ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 1, с. 90-95
УДК 612.886
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЗАДЕРЖКИ ДЫХАНИЯ И ГИПЕРВЕНТИЛЯЦИИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОЗЫ ЧЕЛОВЕКА С ПОМОЩЬЮ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СТАБИЛОГРАФИЧЕСКОГО СИГНАЛА © 2014 г. М. В. Малахов1, Е. А. Макаренкова2, А. А. Мельников2, А. Д. Викулов2
1ГБОУВПОЯрославская государственная медицинская академия МЗ РФ 2ФГБОУ ВПО Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского
Поступила в редакцию 12.09.2012 г.
Изучено влияние задержки дыхания и произвольной гипервентиляции на классические и спектральные показатели стабилографического сигнала. Стабилометрические параметры определялись во время обычного стояния на стабилоплатформе у 107 здоровых добровольцев при спонтанном дыхании, произвольной гипервентиляции (длительность 20 секунд) и задержке дыхания на максимальном вдохе (длительность 20 секунд). Также оценивались частота, амплитуда дыхательных движений и показатель вентиляции с помощью тензометрического датчика. Установлено, что разброс по фронтали и сагиттали, а также площадь и скорость колебаний центра давления при апноэ и при спонтанном дыхании не различались, то есть задержка дыхания не влияла на устойчивость вертикальной позы. Однако при этом наблюдалось смещение спектральных показателей по сагиттали в область высоких частот, связанное с изменением характера сокращений дыхательных мышц. Произвольная гипервентиляция вызывала значительное увеличение всех стабилографических показателей, отражая выраженное снижение устойчивости вертикальной позы, обусловленное увеличением частоты и глубины дыхания. Показатели спектра также сдвинулись в зону высокочастотных колебаний, а степень этого сдвига была более значительной, кроме того отмечалось возрастание амплитуды спектральных пиков. Такое изменение спектральных показателей, вероятно, отражает искажение проприоцептивной информации, обусловленное повышением возбудимости нервных волокон при гипервентиляции. Таким образом, задержка дыхания на максимальном вдохе вызывает напряжение механизмов постурального контроля, что отражается в виде роста частоты колебаний тела при сохранении нормальной устойчивости позы. Гипервентиляция приводит к более выраженному напряжению функции равновесия и снижению устойчивости, что проявляется в возрастании амплитуды и частоты колебаний центра давления.
Ключевые слова: стабилометрия, задержка дыхания, гипервентиляция, спектральный анализ стаби-лографического сигнала.
Б01: 10.7868/80131164613040097
Проблема влияния дыхания на функцию равновесия человека достаточно широко исследована [1—6]. В литературе есть работы, где проводилось сравнение вертикальной устойчивости при апноэ и спонтанном дыхании [1], в положении сидя и стоя [2], изучалось изменение способности поддерживать позу при гипервентиляции [3, 4], анализировались механизмы, компенсирующие нарушение равновесия, обусловленное дыхательными движениями [5]. В большинстве исследований либо оцениваются классические стабилографиче-ские показатели [3, 4], либо используется кросс-корреляционный анализ стабилографического сигнала с дыхательным и с электромиографическим [5].
Вместе с тем влияние дыхания на частотные характеристики стабилографического сигнала изу-
чено недостаточно. Спектральный анализ стаби-лограммы при исследовании дыхания сводится, как правило, к выявлению частотного компонента, связанного с дыхательными движениями [1, 6]. Однако изучение частотных характеристик дает определенную информацию о механизмах регуляции вертикальной позы, в частности, об использовании системой постурального контроля различных афферентных входов [7]. Таким образом, можно предположить, что оценка спектральных показателей стабилографического сигнала наряду с классическими стабилометрическими параметрами и дыхательными индексами позволит глубже изучить механизмы влияния дыхания на функцию равновесия.
Цель настоящего исследования — изучить влияние произвольной гипервентиляции и задержки
дыхания на вдохе на классические стабилографи-ческие показатели, а также на параметры спектра стабилографического сигнала.
МЕТОДИКА
Было обследовано 107 здоровых добровольцев (57 мужчин и 50 женщин) в возрасте 18—30 лет. Испытуемые в течение 30 секунд стояли на стабило-графической платформе "Стабилан 01-2" ("ОКБ" Ритм) в положении — пятки на расстоянии 2 см, стопы под углом 30°. Этот этап исследования обозначался как "Спонтанное дыхание". Затем исследуемые в течение 20 секунд задерживали дыхание после максимального вдоха (этап "Апноэ"). После этого испытуемым предлагалось, стоя на стабило-графической платформе в течение 20 секунд, дышать как можно глубже и чаще (этап "Гипервентиляция"), регистрация данных проводилась после предварительной тренировки.
Во время тестов исследуемые стояли, стараясь как можно меньше отклонять тело от вертикального положения, и смотрели на белый круг на черном фоне, расположенный на расстоянии 1.5 м на уровне глаз.
На стабилографическом анализаторе определялись следующие классические стабилометриче-ские параметры для каждого из этапов обследования: среднеквадратическое отклонение (разброс) смещения центра давления во фронтальном ^(х), мм) и сагиттальном ^(у), мм) направлениях, скорость перемещения центра давления по фронтали (Т, мм/с) и по сагиттали (V?, мм/с), площадь доверительного эллипса, то есть основная часть площади стабилограммы без выбросов (5эл, мм2).
С помощью специализированного программного обеспечения (81аЪМеё 2.10) рассчитывались следующие спектральные показатели: мощность спектра в диапазоне низких частот (0—0.2 Гц) по фронтали (^1(Р), %) и сагиттали %), в
диапазоне средних (0.2—2 Гц) (!^2(¥), ^2(5), %) и высоких (2—6 Гц) (Р^3(¥), %) частот, а так-
же амплитуда (А, мм) и частота (¥, Гц) первого, второго и третьего по амплитуде пиков по фронтали (Л1(¥), Л2(¥), Л3(¥), ¥1(1), ¥2(¥), ¥3(1)) и сагиттали (Л1(8), Л2(5), Л3(5), ¥1(8), /2(5), ¥3(5)). Кроме того, оценивался уровень 60% мощности спектра (то есть показатель, равный частоте, на которой мощность нижних частот спектра составляет 60% от общей мощности спектра) по фронтали (60%Р^¥, Гц) и по сагиттали (60%Ри'5, Гц).
Для каждого этапа исследования рассчитывались также показатели дыхания. Дыхание оценивалось с помощью тензометрического датчика, который входит в комплекс "Стабилан-01" ОКБ "Ритм". Тензометрический датчик крепится ремнем к грудной клетке, он регистрирует ее экскурсию и позволяет рассчитать частоту дыхательных
Таблица 1. Дыхательные показатели в покое и при гипервентиляции (М ± 5, п = 107)
Показатели Спонтанное дыхание Гипервентиляция
RA, усл. ед. 0.57 ± 0.33 2.40 ± 0.98***
f, мин-1 14.15 ± 5.24 54.36 ± 16.13***
Vent 7.85 ± 4.8 125.11 ± 53.28***
*** — p < 0.001 по сравнению с этапом "Спонтанное дыхание".
движений f, мин-1), а также относительный показатель — амплитуду дыхания (RA), который равняется разности между максимумом вдоха и минимумом выдоха. На основе f и RA можно вычислить косвенный показатель, вентиляцию (Vent) [8].
Данные представлены как среднее арифметическое (M) ± стандартное отклонение (s). Гипотеза о взаимосвязи данных проверялась с помощью параметрической корреляции Пирсона. Для выявления различий между стабилографическими параметрами и показателями дыхания на разных этапах измерения использовался однофакторный дисперсионный анализ для повторных измерений (ANOVA). Апостериорные сравнения выполнены с использованием критерия Шеффе. Различия между дыхательными показателями в покое и при произвольной гипервентиляции определялись с помощью парного t-критерия Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При изучении влияния задержки дыхания на максимальном вдохе и произвольной гипервентиляции на классические и спектральные стабило-графические показатели нами были получены следующие основные результаты:
1. Не выявлено различий между классическими стабилографичесими показателями при задержке дыхания и при спонтанном дыхании, что свидетельствует об отсутствии влияния задержки дыхания на устойчивость вертикальной позы.
2. Максимально произвольное увеличение глубины и частоты дыхания приводило к существенному снижению устойчивости позы, которое проявлялось в значительном повышении стабилогра-фических показателей.
3. Как задержка дыхания, так и произвольная гипервентиляция сопровождались сдвигом спектральных показателей в высокочастотную область, однако при гипервентиляции степень этого сдвига была более выражена. Увеличение глубины и частоты дыхания вызывало рост амплитуды спектральных пиков.
Все дыхательные показатели во время этапа "Гипервентиляция" были выше, чем при спонтан-
Таблица 2. Классические стабилографические показатели на разных этапах исследования (М ± я, п = 107)
Показатели Апноэ Спонтанное дыхание Гипервентиляция
б(х), мм 2.40 ± 0.97 2.20 ± 0.71 4.01 ± 1.30***
0(у), мм 2.85 ± 1.24 2.89 ± 1.13 6.30 ± 2.44***
8эл, мм2 96.23 ± 68.40 87.46 ± 47.43 371.03 ± 245.75***
V/, мм/с 4.79 ± 1.61 4.30 ± 1.29 11.96 ± 6.41***
Уя, мм/с 6.95 ± 2.71 5.45 ± 1.70 26.13 ± 19.08***
*** — р < 0.001 по сравнению с этапом "Спонтанное дыхание".
ном дыхании, что подтверждает наличие гипервентиляции у испытуемых (табл. 1).
Влияние задержки дыхания на функцию равновесия. Нами установлено, что стабилографические показатели при спонтанном дыхании и во время задержки дыхания не различались (табл. 2). Такие результаты выглядят неожиданно. В исследовании [1] выявлено улучшение вертикальной устойчивости при произвольном апноэ по сравнению со спокойным дыханием, что авторы связывают с влиянием на функцию равновесия дыхательных движений. Такое предположение подтверждается приведенными в работе данными о существенном повышении при спонтанном дыхании мощности спектра на частоте 0.23 Гц, соответствующей частоте дыхательных движений. Следует отметить, что нами также получена слабая, но достоверная корреляция между частотой дыхания и показателем ¥2Б на этапе "Спонтанное дыхание" (г = = 0.21, р = 0.028), причем среднее значение / (0.23 ± 0.09 Гц, табл. 1) и ¥28 (0.20 ± 0.11 Гц) при спонтанном дыхании практически совпадают.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.