V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….3

1. Проблема объективизации оценки уровня здоровья……….4

1.1. Здоровье как показатель степени адаптации организма к условиям окружающей среды…………………………………………………………………4

1.2. Система кровообращения как индикатор

состояния организма…………………………………………………………..6

2. Теоретические и прикладные аспекты изучения сердечного ритма в возрастной физиологии……………………11

2.1. Основные показатели математического анализа сердечного ритма и их физиологический смысл…………………………………………………………...11

2.2. Возрастные и региональные особенности сердечного ритма при адаптации к физической нагрузке…………………………………………………15

3 .Методика математического анализа сердечного ритма..18

3.1. Определение принадлежности к группам вегетативной регуляции…..18

3.2. Комплексная оценка вариабельности сердечного ритма у детей и подростков…………………………………………………………………………..20

ВЫВОДЫ……………………………………………………………………...........21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………….22

ВВЕДЕНИЕ

Цель – рассмотреть возможности математического анализа сердечного ритма в изучении возрастных и индивидуальных особенностей вегетативной регуляции у детей и подростков.

Актуальность работы определяется необходимостью научно обоснованной оценки состояния регуляторных систем организма детей и подростков. При ранжировании результатов и определении «групп риска», отнесенные к которым лица прежде всего нуждаются в коррекционных и профилактических занятиях, специалистам необходимы данные об отклонениях параметров сердечного ритма, характерных для этих групп риска, а также нормативные данные по каждой возрастно-половой группе учащихся. Эти данные в разных регионах России имеют существенные различия. Более того, вполне вероятно, что представление о норме должно быть уточнено даже в пределах одной области и даже города.

Регулярные занятия физкультурно-спортивной деятельностью являются важнейшим фактором становления здорового образа жизни у детей и подростков, организации оптимальной двигательной активности, оказывающей глубокое воздействие на все системы организма и определяющей динамику процессов его возрастного развития. Для объективной оценки эффективности организационных и педагогических условий в образовательных учреждениях в ходе медико-педагогического мониторинга физического состояния учащихся при овладении образовательными программами уже недостаточно сведений о принадлежности к медицинским группам, количестве пропусков уроков по болезни и т.п. Разработка и экспериментальное обоснование современных образовательных технологий должна подкрепляться данными, полученными с помощью информативных, безопасных, не требующих много времени и определенного уровня мотивации обследуемых инструментальных методик. Одной из таких методик является математический анализ сердечного ритма, позволяющий дать разностороннюю характеристику вегетативной регуляции и, вместе с тем, степени адаптации к условиям среды у детей и подростков.

1. Проблема объективизации оценки уровня здоровья

1.1. Здоровье как показатель степени адаптации организма к условиям окружающей среды

Существует около ста определений понятия «здоровье». В большинстве случаев эти определения исходят из того, что здоровье является конкретным, качественно специфическим состоянием человека, которое характеризуется нормальным течением физиологических процессов, обеспечивающим его оптимальную жизнедеятельность. Здоровье как функциональный оптимум определяется соответствующими внутренними и внешними условиями, причинами, факторами ( возраст, пол, наследственность, профессия, социальные, природные и производственные факторы). В уставе ВОЗ здоровье определяется как состояние полного физического, психического и социального благополучия, а не только как отсутствие" болезни или физических дефектов. Следовательно, в понятие «здоровье» в качестве непременного критерия должна входить возможность полноценной активной трудовой и общественной деятельности. Болезнь не только препятствует, но и нередко значительно ограничивает либо совсем лишает человека этой возможности. Переход от здоровья к болезни можно рассматривать как процесс постепенного снижения способности организма приспосабливаться к изменениям социальной и производственной среды, окружающих условий, что в итоге ведет к снижению общественных, социальных и трудовых функций. Здоровье является необходимой предпосылкой для полной реализации биосоциальных возможностей человека, для удовлетворения его индивидуальных и общественных, материальных и духовных потребностей (Р.М. Баевский, 1991).

В общем плане под здоровьем понимают возможность организма активно адаптироваться к условиям окружающей среды, взаимодействуя с ней свободно, на основе биологической, психологической и социальной сущности человека. Состояние здоровья человека динамично в связи с изменением окружающей среды (И. И. Брехман, 1990). Поэтому здоровье можно определить не как состояние, а как процесс, здоровье — это процесс сохранения и развития физиологических, биологических и психических функций, оптимальной трудовой и социальной активности при максимальной продолжительности активной творческой жизни.

В общебиологическом плане здоровье можно определить как гармоническое единство всевозможных обменных процессов между организмом и окружающей средой и как результат этого — согласованное течение разнообразных обменных процессов внутри самого организма, проявляющееся в оптимальной жизнедеятельности его органов и систем

(Р.М. Баевский, 1991).

Организм человека, испытывающий в условиях современного научно-технического прогресса непрерывные стрессорные воздействия (производственные, психоэмоциональные и др.), необходимо рассматривать как динамическую систему, которая непрерывно приспосабливается к условиям окружающей среды путем изменения уровня функционирования отдельных систем и соответствующего напряжения регуляторных механизмов. Приспособление, или адаптация, к новым условиям достигается ценой затраты функциональных ресурсов организма, за счет определенной «биосоциальной платы» (А.Н. Авцин, 1974). И.В. Давыдовский (1962) предложил термин «цена адаптации». Адаптация как одно из фундаментальных свойств живой материи является результатом и средством разрешения внутренних и внешних противоречий, она существует и формируется на грани жизни и смерти, здоровья и болезни, за счет их столкновения и взаимоперехода.

Плата за адаптацию зависит от резервных возможностей организма. Плата, которая вышла за пределы «биосоциального бюджета» и требует от организма все новых усилий, ведет к полому адаптационного механизма. Это носит не только биологический но и социальный характер и достигается иногда ценой определенных повреждений, той или иной дисгармонией по сравнению с нормой (А.Н. Авцин, 1974).

Реакция организма в процессе взаимодействия с фактором окружающей среды протекает по-разному, в зависимости от силы воздействующего фактора, времени воздействия и адаптационных возможностей организма, которые определяются наличием функциональных ресурсов. В ответ на воздействие факторов, имеющих стрессорный характер, в организме возникает общий адаптационный синдром, который имеет неспецифический характер. Он облегчает деятельность перенапряженных структур биосистемы поэтому рационален и биоэнергетически целесообразен. В процессе неспецифической адаптационной реакции образуются дополнительные количества энергии, используемой организмом для сохранения функциональной устойчивости в неадекватных условиях среды. Если действующий фактор невелик по силе или его воздействие кратковременно, то организм может сохранить удовлетворительную адаптацию, то есть высокие функциональные возможности. В случае значительной силы воздействия или большой его продолжительности возникает выраженное напряжение регуляторных систем, включая симпато-адреналовую систему и корковые механизмы регуляции. Перенапряжение систем регуляции может привести к истощению защитных сил организма, снижению его функциональных возможностей. Специфические изменения могут выявляться на всех стадиях адаптационного синдрома, но преобладающими они становятся на стадии истощения защитных сил организма. При этом формируются определенные синдромы патологических состояний или функциональных нарушений, характерные для конкретных условий. Состояние целостного организма как результат деятельности функциональной системы определяется оптимальностью управляющих воздействий, их способностью обеспечить уравновешенность организма со средой и его адаптацию к условиям существования. Адаптационно-приспособительная деятельность требует затрат энергии и информации, в связи с чем можно говорить о «цене» адаптации, которая определяется степенью напряжения регуляторных механизмов и величиной функциональных резервов ( А.Н. Авцин, 1974).

1.2. Система кровообращения как индикатор

состояния организма

Состояние целостного организма как результат деятельности функциональной системы определяется оптимальностью управляющих воздействий, их способностью обеспечить уравновешенность организма со средой и его адаптацию к условиям существования (Р.М. Баевский,1997) . Эти представления легли в основу классификации функциональных состояний организма, предложенной Р.М. Баевским (1979).

Состояние удовлетворительной адаптации обычно отождествляется с нормой. Оптимальность адаптации, свойственная здоровью, проявляется в способности сохранять в различных ситуациях уравновешивание со средой при умеренной плате за адаптацию. В состоянии удовлетворительной адаптации выделяют состояние специализированной адаптации, которая вырабатывается у лиц, специально подготовленных к определённым видам деятельности (спортсмены, космонавты, водолазы и др.) или адаптированных к длительному влиянию экстремальных факторов среды (проживание в условиях Заполярья и т. п.). Данное состояние достигается перестройкой доминирующих в данной ситуации систем, в результате организм приобретает резистентность к конкретным действующим факторам. Подобная перестройка происходит на фоне существенного напряжения важных в данный момент органов и систем.

Состояние функционального напряжения является первичной оперативной реакцией на воздействие стрессоров. При этом происходит мобилизация функциональных резервов, повышение уровня функционирования систем. Усиливается согласованность работы различных органов и систем за счёт централизации управления функциями.

Состояние неудовлетворительной адаптации характеризуется снижением уровня функционирования систем организма, рассогласованием отдельных их элементов, развитием утомления. Данное состояние является результатом перенапряжения функциональных систем организма. Организм пытается приспособиться к чрезвычайным условиям путем изменения активности отдельных систем и соответствующим напряжением регуляторных механизмов (повышается плата за адаптацию). Однако специфические патологические изменения ещё отсутствуют.

Состояние срыва адаптации соответствует дезадаптации организма. При этом возникают локальные очаги изнашивания структур.

Преобразование одного состояния в другое выражает ступенчатое снижение степени адаптированности (А.П.Берсенева, 1996). Р.М.Баевский отмечает что одним из параметров степени адаптации можно считать напряжение регуляторных механизмов.

В 1963 г. Р.М.Баевским и В.В.Париным была сформулирована концепция о системе кровообращения как индикаторе адаптационно-приспособительной деятельности организма. Система кровообращения благодаря тонким и чувствительным аппаратам саморегуляции активно участвует во всех проявлениях жизнедеятельности, обеспечивая необходимый конечный результат деятельности управляющих и управляемых звеньев целостного организма путем доставки адекватного количества кислорода и питательных веществ и своевременного удаления отходов. Система кровообращения с ее нейрогуморальным аппаратом управления и саморегуляцией реагирует на малейшие изменения потребностей отдельных органов и систем и обеспечивает согласование кровотока в них с гемодинамическими параметрами на организменном уровне. Все это дает основание рассматривать систему кровообращения в качестве универсального индикатора адаптационно-приспособительной деятельности целостного организма.

Из показателей кровообращения наиболее доступным является исследование ритма сердца. При этом подразумевается, что заключенная в последовательном ряду R-R интервалов информация не только содержит сведения об автоматии сердца как о локальном свойстве конкретных возбудимых структур, но и отражает характер процессов, происходящих в системе управления синусового узла. Эта система, в свою очередь, и служит индикатором более общих изменений в организме, обусловленных стрессовой реакцией.

Систему управления ритмом сердца Р.М.Баевский (1968) условно представил в виде двух контуров: высшего (центрального) и низшего (автономного). Эти контуры обеспечиваются информацией прямой и обратной связи по нервному и гуморальному каналам (НК и ГК). Автономный контур связан с перестройкой уровня функционирования синусового узла в соответствии с дыхательными изменениями кровенаполнения сердечных полостей. В этом контуре основное значение имеют изменения тонуса ядер блуждающего нерва. Контур автономной регуляции обеспечивает в конечном итоге переход роли водителя ритма от одной клетки синусового узла к другой. Такой переход осуществляется в результате связанных с дыхательными колебаниями тонуса симпатического и парасимпатического нервов изменений порогового потенциала, крутизны деполяризации и проницаемости клеточных мембран, а также соотношений концентраций ионов натрия, кальция, калия (Ситдиков, 1981) (Руководство по физиологии сердца, 1980, В.В.Фролькис, В.П. Конради)

Центральный контур управления является источником корректирующих воздействий на синусовый узел через автономный контур. Процессы управления в организме обеспечивают: А – перестройку функциональной структуры в связи с изменениями условий внешней среды; Б – гомеостатическое регулирование взаимодействия различных физиологических систем внутри организма (межсистемный уровень регуляции); В – уравновешивание различных звеньев регуляции внутри отдельных систем (внутрисистемный уровень регуляции). В центральном контуре управления можно условно выделить названные уровни А, Б, В (рис.1); при этом под уровнем В следует понимать экстракардиальное управление параметрами системы кровообращения. Данный уровень, в частности представлен модуляторным сердечно-сосудистым центром, расположенным в продолговатом мозгу. Этот центр обеспечивает регуляцию артериального давления, минутного объема кровообращения, сосудистого сопротивления посредством вагусных (холинергических) и симпатических возбудительных волокон. Он функционирует в тесном взаимодействии с высшими нервными структурами, хотя и обладает значительной «независимостью». К числу этих структур относится гипоталамус, который интегрирует рефлекторные вегетативные и гормональные влияния различных систем организма и координирует с ними деятельность системы кровообращения. Это уровень Б – межсистемное регулирование функций. Уровень А – системы, обеспечивающие взаимодействие организма с внешней средой.

Центральный контур

А ВС

Б

В

ГК

S V НК

Синусовый узел

Автономный контур

Рис. 1. Двухконтурная система управления ритмом сердца

(по Р.М. Баевскому (1979)).

Вмешательство высших уровней (механизмов) управления в работу низших происходит только в том случае, когда поток информации (энергии и вещества) превышает возможность управляемого механизма. Такое вмешательство становится необходимым и в случае нарушения взаимной координации нескольких подсистем (контуров, механизмов) низшего уровня. Оптимальное сочетание принципов централизации и автономности управления в живом организме обеспечивает максимальную адаптивность целостной системы при ее взаимодействии с факторами внешней среды

(Р.М. Баевский,1979).

Усиление централизации управления сердечным ритмом выражается в увеличении компонентов синусовой аритмии, появлении медленных волн со все более высокими периодами и возрастании их мощности. Дыхательные колебания ритма сердца при активации более высоких уровней управления ослабляются. По степени вмешательства в работу низших уровней высшие уровни регуляции могут занимать позицию контроля, регуляции или управления. Вмешательство внешних механизмов (высший уровень регуляции) в деятельность внутреннего, превышающее его роль «координатора», указывает на то, что система в целом находится в состоянии адаптивной перестройки, осуществляет приспособление к новым условиям, тому или иному действующему на нее раздражителю. Затраты энергии, информации и структуры на управление нижележащими контурами при необходимости вмешательства в их деятельность также являются одной из форм напряжения регуляторных механизмов (Р.М. Баевский, 1986).

Математический анализ сердечного ритма используется как новый метод исследования процессов регуляции в живом организме. При этом принципиальное значение имеет возможность судить о сложных явлениях, развертывающихся в глубоких структурах мозга, на основе регистрации доступных физиологических сигналов о ритме сердечных сокращений.

2. Теоретические и прикладные аспекты изучения сердечного ритма в возрастной физиологии

2.1. Основные показатели математического анализа сердечного ритма и их физиологический смысл

Деятельность регуляторных механизмов управления системы кровообращения проявляется в вариабельности кардиоинтервалов. При изучении вариабельности выделяют три группы методов, направленных соответственно на анализ: 1) суммарной (общей) вариабельности без учета порядка следования отдельных кардиоинтервалов – статистический анализ и вариационная пульсометрия; 2) зависимостей между предыдущими и последующими значениями продолжительности сердечного цикла в исследуемом динамическом ряду кардиоинтервалов – корреляционная ритмография и автокорреляционный анализ; 3) «волновой структуры» динамического ряда кардиоинтервалов, т. е. распределения различных периодических составляющих – спектральный анализ (Р.М. Баевский,1979). Комплекс математико-статистических показателей, получаемых в результате использования указанных методов, представляет собой информацию для оценки состояния системы регуляции сердечного ритма. Ниже нами рассматриваются основные показатели математического анализа последовательности кардиоинтервалов.

Статистические характеристики динамического ряда кардиоинтервалов включают: математическое ожидание (М), среднее квадратичное отклонение (σ). Значение М характеризует среднюю ЧСС и отражает конечный результат всех регуляторных влияний на сердце и систему кровообращения в целом. Среднее квадратическое отклонение значений динамического ряда кардиоинтервалов представляет собой один из основных показателей вариабельности сердечного ритма и характеризует состояние механизмов регуляции. Он указывает на суммарный эффект влияния на синусовый узел симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. Увеличение этого показателя свидетельствует об увеличении тонуса парасимпатической регуляции.

Вариационная пульсометрия позволяет изучить закон распределения кардиоинтервалов как случайных величин в исследуемом ряду их значений. Высокая степень вариабельности кардиоинтервалов указывает на преобладание парасимпатической регуляции и слабую централизацию управления сердечным ритмом. Числовыми характеристиками вариационных пульсограмм наряду с показателями статистических оценок М. σ, являются мода (Мо), вариационный размах (Х) и амплитуда моды (АМо). Мода – наиболее часто встречающееся значение R-R интервалов. Амплитуда моды (Амо) – число кардиоинтервалов, соответствующих значению (диапазону) моды. Это показатель отражает стабилизирующий (мобилизующий) эффект централизации управления ритмом сердца. В основном этот эффект обусловлен влиянием симпатического отдела вегетативной нервной системы. По данным вариационной пульсометрии вычисляют ряд вторичных показателей: индекс вегетативного равновесия (ИВР), индекс напряжения (ИН) регуляторных систем. Индекс вегетативного равновесия указывает на соотношение между активностью симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы и определяется по соотношению АМо / Х. Индекс напряжения отражает степень функционирования центральных механизмов управления сердечным ритмом. Он вычисляется по формуле: ИН = АМо / 2Х Мо.

Одним из ведущих методов математического анализа ритма сердца является спектральный анализ динамических рядов RR интервалов. Если рассматривать систему управления сердечным ритмом как иерархическую структуру взаимосвязанных контуров, обладающих собственной периодичностью, параметры которой зависят от активности соответствующих регуляторных механизмов, то количественное определение спектрального состава ряда RR интервалов приобретает важный физиологический смысл. Выделяют три типа волн: дыхательные, медленные волны первого и второго порядка. При объеме выборки, равного 100 кардиоинтервалам, максимальная длительность выявленных периодов не превышает 40-50 с, т.е. фактически на графике спектра определяются только дыхательные волны (ДВ) и медленные волны первого порядка (МВ-1). Медленные волны второго порядка (МВ-2) с периодами более 30 с, как правило, суммируются с трендами, обусловленными колебаниями более низких частот, и отражаются в мощности первого значения спектральной функции, обозначенной как S_o. Таким образом, при спектральном анализе выделяют пять показателей: S_o, S_м, S_д – мощность медленных волн второго и первого порядков и дыхательных, T_м и T_д – периоды медленных волн первого порядка и дыхательных волн.

Мощность медленных волн второго порядка (S_o) отражает активность межсистемного уровня управления (уровень Б). Мощность медленных волн первого порядка (S_м) характеризует состояние подкорковых нервных центров (уровень внутрисистемного управления В). Вычисление периода колебаний МВ-1 позволяет судить о степени включения различных звеньев этого уровня в процесс управления. Чем больше период колебаний, тем больше звеньев включилось в активную регуляторную деятельность. Мощность дыхательных волн S_д характеризует активность автономного контура регуляции сердечного ритма, а их период позволяет судить о средней частоте дыхания. По данным спектрального анализа вычисляют индекс централизации (ИЦ), показывающий насколько более мощной является активность центрального контура по отношению к автономному. ИЦ определяется по соотношению S_м / S_д.

Различные методы математического анализа сердечного ритма дают возможность оценить степень напряжения регуляторных механизмов системы кровообращения, а поскольку эти механизмы являются межсистемными, обеспечивающими согласование реакций системы кровообращения с другими системами организма, метод математического анализа ритма сердца может использоваться при оценке состояния целостного организма.

К оценке состояний организма по данным математического анализа сердечного ритма могут применяться следующие подходы: оценка состояния по выраженности дыхательного и недыхательного компонента синусовой аритмии (показатели S_д,Sм) применяется для определения степени адаптированности к физическим нагрузкам. Данная гипотеза иллюстрируется рис. 2.

Стадия напряжения Стадия снижения

адаптационных адаптационных

механизмов возможностей

организма

Недыхательная

аритмия

Суммарная сину-

совая аритмия

Дыхательная

аритмия

Норма Погранич- Напряже- Перенап- Пред-пред- Пато-

ное ние ряжение патологи- логичес-

ческое со- кое со-

состояние стояние

Рис.2 Соотношение дыхательных и медленных волн сердечного ритма при разной степени адаптации организма к условиям среды

(по Р.М. Баевскому, 1979).

В процессе адаптации к физическим нагрузкам в связи с совершенствованием автономных контуров регуляции снижается централизация управления, усиливается дыхательная аритмия. Напряжение механизмов адаптации ведет к повышению централизации управления и дыхательная аритмия существенно уменьшается. При дальнейшем напряжении регуляторных механизмов в процессы управления включаются всё более высокие уровни, происходит активация подкорковых нервных структур. При этом усиливаются медленные волны сердечного ритма. На определенных этапах перенапряжения усиление медленных волн начинает определять и рост суммарной синусовой аритмии. Такие состояния сопровождаются снижением адаптационных возможностей организма.

Вторым приемом оценки состояния организма является определение активности парасимпатического и симпатического отделов вегетативной нервной системы. Усиление тонуса парасимпатической системы обычно свидетельствует об усилении процессов саморегуляции, об активации деятельности автономного контура регуляции ритма сердца. Усиление тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы указывает на централизацию управления сердечным ритмом.

Третьим вариантом оценки состояния организма является комплексный подход, предложенный Р.М. Баевским (1979) в соответствии с которым классификация состояний системы регуляции ритма сердца охватывает пять функциональных особенностей сердечного ритма: индикацию суммарного эффекта всех регуляторных влияний; свойство автоматизма сердечной мышцы; степень устойчивости регуляторных влияний; вегетативный гомеостаз; индикацию состояния подкорковых нервных центров.

2.2. Возрастные и региональные особенности

сердечного ритма при адаптации к физической нагрузке

Возможность приспособления к условиям окружающей среды представляет собой главный критерий здоровья и для детей, и для взрослых людей. Однако, особенностью детского организма является то, что его адаптация происходит на фоне относительно незаконченного морфогенеза в процессе функционального развития. Данные о возрастно-половых особенностях регуляции ритма сердца у детей школьного возраста имеют немаловажное значение для оценки функционального состояния сердца, определения адекватного для них двигательного режима и проверки его воздействия на организм.

Проведенные В. В. Аксеновым с сотрудниками исследования возрастной динамики статистических характеристик сердечного ритма у школьников Москвы 7-18 лет показали тенденцию урежения ЧСС с возрастом в связи с неуклонным повышением тонуса центров парасимпатической иннервации сердца (Аксенов В.В.,1986). Наиболее существенно увеличивается продолжительность кардиоцикла у мальчиков в 18 лет (P

Код для цитирования: Скопировать