ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2014, том 40, № 1, с. 68-75
УДК 612.13,612.181,612.213
РОЛЬ СИМПАТО-ВАГАЛЬНОГО БАЛАНСА В ФОРМИРОВАНИИ РЕСПИРАТОРНО-СВЯЗАННЫХ КОЛЕБАНИЙ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ ЧЕЛОВЕКА © 2014 г. Г. В. Красников1, М. Й. Тюрина1, А. В. Танканаг2, Г. М. Пискунова1, Н. К. Чемерис1 2
1ФГБОУВПО "Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого" 2ФГБУНИнститут биофизики клетки Российской академии наук, Пущино Поступила в редакцию 12.12.2012 г.
Исследовали влияние контролируемого по частоте и амплитуде глубокого дыхания на вариабельность сердечного ритма (ВСР) и респираторно-зависимые осцилляции кожного кровотока предплечья и пальца кисти у условно здоровых добровольцев от 18 до 25 лет. Для выявления влияния отделов вегетативной нервной системы на амплитуду респираторной синусовой аритмии (РСА) и дыхательные колебания скорости кожного кровотока исследовали параметры сердечно-сосудистой системы у двух групп испытуемых: с условно высоким и условно низким показателем симпато-ва-гального баланса, определяемого как отношение мощностей низкочастотной и высокочастотной областей спектра ВСР (Ь¥/ИЕ) при спонтанном ритме дыхания. Обнаружено, что испытуемые с преобладающим парасимпатическим тонусом характеризуются достоверно более высокими амплитудами РСА и скорости кровотока подушечки пальца при дыхании с частотами ниже 4 цикл/мин по сравнению с испытуемыми с преобладающим симпатическим тонусом. В коже предплечья, где плотность симпатической иннервации ниже по сравнению с кожей пальца, достоверных различий в амплитуде дыхательных осцилляций скорости кровотока между группами испытуемых не выявлено.
Ключевые слова: глубокое управляемое дыхание, респираторно-синусовая аритмия, вариабельность сердечного ритма, микроциркуляторный кровоток кожи, лазерная допплеровская флоуметрия, амплитудно-частотные спектры, вейвлет-преобразование.
Б01: 10.7868/80131164614010093
Феномен респираторно-синусовой аритмии (РСА), проявляющийся как циклическое увеличение частоты сердечных сокращений (ЧСС) в фазу вдоха и ее уменьшение во время выдоха, известен с середины XIX в. и к настоящему времени достаточно хорошо изучен [1—5]. Однако выяснение механизмов формирования респираторно-связанной вариабельности сердечного ритма (ВСР) остается одной из задач современной физиологии [6, 7]. Установлено, что эфферентным звеном в формировании ВСР является блуждающий нерв [2, 8]. В настоящее время РСА широко используется как методическая модель для неин-вазивной оценки состояния парасимпатической регуляции сердца [4, 9]. Известно, что амплитуда РСА в значительной степени определяется частотой дыхания [2, 10, 11]. Показано, что частотно-зависимый феномен РСА обусловлен кинетикой ответов синоатриального узла сердца на колебания уровня медиаторного ацетилхолина [2], что, в свою очередь, определяется длительностью фаз дыхания (частотой). В свою очередь, характер зависимости амплитуды РСА от частоты дыхания
объясняют резонансным взаимодействием механизмов контроля ЧСС и барорефлекторных механизмов [10, 11].
Респираторно-связанные колебания также регистрируются и на уровне микроциркуляторного кровотока [12—16]. Как известно, нормальное (спонтанное) дыхание сопровождается изменением внутригрудного давления, которое определяет динамику венозного возврата крови к сердцу с периферии — "дыхательный насос". Вследствие этого происходит циклическое изменение минутного объема крови, среднего артериального давления, активности аортальных и легочных баро-рецепторов. Последнее, в свою очередь, ведет и к циклическому изменению активности соответствующих структур вегетативной нервной системы (ВНС) [17—21]. Таким образом, формирование респираторно-зависимых колебаний в мик-роциркуляторном кровотоке может быть обусловлено, по меньшей мере, двумя механизмами: во-первых, пассивным распространением дыхательной модуляции кровяного давления (подобно пульсовой волне) [9, 15, 16]; во-вторых, по-
средством вазомоторных рефлексов, обусловленных респираторной модуляцией активности симпатического отдела ВНС [12, 14, 22].
Поскольку между РСА, дыхательной модуляцией кровяного давления и активностью центров вегетативной нервной системы имеется тесная связь, возникает вопрос о том, является ли формирование дыхательных колебаний периферического кровотока и формирование РСА независимыми процессами или эти процессы связаны. Для ответа на этот вопрос нами было проведено сравнительное исследование респираторно-зави-симых колебаний ВСР и колебаний скорости микроциркуляторного кровотока в коже, стимулированных глубоким управляемым дыханием с различной частотой навязываемого респираторного ритма.
МЕТОДИКА
В исследовании принимали участие 29 нормотен-зивных некурящих девушек в возрасте 18—25 лет, нормального телосложения (средний возраст 19.2 ± ± 0.3 года; вес — 57.7 ± 1.6 кг; рост — 165.6 ± 0.7 см; артериальное давление — 116.7 ± 2.0/69.1 ± 1.0 мм рт. ст.; ЧСС — 76.5 ± 1.6 уд/мин, жизненная емкость легких — 3.47 ± 0.1 л). Исключающим критерием было наличие острых и хронических сердечно-сосудистых, дыхательных и почечных заболеваний, диабета и других патологий. Испытуемые воздерживались от приема вазоак-тивных препаратов, алкогольных и кофеиносо-держащих напитков по меньшей мере за 4 часа до исследования. Фаза менструального цикла не учитывалась. Все испытуемые давали согласие на участие в исследовании на основе полной информации о методе и ходе проведения процедур. Исследование проводили в тихом помещении при температуре 20—24°С после предварительной адаптации к условиям помещения. Во время проведения эксперимента испытуемые находились в положении сидя. Для каждого участника регистрировали 7 последовательных 5-минутных серий: первую при естественном ритме дыхания, последующие шесть — в режиме управляемого дыхания с разными частотами, фиксированной глубиной (40% от индивидуальной величины жизненной емкости легких) и синусоидальной временной зависимостью формы экскурсий грудной клетки. Во время каждой серии одновременно регистрировали пять записей: оксигенацию крови, пневмограмму, электрокардиограмму (ЭКГ) и лазерные допплеровские флоуграммы (ЛДФ-граммы) кожи предплечья и подушечки пальца. Между записями испытуемый в течение 2—3 минут тренировался и настраивался на каждый из режимов управляемого дыхания.
Пневмография. Глубину, частоту и форму дыхательных движений (пневмограмму) регистриро-
вали с использованием ленточного датчика, закрепленного на грудной клетке испытуемого. Аналоговый сигнал датчика оцифровывали с частотой дискретизации 10 Гц (АЦП Е-154, L-Card, Россия) и демонстрировали на мониторе персонального компьютера. Испытуемые, управляя глубиной и частотой дыхания, визуально совмещали показания пневмографического датчика (собственную кривую дыхания) с эталонной кривой, демонстрируемой на мониторе. В качестве эталона была использована синусоида с задаваемыми частотой и амплитудой. Были выбраны следующие частоты контролируемого дыхательного ритма: 0.25 Гц (15 цикл/мин), 0.16 Гц (~10 цикл/мин), 0.10 Гц (6 цикл/мин), 0.07 Гц (~4 цикл/мин), 0.05 Гц (3 цикл/мин), и 0.03 Гц (~2 цикл/мин). Указанные значения частоты дыхательного ритма выбирали, исходя из равномерности распределения значений в логарифмическом масштабе в диапазоне частот известных спонтанных колебаний кожного кровотока и сердечного ритма [9, 13, 23, 24]. Глубина дыхания была фиксированной для всех частот навязываемого дыхательного ритма и составляла 40% от индивидуальной максимальной величины экскурсии грудной клетки, определенной в ходе процедуры измерения жизненной емкости легких (ЖЕЛ). Для определения ЖЕЛ использовали спирограф MIR Spirobank II (MIR, Италия).
Электрокардиография. Для исследования параметров ВСР проводили регистрацию электрокардиограммы во II стандартном отведении (полиграф CONAN-m, InCo, Россия). Частота дискретизации ЭКГ — 300 Гц. Электрокардиограммы подвергали математической обработке в программе CОNAN 4.1 (InCo, Россия) с целью обнаружения ßßS-комплексов и преобразования в последовательности Äß-интервалов.
Оксиметрия. Для оценки возможных эффектов гипо- и гипервентиляции в условиях глубокого контролируемого дыхания регистрировали уровень кислородной сатурации крови (SpO2) посредством пульсоксиметрического датчика спирографа MIR Spirobank II (MIR, Италия), размещаемого на ногтевой фаланге указательного пальца правой руки испытуемых.
Лазерная допплеровская флоуметрия. Регистрацию колебаний микроциркуляторного кровотока осуществляли в коже руки с помощью двухканаль-ного лазерного флоуметра ЛАКК-02 (ЛАЗМА, Россия) с двумя идентичными каналами (длина волны 0.63 мкм, мощность излучения 0.5 мкВт). Зонды флоуметра располагали на ладонной поверхности ногтевой фаланги указательного пальца и на наружной поверхности предплечья вблизи лучезапястного сустава левой руки. Указанные области кожи были нами выбраны как зоны с различной выраженностью иннервации
Параметры гемодинамики и кислородная сатурация крови (SpO2) при спонтанном и контролируемом дыхании
Параметры Спонтанное дыхание Частота контролируемого дыхания (Гц)
0.03 0.05 0.07 0.1 0.16 0.25
ЧСС, уд/мин ПМпалец, пф.ед. ПМпредплечье, пф.ед. SpO2, % 76.51± 1.58 22.25 ± 1.51 2.13 ± 0.13 97.30 ± 0.13 В 73.63 ± 1.48 22.75 ± 1.16 2.36 ± 0.17 96.45 ± 0.20 1-я групп се участники 72.65 ± 1.45* 22.91 ± 1.16 2.22 ± 0.14 97.40 ± 0.12 а (условная ва (n = 29) 72.53 ± 1.40* 21.24 ± 1.29 2.07 ± 0.12 98.05 ± 0.11 готония, n = 74.25 ± 1.40 18.57 ± 1.52 2.09 ± 0.20 98.53 ± 0.09* 15) 79.73 ± 1.56 16.80 ± 1.52* 1.90 ± 0.09 98.72 ± 0.08* 90.94 ± 2.11* 18.52 ± 1.42* 1.89 ± 0.08 98.40 ± 0.25*
ЧСС, уд/мин ПМпалец, пф.ед. ПМпредплечье> пф.ед.
SpO2, %
74.33 ± 1.80 20.66 ± 2.19 1.91 ± 0.14 97.33 ± 0.17
71.63 ± 2.14 70.22 ± 1.84 70.03 ± 1.51 72.31 22.55 ± 1.51 22.14 ± 1.48 20.27 ± 1.71 16.64 : 2.29 ± 0.23 2.09 ± 0.17 2.07 ± 0.21 2.22 ± 96.28 ± 0.31 97.43 ± 0.15 98.16 ± 0.15 98.59 ± 2-я группа (условная симпатикотония, n = 14)
ЧСС, уд/мин 78.85 ± 2.57 75.62 ± 1.98
ПМпалец, пф.ед. 23.96 ± 2.07 22.98 ± 1.84
ПМпредплечье, пф.ед. 2.37 ± 0.
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.