Особенности регуляции сердечного ритма у первокурсников разных этнических групп с учетом структуры мощности суммарного спектра

Введение. Исследование особенностей активности центральных и автономных механизмов формирования и регуляции сердечного ритма (СР) как объективного показателя функционального состояния миокарда у студентов разных этнических групп в условиях учебной деятельности имеет теоретическую и практическую значимость [1-4]. Обучение в вузе сопряжено с высокими интеллектуальными и психоэмоциональными нагрузками, способными не только вызывать у студентов функциональное напряжение активности регуляторных систем организма, но и снизить компенсаторно-адаптивные возможности [5, 6].

Спектральный анализ вариабельности СР (ВСР) как информативный диагностический метод позволяет изучать ритмичность и напряженность сокращений миокарда, его текущий статус и особенности реагирования на любые сдвиги параметров внешней или внутренней среды организма [9–12]. Показатели ВСР отражают ритмичность работы миокар- да, функциональный статус сердечно-сосудистой системы и всего организма как совокупный результат взаимодействия механизмов нервной системы, ее центральных и высших автономных отделов [4, 5, 7, 8].

Суммарная мощность спектра (ТР) СР состоит из трех компонентов: очень низко частотного (VLF), низкочастотного (LH, вазомоторного) и высокочастотного (НF, парасимпатического) [13]. В норме структуру СР можно описать следующим образом: НF>LF>VLF [6]. Однако в условиях высоких физических и психических нагрузок происходят различные отклонения [3, 14, 15], отражающие степень участия центральных и автономных структур в регуляции ВСР [16–18].

Цель исследования. Оценка участия центральных и автономных механизмов в регуляции сердечного ритма у студентов-первокурсников разных этнических групп.

Материалы и методы. В НИУ «БелГУ» на базе лаборатории «Физиология адаптационных процессов» кафедры биологии проведены два этапа исследования: 1-й – в октябре, 2-й – в апреле 2016–2017 учебного года. Обследовано 120 первокурсников в возрасте 21–23 лет трех этнических групп: арабской (I), латиноамериканской (II), русской (III). Все студенты были ознакомлены с целью исследования и дали согласие на обработку их персональных данных согласно Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации [19].

Используя программный модуль «ПолиСпектр-Ритм» (ООО «Нейрософт», г. Иваново), записывали ЭКГ испытуемых в течение 5 мин [13], анализировали спектральные параметры ВСР: абсолютную мощность суммарного спектра (ТР, мс2), очень низких (VLF, мс2), низких (LF, мс2), высоких (HF, мс2) частот; соотношение мощностей компонентов спектра (LF/HF); относительную мощность компонентов ТР – высокочастотного (%HF), низкочастотного (%LF) и очень низкочастотного (%VLF); индексы напряжения (ИН, усл. ед.) и централизации (IC, усл. ед.) [20]. У всех студентов по индивидуальным значениям ИН и мощности VLF-спектра определяли тип автономной регуляции СР [4, 17, 21], учитывая, что для первого типа (ИН>100 усл. ед.,

VLF>240 mc2) свойственна умеренно преобладающая центральная регуляция (УПЦР) СР; для второго (ИН>100 усл. ед., VLF<240 mc2) – выраженное преобладание центральной регуляции СР (ВПЦР); для третьего (ИН – 30–100 усл. ед., VLF>240 mc2) – умеренно преобладающая автономная регуляция СР (УПАР); для четвертого (ИН – 30–100 усл. ед., VLF>240 mc2, ТР>20 000 мс2) – выраженное преобладание автономной регуляции СР (ВПАР) [6, 21].

Оценка направленности процессов адаптации и функционального статуса систем автономной регуляции СР у студентов разных этнических групп в новых для них условиях обучения и проживания является сложной задачей. Поэтому мы не только изучали структурные основы формирования сердечного ритма, но и анализировали симпатико-парасимпатические механизмы регуляции СР с применением различных методов, в т.ч. математических расчетов интегральных индексов, характеризующих вегетативное равновесие и сопряженность функций автономных и центральных механизмов регуляции в организме. По формуле Рида у студентов определяли процент отклонения (ПО, %) основного обмена от нормы:

ПО=0,75∙(ЧСС+0,74ПД∙)-72, где ЧСС – частота сердечных сокращений, мин-1, ПД – пульсовое давление, мм рт. ст.; вегетативный индекс Кердо (ВИК) по формуле [6]:

ВИК=1-АДД/ЧСС, где АДД – артериальное давление диастолическое, мм рт. ст., ЧСС – частота сердечных сокращений, мин-1. У студентов также оценивали уровень испытываемого стресса (УИС, усл. ед.) по формуле Ю.Р. Шейх-Заде [6]:

УИС=0,000126∙ТЧСС∙ПД∙m1/3, где ТЧСС – текущая частота сердечных сокращений, мин-1, ПД – пульсовое артериальное давление, мм рт. ст., m – масса тела, кг.

Полученный цифровой материал обрабатывали методами вариационной статистики с использованием пакета компьютерных программ Statistica 6.0.

Результаты и обсуждение. На обоих этапах исследования в этнической группе арабских студентов по индивидуальным кри- териям оценки параметров автономной регуляции СР доминировали 2 подгруппы: с третьим (УПАР) и четвертым (ВПАР) типами регуляции СР (рис. 1). И только у одного студента на 1-м и 2-м этапах обнаружил себя первый тип (УПЦР) СР с наиболее низкими значениями спектральных параметров (ТР – 992 и 650 mc2; HF – 132 и 81 mc2, LF – 421 и 261 mc2, VLF – 454 и 308 mc2, HF% – 11,9 и 9,2; LF% – 42,4 и 50,5; VLF% – 45,7 и 40,0;

LF/HF – 11,9 и 6,2; IC – 1,18 и 3,45 усл. ед. соответственно). Студенты с ВПЦР СР в этой группе отсутствовали.

На 1-м этапе у 50 % студентов с УПАР СР параметры суммарной мощности ТР-спектра и его компонентов соответствовали норме. У студентов с ВПАР СР они превышали верхнюю границу нормы: ТР-спектр – в 3 раза, VLF- и LF-спектры – в 2 и 4 раза (табл. 1).

Рис. 1. Распределение студентов арабской этнической группы с учетом типа автономной регуляции сердечного ритма:

I тип – УПЦР, II тип – ВПЦР, III тип – УПАР, IV тип – ВПАР, %

На 2-м этапе у подгруппы студентов с УПАР СР суммарная мощность ТР-спектра повысилась, сохраняясь в пределах нормы. У подгруппы студентов с ВПАР СР она снизи- лась за счет снижения мощности волн всех диапазонов, особенно VLF-спектра, но, несмотря на это, превышала норму более чем в 2 раза.

Таблица 1

Динамика спектральных параметров ВСР с учетом типов его автономной регуляции у этнической группы арабских студентов

Этапы	ТР, mc2	HF, mc2	LF, mc2	VLF, mc2	HF, %	LF, %	VLF, %	LF/HF, усл. ед.	IC, усл. ед.
Третий тип регуляции СР (УПАР)
1-й	3716±407	808±113	1268±210	1641±281	23,0±4,0	33,10±2,86	43,90±4,75	2,010±0,531	1,50±0,29
2-й	3935±677	1013±171	1404±380	1420±325	27,90±3,53	33,80±3,84	38,30±5,83	1,320±0,186	2,20±0,55
Четвертый тип регуляции СР (ВПАР)
1-й	10913±1378	3634±374	3116±792	3705±628	34,80±2,84	31,50±2,44	33,50±3,71	0,960±0,136	2,30±0,35
2-й	9760±1773	4486±1383	2911±500	2364±1773	42,20±4,79	31,60±3,26	26,50±5,14	0,850±0,124	4,20±1,03

На обоих этапах исследования структура мощности компонентов ТР была одинакова: VLF>LF>НF, что показывает усиленное влияние центральной и симпатической активности на СР. На 2-м этапе мощность VLF-спектра снизилась на фоне усиления влияния пара-симпатикотонии на модуляцию СР.

У студентов с четвертым типом регуляции СР на обоих этапах мощность ТР-спектра и его компонентов превышала норму. На 1-м этапе его структура была следующей: VLF>НF>LF, что указывало на высокое напряжение высших вегетативных центров регуляции активности подкоркового сердечнососудистого центра на фоне усиленного вагусного влияния на модуляцию СР. На 2-м этапе структура мощности компонентов ТР изменилась: НF>LF>VLF. Повышение процента НF-волн при снижении VLF-волн соответствовало усилению вагусного влияния на СР. У обеих подгрупп студентов процент LF-волн указывал на оптимальную активность вазомоторного центра [13], а сдвиги мощности его компонентов в структуре ТР-спектра – на оптимальное проявление активности гормонально-регуляторных процессов под контролем высшего подкоркового автономного сердечно-сосудистого центра [4, 8, 21].

У студентов с УПАР и ВПАР СР значения индексов LF/HF указывали на проявление нормотонии на 1-м этапе и усиление па-расимпатикотонии на 2-м. По значению IC у студентов с четвертым типом на 2-м этапе преобладала активность сегментарного контура регуляции СР, отражающая проявление у них стресс-состояния. У остальных студентов с третьим или четвертым типами регуляции СР на обоих этапах значения IC указывали на умеренное преобладание центрального контура регуляции СР над автономным.

Распределение в латиноамериканской группе студентов на 3 подгруппы с учетом свойственного для них типа автономной регуляции СР представлено на рис. 2. У 50 % латиноамериканских студентов на 1-м этапе преобладал третий тип СР, а на 2-м – четвертый.

Рис. 2. Распределение студентов латиноамериканской этнической группы с учетом типа автономной регуляции сердечного ритма:

I тип – УПЦР, II тип – ВПЦР, III тип – УПАР, IV тип – ВПАР, %

Первый тип регуляции СР был выявлен на 1-м этапе у 30 % студентов (ТР – 1468±202 mc2, HF – 233±61 mc2, LF – 604±128 mc2, VLF – 630±95 mc2, HF% – 16,5; LF% – 40,0; VLF% – 44,0; LF/HF – 3,7 усл. ед., IC – 1,52 усл. ед.), а на 2-м этапе – у 15 % (ТР – 1493±431 mc2,

HF – 245±77 mc2, LF – 443±159 mc2, VLF – 805±301 mc2, HF% – 20,6; LF% – 28,9; VLF% – 50,5; LF/HF – 2,08 усл. ед., IC – 2,35 усл. ед.). Показатели суммарной мощности спектра ТР и его компонентов на обоих этапах были близки по значениям и снижены против нор- мы более чем в 2 раза. У студентов с УПАР СР в суммарной мощности ТР-спектра преобладала мощность волн VLF-диапазона, отражая постнагрузочный энергодефицит и стресс-состояние.

У первой подгруппы студентов структура компонентов суммарного спектра ТР описывалась как VLF>LF>НF на обоих этапах, т.е. отклонялась от нормы, отражая влияние высших автономных центров на подкорковый сердечно-сосудистый центр и связь автономных уровней регуляции кровообращения с надсегментарными. По соотношению LF/HF у студентов на 1-м этапе доминировала симпа-тикотония с психоэмоциональным напряжением, а на 2-м – нормотония со свойственной ей стабилизацией физиологического статуса организма. Значение IC указывало на преобладание активности сегментарного контура регуляции

СР на фоне оптимального проявления функций системы кровообращения на 2-м этапе.

У студентов с УПАР СР мощность ТР на 1-м этапе была в пределах нормы, а на 2-м этапе превышала ее в 1,6 раза (табл. 2). На 1-м этапе формирование СР находилось под контролем высокой симпатической активности, а на 2-м этапе – парасимпатической. Мощности VLF- и LF-спектров на 1-м этапе соответствовали норме, на 2-м превышали ее в 1,2 и 1,6 раза, указывая на усиление психоэмоционального возбуждения при активации центральных и подкорковых отделов ВНС. Мощность НF-спектра на фоне проявления эмоционального стресса превышала норму в 3,8 и 7,7 раза соответственно на 1-м и 2-м этапах, оказывая выраженное вагусное влияние на СР, направленное на защиту миокарда от перенапряжения (табл. 2).

Таблица 2

Динамика спектральных параметров ВСР с учетом типов его автономной регуляции у этнической группы латиноамериканских студентов

Этап	ТР, mc2	HF, mc2	LF, mc2	VLF, mc2	HF, %	LF, %	VLF, %	LF/HF, усл. ед.	IC, усл. ед.
Третий тип регуляции СР (УПАР)
1-й	3912±373	1150±138	1236±208	1526±260	31,60±4,93	30,60±3,38	37,90±5,11	1,200±0,223	2,9±1,3
2-й	5374±534	1593±226	1856±189	1926±568	32,80±6,27	34,80±2,48	32,3±6,3	1,46±0,37	2,90±0,72
Четвертый тип регуляции СР (ВПАР)
1-й	8097±2562	2754±771	2551±566	3660±1906	35,80±10,81	29,10±4,17	35,1±14,05	1,060±0,281	4,00±1,82
2-й	14275±2710	5433±1191	4363±681	4479±1140	36,20±3,23	34,10±3,32	29,7±3,17	1,050±0,158	2,80±0,52

Выраженная мощность VLF-спектра и преобладающий в частотном спектре процент ее волн на 1-м этапе указывали на влияние высших вегетативных центров на активность сердечно-сосудистого центра [9, 17]. На обоих этапах высокий процент НF-волн отражал усиленное вагусное влияние на формирование СР, а процент LF-волн соответствовал норме и умеренной активности симпатического отдела вазомоторного центра. Структура мощности компонентов ТР на обоих этапах отклонялась от нормы: VLF>LF>HF, указывая на приоритет центральной регуляции формирования СР, наиболее выраженной на 2-м этапе (табл. 2).

Суммарная мощность ТР у студентов с четвертым типом (ВПАР) СР превышала норму в 2 и 3 раза соответственно на 1-м и 2-м этапах, отражая нарастающее нейрогуморальное ги-поталамо-гипофизарное и корковое усиленное влияние на СР. Процент HF- и VLF-волн превышал норму, указывая на высокое напряжение функций обоих отделов ВНС (табл. 2). Так, на 1-м и 2-м этапах процент НF-волн был выше нормы в 3,6 и 3,0 раза, LF-волн – в 2,4 и 1,3 раза соответственно. У студентов на обоих этапах значения LF/HF и IC говорили о выраженном симпатическом влиянии на модуляцию СР. У студентов с ВПАР СР мощность ТР и структура его компонентов откло- нялась от нормы: VLF>HF>LF и HF>VLF>LF соответственно на 1-м и 2-м этапах.

Распределение студентов русской этнической группы с учетом проявления у них типа автономной регуляции СР представлено на рис. 3. На обоих этапах у них были представлены студенты со всеми типами авто- номной регуляции СР. На 1-м этапе первый тип (УПЦР) СР был выявлен только у одного студента, а на 2-м этапе – у 25 % (ТР – 1468±202 mc2, HF – 233±61 mc2, LF – 604±128 mc2, VLF – 630±95 mc2, HF% – 44, LF% – 31, VLF% – 25; LF/HF – 0,70 усл. ед., IC – 3,10 усл. ед.).

Рис. 3. Распределение студентов русской этнической группы с учетом типа автономной регуляции сердечного ритма: I тип – УПЦР, II тип – ВПЦР, III тип – УПАР, IV тип – ВПАР, %

Второй тип (ВПЦР) СР был выявлен на 1-м этапе у 15 % студентов (ТР – 1493±431 mc2, HF – 245±77 mc2, LF – 443±159 mc2, VLF – 805±301 mc2, HF% – 68, LF% – 24, VLF% – 8, LF/HF – 0,36 усл. ед., IC – 11,4 усл. ед.), а на 2-м этапе – лишь у одного студента, что указывало на снижение высокого функционального напряжения центральных структур регуляции активности отделов ВНС [15, 19].

У большей части русских студентов (65 %) преобладал третий тип (УПАР) СР. Структура суммарной мощности компонентов ТР-спектра на первом этапе у них не соответствовала норме: LF>HF>VLF, отражая функциональное напряжение, обусловленное симпатикотонией, но на втором этапе она соответствовала норме: HF>LF>VLF (табл. 3).

Таблица 3

Динамика спектральных параметров ВСР с учетом доминирующих типов его автономной регуляции у этнической группы русских студентов

Этап	ТР, mc2	HF, mc2	LF, mc2	VLF, mc2	HF, %	LF, %	VLF, %	LF/HF, усл. ед.	IC, усл. ед.
Третий тип регуляции СР (УПАР)
1-й	6572±1472	2526±838	2816±625	1229±262	31,00±4,45	43,00±5,47	24,90±4,46	2,400±0,880	1,20±0,88
2-й	5280±512	2103±341	1577±207	1600±311	39,00±5,26	30,00±2,99	29,90±3,57	1,23±0,33	3,00±0,49
Четвертый тип регуляции СР (ВПАР)
1-й	15252±6598	6747±3035	5414±2446	3091±1514	43,20±6,23	33,3±2,1	23,7±6,5	1,060±0,281	0,83±0,15
2-й	10988	4222	6739	628	38,5	50,8	10,2	1,35	1,4

На 1-м этапе у студентов доминировала мощность LF-спектра, говоря об усиленном влиянии на вазомоторный центр продолговатого мозга симпатической активности, определяющей модуляцию СР на фоне повышенной вагусной активности [15]. У русских студентов с четвертым типом (ВПАР) СР суммарная мощность спектра ТР на 1-м этапе превышала норму в 4,4 раза, VLF-спектра – в 1,9 раза, LF-спектра – в 2,4 раза и НF-спектра – в 9,6 раза, указывая на высокое функциональное напряжение центральных и автономных механизмов регуляции СР, но при этом структура мощности компонентов ТР-спектра соответствовала норме: HF>LF>VLF. На 2-м этапе функциональное состояние русских студентов с ВПАР СР стабилизировалось, у них снизилась суммарная мощность спектра ТР и изменилась его структура, соответствуя проявлению УПАР СР. Только у одного русского студента на 2-м этапе сохранилась ВПАР СР, так как параметры его LF- и HF-спектра превышали норму, отражая высокое стресс-напряжение, вызванное усиленной активностью автономной регуляции (табл. 3). Соответственно на 2-м этапе у студентов с УПАР процент волн HF-спектра преобладал, процент VLF-волн соответствовал норме, а HF-волн был выше, указывая на усиленное влияние парасимпатикотонии на формирование СР. Значение LF/HF на 1-м этапе соответствовало нормотонии, а на 2-м – пара-симпатикотонии (табл. 3). Значения IC на обоих этапах отмечали выраженное симпатическое воздействие на СР при доминирующем контроле центрального контура регуляции над автономным.

У русских студентов с ВПАР СР по значениям индексов IC уровень психоэмоционального стресса с преобладанием активности центрального контура регуляции СР над автономным был наиболее высоким против его проявления у арабских и латиноамериканских студентов.

Оценка средних значений ВИК показала, что на обоих этапах у арабских и русских студентов в физиологических условиях проявлялась эйтония со смещением вегетативного статуса в сторону усиления парасимпатического влияния на центральные параметры гемодинамики. У латиноамериканской группы проявлялась парасимпатикотония на первом этапе, эйтония – на втором (табл. 4).

Таблица 4

Динамика ВИК и ПО основного обмена с учетом доминирующих типов автономной регуляции сердечного ритма у этнической группы русских студентов

Этап, n	Арабская группа		Латиноамериканская группа		Русская группа
	ВИК, усл. ед.	ПО, %	ВИК, усл. ед.	ПО, %	ВИК, усл. ед.	ПО, %
Третий тип регуляции СР (УПАР)
1-й, n=10	-7,30±9,49	7,34±3,03	-15,40±7,26	0,47±2,02	-6,90±2,63	4,90±2,13
2-й, n=9	-4,11±3,73	9,60±2,92	0,23±5,09	11,10±2,61	-7,70±3,73	6,10±1,52
	Четвертый тип регуляции СР (ВПАР)
1-й, n=9	-17,70±4,55	3,30±2,92	-5,00±6,63	5,60±3,67	-14,1±4,7	2,6±1,4
2-й, n=10	-13,6±3,5	5,01±2,47	-7,30±4,14	6,45±2,40	-14,1±4,7	2,6

ПО основного обмена от нормы у всех групп студентов с УПАР на первом этапе и на втором этапе у русской группы, на обоих этапах у всех групп студентов с ВПАР соответствовал физиологической норме. Значения ПО у арабской и латиноамериканской групп на втором этапе указывали на усиление у них обмена веществ и функционального напряжения системы кровообращения (табл. 4).

Структура распределения студентов в каждой группе по индивидуальным значениям УИС представлена на рис. 4.

Доля студентов с низким уровнем стресса в среднем составила 20 % в арабской и латино- американской группах и 13,7 % в русской группе. У большинства студентов (54,6–63,6 %) всех групп был выявлен средний уровень стресса на фоне симпатикотонии, определяющей функциональное напряжение организма.

Студенты с выраженным стресс-напря-жением были выявлены в III группе (31,7 %), а с высоким уровнем стресса – в среднем до 20 % – в каждой группе (см. рис. 4).

Рис. 4. Распределение студентов по индивидуальным значениям уровня испытываемого стресса:

1 – нормальный, 2 – средний, 3 – высокий; I – арабская, II – латиноамериканская, III – русская группы

Таким образом, анализ спектральных параметров ВСР позволил выявить особенности регуляции СР у студентов трех этнических групп с учетом ведущих типов автономной регуляции, определить вклад активности отделов ВНС и центрального контура регуляции, включая нервно-гуморальное влияние, в процесс формирования СР с изменением структуры мощности компонентов суммарного спектра ТР.

Выводы:

• 1.    В процессе обучения у арабской группы первокурсников с УПАР сердечного

• 2.    У испытуемых с ВПАР сердечного ритма исходный уровень парасимпатикото-нии, проявляясь на фоне высокого напряжения центрального контура регуляции ритма сердца, способствовал развитию стресса у арабских и русских студентов и срыву механизмов адаптации у латиноамериканцев.

ритма исходно доминирующий центральный контур с выраженным проявлением симпати-котонии незначительно ослаб, у латиноамериканской – усилилась парасимпатикотония, у русской – возросла симпатикотония.