Изучение влияния методики управляемого дыхания на систему вегетативного управления сердцем

Введение. Сердечный ритм является результатом взаимодействия двух контуров – управляющего и управляемого.

Управляющий контур имеет три уровня: уровень взаимодействия с внешней средой (отражает адаптивные возможности), уровень межсистемного гомеостаза (высшие вегетативные центры), уровень внутрисистемного гомеостаза (подкорковые центры, в т.ч. вазо- моторный центр) [1]. Они базируются на симпатической части вегетативной нервной системы. Маркерами активности этого контура являются медленноволновые процессы в кар-диореспираторной системе [2–4].

К управляемому контуру относятся блуждающие нервы, включая их ядра, и синусовый узел. Это элементы парасимпатической части вегетативной нервной системы

[1]. Данный контур является автономным, маркером его работы служит синусовая дыхательная аритмия.

Данная двухконтурная модель была разработана Р.М. Баевским и для определения предикторов регуляции сердечного ритма сохранила свою актуальность.

Отделы вегетативной нервной системы крайне редко находятся в балансе. Чаще наблюдается преобладание одного из них в вегетативной регуляции ритма сердца [2, 4].

При этом соотношение симпатических и парасимпатических влияний на сердце меняется под действием многих факторов, как внешних, так и внутренних (физическая активность, умственная деятельность, величина артериального давления, эндокринный статус, ритм дыхания и др.) [1, 3–6]. Некоторые из этих факторов можно изменять искусственно и тем самым целенаправленно воздействовать на уровень вегетативной регуляции работы сердечно-сосудистой системы.

Лабильность и взаимодействие симпатического и парасимпатического отделов нервной системы отражают адаптивные резервы организма в целом. Изменение баланса отделов приводит к изменению уровня адаптации организма к условиям среды [2, 7, 8]. Данные изменения можно оценить при помощи показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР).

Таким образом, на систему вегетативного управления сердцем (СВУС) постоянно воздействует большое количество факторов внешней и внутренней среды. СВУС подстраивается под воздействие с целью обеспечения адекватной ситуации работы сердечно-сосудистой системы. Но при этом изначально в СВУС наличествуют собственные автономные колебательные процессы [3, 4, 9, 10].

Другими словами, СВУС является автогенератором колебательных процессов, который находится под влиянием большой совокупности других ритмических процессов, происходящих в организме. В литературе имеются сведения о том, что в данной си- стеме существует основной автоколебательный процесс с частотой 0,1 Гц (низкочастотный диапазон спектра). Колебательные процессы, происходящие вне СВУС, оказывают модулирующее влияние на автоколебательный процесс и определяют динамику изменений вегетативного фона организма [1, 4, 9, 11], что в свою очередь воздействует на адаптацию организма к условиям среды.

Значимость влияния внешних процессов на СВУС неодинакова. Одни ритмические процессы, происходящие в организме, сильно изменяют работу СВУС, другие вносят лишь «шумовую» составляющую в сердечный ритм [12, 13].

Так, например, ритм дыхания оказывает выраженное воздействие на вегетативную регуляцию ритма сердца. Это объясняется анатомической близостью сосудодвигательного и дыхательного центров. Они оба располагаются в продолговатом мозге, и между ними имеются нейронные синаптические связи, благодаря которым они взаимодействуют друг с другом [13–15]. При этом, если частота двух колебательных процессов в этих нервных центрах совпадет, может возникнуть эффект синхронизации. Тогда влияние одного центра на другой будет более выраженным. Другими словами, если подобрать параметры дыхательного ритма таким образом, чтобы они совпали по частоте с основным ритмом в СВУС, то произойдет синхронизация ритмических процессов и дыхательный центр будет оказывать выраженное влияние на вегетативную регуляцию сердца, что в свою очередь существенно изменит адаптивные возможности организма [12, 13].

В проведенном исследовании дыхание используется в качестве одного из факторов управления СВУС. Как уже было сказано выше, в СВУС частота основных ритмических процессов составляет 0,1 Гц. Параметры дыхательного ритма изменить несложно. Частоту и глубину дыхания человек может контролировать осознанно.

Существует множество методик управляемого дыхания. В данном исследовании испытуемым предлагалось дышать с частотой 6 раз в минуту (что в пересчете составляет 0,1 Гц). Такое дыхание вызывало эффект синхронизации в СВУС. Вегетативное управление сердечным ритмом перестраивалось значительно, что можно было заметить в динамике изменений показателей ВСР [5, 7, 16].

Динамику показателей ВСР можно использовать в качестве предикторов эффекта влияния на вегетативную регуляцию сердца. Методика оценки ВСР заключается в математическом анализе последовательных рядов кардиоинтервалов [1, 3, 12, 13, 17], который выполняется автоматически при помощи аппаратно-программного комплекса. Изучение показателей ВСР позволяет оценить смещение баланса между симпатической и парасимпатической нервной системой, а также оценить степень напряжения регуляторных систем организма. Изменения показателей ВСР у каждого конкретного испытуемого носят индивидуальный характер, но представляется возможным отметить общую динамику.

Цель исследования. Оценить возможное влияние методики управляемого дыхания с частотой 6 раз в минуту на СВУС, уровень стресса в организме человека и адаптацию к среде при однократном применении.

Материалы и методы. В исследовании приняли участие 50 студентов 3-го курса РязГМУ в возрасте 20–22 лет. Эксперимент включал 3 этапа.

На первом этапе осуществлялся сбор исходных данных. Участник находился в положении сидя в состоянии покоя в течение 5 мин.

На втором этапе студент выполнял тест Шульте (испытывал умственную нагрузку) на компьютере при помощи АПК «Спортивная медицина». Время выполнения теста также ограничивалось 5 мин.

На третьем этапе участник применял методику управляемого дыхания с частотой

6 раз в минуту. Данный тип дыхания моделировался при помощи шкалы генератора HF-волн в программе ISCIM 6. Периоды вдоха и выдоха устанавливались в физиологическом соотношении. Студент дышал строго по этой шкале в течение 5 мин.

Всего у каждого студента при помощи АПК «Варикард-2,75» записывалось по три кардиоинтервалограммы (по одной на каждом этапе). Последующая математическая обработка полученных данных осуществлялась программным комплексом ISCIM 6. Данный метод позволил оценить показатели ВСР на разных этапах исследования.

Затем были выбраны те показатели, динамика и достоверность изменения которых были наиболее выраженными. При помощи них оценивалась величина эффекта влияния управляемого дыхания с частотой 6 раз в минуту на вегетативную регуляцию работы сердца и динамику адаптации к внешней среде.

Для статистической обработки полученных данных применялся облачный сервис StatTech v. 4.1.2 (ООО «Статтех», Россия).

Для описания количественных показателей с нормальным распределением использовались средние арифметические величины (M) и стандартные отклонения (SD), 95 % ДИ.

Количественные показатели с ненормальным распределением представлены как медиана (Me) с нижним и верхним квартилями (Q1–Q3).

Описание количественных показателей в трех группах при ненормальном распределении осуществлялось методами Краскела – Уоллиса и Данна с поправкой Холма. Динамика показателей считалась статистически значимой при p<0,05 [18].

Результаты и обсуждение. Данные, имевшие наибольшее значение, представлены в табл. 1.

Таблица 1

Table 1

Changes in HRV parameters according to trial milestone

Показатель ВСР HRV parameter	Этап 1 Stage 1	Этап 2 Stage 2	Этап 3 Stage 3	P
HR, уд./мин HR, bpm	78,99±11,80 (95 % ДИ 75,64–82,34)	84,18±12,15 (95 % ДИ 80,72– 87,63)	82,34±11,37 (95 % ДИ 79,11–85,57)	0,086
SDNN, мс SDNN, ms	56,87 [43,25; 69,57]	50,41 [40,05; 62,51]	93,42 [76,05; 116,62]	p этап 1 – этап 3 <0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
CV, %	7,28 [6,44; 8,32]	6,87 [5,95; 8,10]	13,35 [10,95; 14,94]	p этап 1 – этап 3 < 0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
SI	98,35 [63,06; 167,42]	129,74 [85,64; 209,56]	54,65 [34,72; 85,00]	p этап 1 – этап 3 < 0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
TP, мс2 TP, ms2	2248,95 [1267,89; 3660,54]	1916,77 [1369,45; 2730,49]	7715,88 [5232,41; 12057,76]	p этап 1 – этап 3 <0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
PHF, %	46,07 [31,49; 55,23]	30,39 [24,24; 40,14]	11,52 [9,23; 15,63]	p этап 1 – этап 3 <0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
PLF, %	38,28 [30,07; 47,81]	50,56 [39,30; 58,95]	83,17 [76,61; 87,51]	p этап 1 – этап 3 <0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
LF/HF	0,84 [0,63; 1,47]	1,72 [1,13; 2,19]	6,88 [5,12; 9,67]	p этап 1 – этап 3 <0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
IC	1,17 [0,81; 2,18]	2,29 [1,49; 3,13]	7,68 [5,40; 9,83]	p этап 1 – этап 3 <0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001
ПАРС PRSA	4,00 [3,00; 5,00]	4,00 [3,00; 5,00]	7,50 [7,00; 8,00]	p этап 1 – этап 3 <0,001 p этап 2 – этап 3 <0,001

Изменение показателей ВСР в зависимости от этапа исследования

Примечание. HR (Heart Rate) – частота пульса, SDNN (Standard Deviation of NN intervals) – стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов, CV (Coefficient of Variation) – коэффициент вариации, SI (Stress Index) – стресс-индекс, TP (Total Power) – суммарная мощность спектра вариабельности сердечного ритма, PHF – (Very High Frequency) – мощность сверхнизкочастотного компонента вариабельности в процентах от суммарной мощности колебаний, PLF (Low Frequency) – мощность низкочастотного компонента вариабельности в процентах от суммарной мощности колебаний, LF/HF – отношение мощностей низкочастотного и высокочастотного компонентов, показывает соотношение активности симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, IC (Index of Centralization) – индекс централизации, ПАРС – показатель активности регуляторных систем.

Note. HR – heart rate, SDNN – standard deviation of NN intervals; CV – coefficient of variation; SI – stress index; TP – total power, PHF – pulsating high-frequency; PLF – prevalent low frequency; LF/HF – he quotient of the low-frequency (LF) and high-frequency (HF) components of heart rate variability; IC – index of centralization; PRSA – parameter of regulatory system activity.

Табл. 1 отражает вариативные изменения показателей ВСР на трех этапах исследования. Динамика особенно заметна на третьем этапе, когда студенты получали задание дышать по шкале с частотой 6 раз в минуту.

Управляемое дыхание с частотой 0,1 Гц приводило к повышению активности систем, осуществляющих регуляцию ритма сердца.

Предикторное значение в данном случае носят такие показатели ВСР, как HR, SDNN, CV, TP, IC, ПАРС [1, 3, 4, 9].

Так, HR исходном состоянии составила 78,99±11,80 уд./мин (95 % ДИ 75,64–82,34). При выполнении теста Шульте отмечалось увеличение показателя – 84,18±12,15 уд./мин (95 % ДИ 80,72– 87,63), как и при использова- нии методики управляемого дыхания с частотой 0,1 Гц – 82,34±11,37 уд./мин (95 % ДИ 79,11–85,57).

Динамика SDNN характеризуется значительным повышением на 3-м этапе исследования. В исходном состоянии его значение равнялось 56,87 мс [43,25; 69,57], на 2-м этапе – 50,41 мс [40,05; 62,51]; а на 3-м – 93,42 мс [76,05; 116,62]. Данные изменения были достоверными: p этап 1 – этап 3 <0,001, p этап 2 – этап 3 <0,001.

CV также значительно повышается на 3-м этапе. В исходном состоянии он был равен 7,28 % [6,44; 8,32], на 2-м – 6,87 % [5,95; 8,10], а на 3-м – 13,35 % [10,95; 14,94]. Эти изменения также были достоверными: p этап 1 – этап 3 <0,001, p этап 2 – этап 3 <0,001.

Кроме того, на 3-м этапе происходит резко выраженное достоверное увеличение TP. Так, на 1-м этапе данный показатель ВСР составлял 2248,95 мс² [1267,89; 3660,54]; на 2-м этапе – 1916,77 мс² [1369,45; 2730,49], а на фоне применения методики управляемого дыхания с частотой 0,1 Гц он резко возрастал до 7715,88 мс² [5232,41; 12057,76] (p этап 1 – этап 3 <0,001, p этап 2 – этап 3 <0,001).

IC демонстрирует аналогичные изменения. На 3м этапе наблюдается его резкое увеличение (7,68 [5,40; 9,83]) по сравнению с 1-м (1,17 [0,81; 2,18]) и 2-м (2,29 [1,49; 3,13]) этапами (p этап 1 – этап 3 <0,001, p этап 2 – этап 3 <0,001).

ПАРС на первых двух этапах практически не изменялся и равнялся 4 [3,00; 5,00]. А при использовании управляемого дыхания резко увеличивался до 7,50 [7,00; 8,00] (p этап 1 – этап 3 <0,001, p этап 2 – этап 3 <0,001).

В СВУС росло влияние симпатического отдела. Предикторами являются показатели PHF, PLF, LF/HF [1, 3, 4].

Так, PHF постепенно снижался. В исходном состоянии он составлял 46,07 % [31,49; 55,23]. При выполнении студентами теста Шульте был равен 30,39 % [24,24; 40,14]. А при применении управляемого дыхания резко снизился до 11,52 % [9,23; 15,63]. Достоверность этих изменений была высокой: pэтап 1 – этап 3<0,001, pэтап 2 – этап 3<0,001, pэтап 1 – этап 2=0,001.

Показатель PLF, напротив, значительно повышался. Его значения составили 38,28 % [30,07; 47,81], 50,56 % [39,30; 58,95] и 83,17 % [76,61; 87,51] на 1-м, 2-м и 3-м этапах соответственно (p этап 1 – этап 3 <0,001, p этап 2 – этап 3 <0,001).

Индекс LF/HF с высокой достоверностью (p этап 1 – этап 3 <0,001, p этап 2 – этап 3 <0,001) повышался на 3-м этапе исследования. В исходном состоянии он был равен 0,84 [0,63; 1,47], на 2-м этапе – 1,72 [1,13; 2,19], а на 3-м – 6,88 [5,12; 9,67].

Стресс-индекс резко снижался на 3-м этапе и составлял 54,65 [34,72; 85,00], тогда как на первых двух этапах равнялся 98,35 [63,06; 167,42] и 129,74 [85,64; 209,56] соответственно (p этап 3 – этап 1 =0,004; p этап 3 – этап 2 =0,002). Такая динамика свидетельствует о положительном влиянии методики управляемого дыхания на организм в целом [1, 2, 9, 19, 20].

Данное сочетание изменений параметров СВУС оказывает благоприятное воздействие на организм человека, так как за счет увеличения напряжения регуляторных механизмов и изменения баланса вегетативной регуляции ритма сердца в сторону преобладания симпатических влияний уменьшается стресс-индекс, что в свою очередь положительно влияет на адаптацию организма человека к условиям среды.

Заключение. Модель управляемого дыхания с частотой 0,1 Гц при однократном применении существенно влияет на показатели работы СВУС: повышается активность регуляторных систем в организме, смещается баланс вегетативной нервной системы в сторону преобладания симпатических влияний, резко снижается стресс-индекс, что оказывает положительное воздействие на адаптацию организма человека к условиям среды.

Методику можно легко применять в ситуациях, когда требуется быстро снизить уровень стресса в организме (после физических и умственных нагрузок).