Информативность показателей кардиогемодинамики и вариабельности сердечного ритма у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости

Введение. Оценка и прогнозирование врожденного уровня гипоксической устойчивости человека остаются одними из наиболее важных прикладных задач спортивной, авиакосмической и клинической физиологии, в решении которых применяются сложные методические приемы с использованием различных строго дозированных гипоксических дыхательных смесей в состоянии как нормо-, так и гипербарии, барокамерные исследования, подъемы в высокогорные условия. Все эти методы требуют достаточно сложного оборудования, значительных финансовых и организационных затрат, а также специально подготовленного персонала. В то же время методы дыхания в замкнутом пространстве крайне просты в исполнении и не требуют в процессе их выполнения сложного оборудования и тонких методических подходов. Однако, несмотря на то что еще в 70–80 гг. прошлого столетия проводились исследования в области прогнозирования и оценки гипоксической устойчивости и неспецифической резистентности человека, метод ререспирации использовался в них в единичных случаях [1, 2, 28]. Практически отсутствуют высокоинформативные интегральные критерии, позволяющие на основе показателей вариабельности кардиоритма оценивать степень гипоксически-гиперкапнической устойчивости человека в процессе его дыхания в замкнутом пространстве.

Цель исследования. Сравнительное изучение информативности ряда наиболее простых для регистрации показателей кардиогемодинамики у группы студентов в процессе ререспирации.

Материалы и методы. Было обследовано 96 юношей-студентов: возраст 17–21 год, средний возраст 18,9±0,2 года, длина тела – 178,5±1,0 см, масса тела 72,2±1,3 кг. Все обследуемые до начала теста выполняли через загубник 3 выдоха (каждый объемом не менее ЖЕЛ) в специальный герметический мешок, откуда в процессе ререспирации совершались циклы вдоха и выдоха общей продолжительностью 3 мин, при этом нос закрывался зажимом.

По окончании выполнения пробы с воз- вратным дыханием через прибор «Карбоник» прокачивался оставшийся в мешке воздух для процентного определения в нем содержания кислорода (О2) и углекислого газа (СО2). На основе полученных результатов проводилась индивидуальная оценка устойчивости обследуемого лица к дыханию гипоксически-гиперкапнической смесью (ГГКС). При этом лица, у которых уровень содержания СО2 в мешке превышал 7 %, а уровень О2 составлял менее 12 %, относились к низкоустойчивым, при СО2 менее 7 % и О2 более 12 % – к высокоустойчивым.

Отметим, что до начала проведения теста с ререспирацией у всех обследуемых на основании показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР), записанных в состоянии оперативного покоя, была проведена оценка ведущего типа вегетативной нервной регуляции с использованием ряда статистических и спектрально-волновых критериев, полученных ранее [7]. Запись кардиоритма продолжалась в процессе выполнения всей пробы, при этом до и на ее пике регистрировалось артериальное давление. Расчетным путем определяли ударный объем по Старру (УО, мл), систолический объем крови (СОК, мл), минутный объем кровообращения (МОК, л/мин), общее периферическое сопротивление сосудов (ОПСС, дин²·с·см^-5) [11]. Насыщение гемоглобина кислородом (HbO 2 , %) во время пробы определяли методом фотооксигемометрии с использованием пульсиокси-метра NPB-40 (США). Показатели регистрировали каждую минуту пробы.

Запись и дальнейший анализ ВСР проводились с учетом рекомендаций группы российских экспертов [3]. У испытуемых регистрировались: ЧСС (HR) (уд./мин) – частота сердечных сокращений; MxDMn (мс) – разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов, или вариационный размах; SDNN (мс) – стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов; CV (%) – коэффициент вариации полного массива кардиоинтервалов; RMSSD (мс) – квадратный корень из суммы разностей последовательного ряда кардиоинтервалов; pNN50 (%) – число пар кардиоинтервалов с разницей более 50 мс к общему числу кардиоинтервалов; Mо (мс) – мода; AMо (мс) – амплитуда моды; SI (усл. ед.) – стресс-индекс (индекс напряжения регуляторных систем); TP (мс2) – суммарная мощность спектра сердечного ритма; HF (High Frequency) (мс2) – мощность спектра высокочастотного компонента ВСР в диапазоне 0,4–0,15 Гц (дыхательные волны); LF (Low Frequency) (мс2) – мощность спектра низкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма в диапазоне 0,15–0,04 Гц (сосудистые волны); VLF (Very Low Frequency) (мс2) – мощность спектра очень низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца в диапазоне 0,040–0,015 Гц. Общая суммарная мощность спектра кардиоритма (ТР) рассчитывалась без учета ультранизкочастотной составляющей (ULF), но с учетом требований корректности применения анализа коротких временных рядов с использованием метода преобразования Фурье [6].

Полученные результаты подвергнуты статистической обработке с применением пакета прикладных программ Statistica 7.0. Проверка на нормальность распределения измеренных переменных осуществлялась на основе теста Шапиро–Уилка. Результаты непараметрических методов обработки представлены в виде медианы (Me) и интерквартильного размаха в виде 25 и 75 процентилей (С25 и С75), а параметрических с среднего значения (М) и ошибки средней арифметической (m). Статистическая значимость различий для независимых выборок определялась с помощью t-критерия Стьюдента для независимых выборок с параметрическим распределением и непараметрического критерия Манна–Уитни для выборок с ненормальным распределением. В случае зависимых выборок для показателей с нормальным распределением был использован t-критерий Стьюдента для зависимых выборок. Критический уровень значимости p в работе принимался равным 0,05; 0,01; 0,001 [5].

Цель исследования. Определение возможных информативных показателей вариабельности кардиоритма, позволяющих на основании пробы с ререспирацией проводить оценку уровня гипоксически-гиперкапниче-ской устойчивости без контроля газового метаболизма.

Результаты и обсуждение. Известно, что сердечно-сосудистая система одной из первых реагирует на функциональные нагрузки вне зависимости от характера их воздействия, вида, интенсивности и тяжести, обеспечивая тем самым срочную адаптацию организма к воздействующим факторам. Регуляторные перестройки в значительной степени обеспечиваются реакцией вегетативной нервной системы, а активность состояния ее различных звеньев можно количественно оценивать по математическим показателям вариабельности сердечного ритма [3]. При этом по изменению кардиоритма можно судить не только о регуляторных перестройках кардиогемодинамики, но и о функциональных резервах организма в целом [4, 9, 13].

Анализ всей обследуемой нами выборки молодых уроженцев Магаданской области из числа европеоидов показал, что их функциональные системы в различной степени реагировали на стандартную пробу с ререспирацией, что позволило нам предположить об их различных уровнях устойчивости к сочетанному действию нарастающей гипоксии и гиперкапнии. Необходимо отметить, что лица, демонстрировавшие высокую и низкую устойчивость к действию ГГКС, встречаются вне зависимости от индивидуального исходного преобладающего типа вегетативной нервной регуляции, т.е. среди ваго-, нормо- и симпатотоников. При этом лица, демонстрировавшие высокую или сниженную гипокси-чески-гиперкапническую устойчивость, распределились среди всей выборки обследуемых примерно одинаково (устойчивые – 46 чел., неустойчивые – 50 чел.). Подчеркнем, что между этими группами все функциональные показатели, характеризующие газообмен и сатурацию гемоглобина кислородом, значимо различались между собой (табл. 1), что отражало правильность поведенного нами разделения всей выборки на 2 условные группы по показателям уровней O 2 и СО 2 , оставшихся в мешке после респирации.

Таблица 1

Показатели газоанализа и уровень оксигемоглобина у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости

Показатели	Изучаемые группы		Уровень значимости различий
	Устойчивые (группа 1)	Неустойчивые (группа 2)
Концентрация СО 2 в выдыхаемом воздухе (фон), %	3,4±0,1	3,7±0,1	p<0,01
Концентрация О 2 в выдыхаемом воздухе (фон), %	16,8±0,1	16,5±0,1	p<0,05
Концентрация СО 2 в мешке после ререспирации, %	6,2±0,1	7,9±0,1	p<0,001
Концентрация О 2 в мешке после ререспирации, %	13,5±0,1	11,6±0,1	p<0,001
HbO 2 (фон), %	98,6±0,1	98,3±0,1	p<0,05
HbO 2 1-й мин пробы, %	98,0±0,1	97,6±0,1	p<0,05
HbO 2 2-й мин пробы, %	97,3±0,1	96,6±0,1	p<0,001
HbO 2 3-й мин пробы, %	96,7±0,1	95,7±0,2	p<0,001

При дальнейшем анализе показателей кардиогемодинамики отдельно по группам высоко- и низкоустойчивых испытуемых установлено, что значимые различия наблюдались по величинам систолического и диастолического артериального давления, а также по большинству статистических показателей вариабельности кардиоритма (табл. 2). При этом только один показатель, характеризующий общую мощность спектра (ТР) и представляющий в нашем случае сумму нормированных значений высоко- и низкочастотных составляющих (HF, LF, VLF), имел достоверные различия между исследуемыми группами.

Таблица 2

Показатели кардиогемодинамики на пике пробы с ререспирацией у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости

Функциональные показатели	Изучаемые группы		Уровень значимости различий
	Устойчивые	Неустойчивые
САД, мм рт. ст.	127±1,5	139±1,8	p<0,001
ДАД, мм рт. ст.	83,0±1,7	93,5±1,9	p<0,001
ЧСС, уд./мин	74,5±1,2	76,1±1,2	p=0,41
СОК, мл	63,6±2,0	56,2±1,6	p<0,01
МОК, мл/мин	4512,0±114,4	4229,3±131,7	p=0,14
ОПСС, дин2·с·см-5	2229,8±243,6	2491,6±135,0	p=0,32
MxDMn, мс	363 (312; 422)	418 (355; 506)	p<0,05
RMSSD, мс	55 (38;67)	67 (51; 98)	p<0,05
pNN50, %	34 (20; 45)	42 (29; 58)	p<0,05
SDNN, мс	74 (64; 84)	95 (71; 115)	p<0,01
CV, %	10 (8; 11)	12 (9; 14)	p<0,01

Mo, мс	776 (724; 875)	727 (677; 849)	p=0,22
AMо, мс	27 (24; 32)	22 (19; 29)	p<0,01
SI, усл. ед.	46 (36; 72)	34 (23; 54)	p<0,05
TP, мс2	4157 (2982; 6473)	5590 (3702; 9237)	p<0,05
HF, мс2	1513 (964; 2770)	2272 (1232; 4419)	p=0,08
LF, мс2	1344 (835; 2341)	1319,0(866; 2170)	p=0,88
VLF, мс2	464 (262; 694)	663 (381; 842)	p=0,15

Известно, что уровень артериального давления и его производные показатели могут выступать информативными маркерами функционального состояния сердечно-сосудистой системы, особенно среди спортсменов, лиц пожилого возраста, контингентов, хронически подвергающихся действиям неблагоприятных производственных факторов, даже без использования специальных нагрузочных тестов. Однако в нашем случае при обследовании в состоянии оперативного покоя статистически значимых различий между изучаемыми характеристиками не отмечалось (табл. 3).

Из представленных в табл. 2 данных видно, что у юношей типизированных групп величины систолического и диастолического артериального давления находятся в пределах функциональной нормы, рекомендованной ВНОК [10]. Отсутствуют межгрупповые различия и в величинах систолического и минутного объемов крови, которые находились в приделах физиологической нормы для данной возрастной группы мужчин, соответственно составляя 60–80 мл и 4,5–5,2 л/мин [12].

Таблица 3

Показатели гемодинамики в состоянии покоя у юношей с различным уровнем гипоксически-гиперкапнической устойчивости

Показатели	Изучаемые группы		Уровень значимости различий
	Устойчивые	Неустойчивые
САД, мм рт. ст.	123,8±1,2	124,6±1,3	p=0,72
ДАД, мм рт. ст.	74,8±0,8	75,0±0,9	p=0,92
ЧСС, уд./мин	72,7±1,3	69,5±1,1	p=0,09
УО, мл	69,4±0,6	69,2±1,0	p=0,99
МОК, мл/мин	5022,7±88,6	4809,2±95,4	p=0,12
ОПСС, дин2·с·см-5	1566,7±32,0	1662,2±39,6	p=0,08

Проба с ререспирацией выявила различия в показателях артериального давления и систолического объема крови, в отличие от показателей в состоянии покоя. Так, в группе «неустойчивых» систолическое и диастолическое артериальное давление на пике пробы превышало аналогичные показатели группы «устойчивых» соответственно на 12 и 6,5 мм рт. ст., при этом величина систолического объема крови была достоверно ниже (на 7,4 мл). Другие показатели гемодинамики не имели значимых различий между испы- туемыми исследуемых групп.

Детальный анализ показателей ВСР выявил, что в процессе ререспирации из 12 изученных показателей, достаточно полно отражающих вклад симпатического и парасимпатического регуляторного звена в состояние реактивности вегетативной нервной системы, статистически значимые различия (р<0,05) наблюдались по 8 характеристикам кардиоритма (табл. 2). При этом различия в величинах, достоверно отличающихся между высоко- и низкоустойчивыми лицами при дыхании гипоксически-гиперкапнической воздушной смесью, всегда превышали 10 %, находясь в диапазоне 13–26 %, что позволяет считать эти показатели достаточно информативными при оценке и прогнозе устойчивости организма юношей к действию нормобо-рической газовой смеси.

Заключение. Таким образом, проведенные исследования показали, что значения вариабельности кардиоритма могут служить информативными маркерами для оценки устойчивости человека к дыханию нарастающей гипоксически-гиперкапнической воздушной смесью. При этом лица со сниженной устойчивостью проявляют большую чувствительность к нарастающей гиперкапнии, которая, активируя парасимпатическое звено, отражается в значениях следующих показателей кардиоритма, которые можно рекомендовать для выявления лиц со сниженной резистентностью к гипоксически-гиперкап-ническому воздействию: MxDMn≥ 418; RMSSD≥ 67; pNN50≥ 42; SDNN≥ 84; CV≥ 12; AMo50≤ 22; SI≤ 34; ТР≥ 5590. В то же время для типизации лиц с высокой устойчивостью значения ВСР соответственно составляют: MxDMn≤ 363; RMSSD≤ 55; pNN50≤ 33; SDNN≤ 74; CV≤ 9; AMo50≥ 28; SI≥ 46; ТР≤ 4000.

Представленные показатели ВСР позволяют в процессе выполнения ререспирации для предварительной оценки уровня гипоксически-гиперкапнической устойчивости юношей ограничиться только регистрацией вышеперечисленных показателей кардиоритма. Определение значений ВСР, характерных для лиц других возрастов, и среднего уровня резистентно- сти к изучаемой газовой смеси составляет предмет наших дальнейших исследований.

• 1.    Агаджанян Н. Н. Адаптация и резервы организма / Н. Н. Агаджанян. – М. : Физкультура и спорт, 1983. – 176 с.

• 2.    Айдаралиев А. А. Адаптация человека к экстремальным условиям: Опыт прогнозирования / А. А. Айдаралиев, А. Л. Максимов. – Л. : Наука, 1988. – 126 с.

• 3.    Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем : методич. рекомендации / Р. М. Баевский [и др.] // Вестн. аритмологии. – 2001. – № 24. – С. 65–83.

• 4.    Баевский Р. М. Введение в донозологиче-скую диагностику / Р. М. Баевский, А. П. Берсенева. – М. : Слово, 2008. – 176 с.

• 5.    Боровиков В. П. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов / В. П. Боровиков. – СПб. : Питер, 2003. – 688 с.

• 6.    Витязев В. В. Анализ неравномерных временных рядов / В. В. Витязев. – СПб. : СПбГУ, 2001. – 49 с.

• 7.    Максимов А. Л. Возрастные перестройки вариабельности сердечного ритма и гемодинамики у аборигенов в зависимости от ведущего типа вегетативной регуляции / А. Л. Максимов, А. Л. Лоскутова // Российский физиологический журн. им. И. М. Сеченова. – 2014. – № 5. – С. 634–647.

• 8.    Малкин В. Б. Острая и хроническая гипоксия / В. Б. Малкин, Е. Б. Гиппенрейтер. – М. : Наука, 1977. – 315 с.

• 9.    Попов В. В. Вариабельность сердечного ритма: возможность применения в физиологии и клинической медицине / В. В. Попов, Л. Н. Фриц-ше // Украiнский медичный часопис. – 2006. – № 2 (52). – С. 24–31.

• 10.    Профилактика, диагностика и лечение артериальной гипертензии. Российские рекомендации (второй пересмотр) : прилож. к журн. «Кардиоваскулярная терапия и профилактика». – 2004. – 20 с.

• 11.    Рост и развитие ребенка / В. В. Юрьев [и др.] ; под ред. В. В. Юрьева. – СПб. : Питер, 2003. – 272 с.

• 12.    Солодков А. С. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная / А. С. Солодков, Е. Б. Сологуб. – М. : Терра-Спорт, 2001. – 510 с.

• 13.    Щербатых Ю. В. Вегетативные проявления экзаменационного стресса : автореф. дис. … д-ра биол. наук / Ю. В. Щербатых. – СПб., 2001. – 32 с.