегуляторной
системы. Наибольшая реактивность сосудистой системы у северян отмечается
летом, наименьшая – в начале зимнего периода. В декабре у служащих МЧС
(больше контактирующих с внешней средой) восстановление температуры кожи
кисти после холодовой пробы происходит скорее, чем у научных сотрудников
(меньше пребывающих на открытом воздухе), а в июле различия между группами
нивелируются.
17
Список работ, опубликованных по теме диссертации
Статьи в журналах списка ВАК:
1. Солонин Ю.Г., Марков А.Л., Бойко Е.Р. Результаты годового медикоэкологического мониторинга жителей Севера России // Авиакосмическая и
экологическая медицина. 2010. № 4. С. 62-66.
2. Солонин Ю.Г., Марков А.Л., Потолицына Н.Н., Людинина А.Ю., Бойко Е.Р.
Физиологический статус и показатели соматического здоровья у мужчин-северян –
участников проекта «Марс-500» // Экология человека. 2011. № 5. С. 18-23.
3. Солонин Ю.Г., Марков А.Л., Бойко Е.Р. Результаты донозологических
исследований участников 105-суточного эксперимента «Марс-500» на Севере России
// Технологии живых систем. 2011. Т. 8. № 1. С. 36-40.
4. Солонин Ю.Г., Марков А.Л., Бойко Е.Р. Функциональные показатели
здоровья у мужчин-северян // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2011. Вып. 3 (7). С. 43-47.
5. Солонин Ю.Г., Марков А.Л., Бойко Е.Р. Физиологический статус
участников проекта «Марс-500» на Севере в разные сезоны года // Вестник ТвГУ.
Серия «Биология и экология». 2011. Вып. 24. № 32. С. 44-53.
6. Марков А.Л. Сезонные особенности реактивности кровеносных сосудов
кисти у мужчин-северян // В мире научных открытий. 2012. № 2 (26). С. 73-76.
Статьи в рецензируемых журналах:
7. Солонин Ю.Г., Марков А.Л., Потолицына Н.Н., Бойко Е.Р., Черных А.А.
Профессиональные особенности физиологического статуса сыктывкарских
участников проекта «Марс-500» // Известия Коми НЦ УрО РАН. 2010. № 4. С. 42-46.
8. Солонин Ю.Г., Марков А.Л., Бойко Е.Р., Кучковская Т.П., Минаков Э.В.,
Стрелецкая Г.Н. Сравнение результатов донозологических исследований жителей
разных широт – участников эксперимента «Марс-500» // Донозология и здоровый
образ жизни. 2010. №2 (7). С. 22-27.
Другие публикации в научных изданиях (основные):
9. Марков А.Л. Годовая динамика показателей дисперсионного
картирования электрокардиограммы у участников проекта «Марс-500» // Тезисы
докладов IX Всероссийской молодежной научной конференции Института
физиологии Коми НЦ УрО РАН «Физиология человека и животных: от
эксперимента к клинической практике». Сыктывкар, 2010. С. 102-105.
10. Solonin Y., Boiko E., Markov A. Satellite Experiment of «Mars 500» Project
in Russian European North // 5th International Congress of Medicine in Space and
Extreme Environments. Berlin, Germany, 2010. P. 64.
11. Марков А.Л. Сезонные изменения физиологических функций у северянучастников проекта «Марс-500» // XXI Съезд Физиологического общества им.
И.П. Павлова. Калуга, 2010. С. 384.
12. Марков А.Л. Показатели вариабельности сердечного ритма у мужчин
Европейского Севера России // Материалы докладов X Всероссийской
молодежной научной конференции Института физиологии Коми НЦ УрО РАН
«Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике».
Сыктывкар, 2011. С. 140-143.
18
13. Марков А.Л. Динамика показателей дисперсионного картирования ЭКГ
у сыктывкарских участников проекта «Марс-105» // Материалы X Конференции
молодых ученых, специалистов и студентов, посвященная Дню космонавтики.
Москва: ГНЦ РФ - ИМБП РАН, 2011. С. 47-48.
14. Марков А.Л. Возрастные особенности сердечного ритма у мужчинсеверян // Здоровье человека на Севере. 2011. Т. 4. № 2. C. 37-38.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
АД – артериальное давление
ВНС – вегетативная нервная система
ВСР – вариабельность сердечного ритма
ДАД – диастолическое артериальное давление
ДК ЭКГ – дисперсионное картирование электрокардиограммы
ДП – двойное произведение
ИФИ – индекс функциональных изменений
МОК – минутный объем кровообращения
ОПСС – общее периферическое сопротивление сосудов
ПАРС – показатель активности регуляторных систем
ПД – пульсовое давление
САД – систолическое артериальное давление
СДД – среднединамическое давление
УО – ударный объем крови
УФЗ - уровень физического здоровья
ЧСС – частота сердечных сокращений
HF - среднее значение мощности спектра высокочастотного компонента ВСР
HF,% - мощность спектра высокочастотного компонента вариабельности, в % от
суммарной мощности колебаний
IC - индекс централизации
LF - среднее значение мощности спектра низкочастотного компонента ВСР
LF,% - мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности, в % от
суммарной мощности колебаний
LF/HF - отношение средних значений низкочастотного и высокочастотного
компонента ВСР
pNN50 - число пар кардиоинтервалов с разностью более 50 мс, в % к общему
числу кардиоинтервалов в массиве
RMSSD - квадратный корень суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов
SDNN - стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов
SI - стресс-индекс или индекс напряжения регуляторных систем организма
ТР - суммарная мощность спектра ВСР
VLF - среднее значение мощности спектра очень низкочастотного компонента ВСР
VLF,% - мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности, в
% от суммарной мощности колебаний
ULF - среднее значение мощности спектра ультра низкочастотного компонента ВСР
19
Лицензия № 0025 от 20.06.96
Компьютерный набор. Формат 60x90 1\16
Бум. Kym Lux. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. 1
Тираж 100
Заказ № 117
Информационно-издательский отдел
Федерального государственного бюджетного учреждения науки
Института физиологии Коми научного центра Уральского отделения
Российской академии наук
20