Формирование ритма сердца и адаптационные возможности организма при различных функциональных состояниях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формирование ритма сердца и адаптационные возможности организма при различных функциональных состояниях

03.00.13 - физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Горст Виктор Рудольфович

Астрахань 2009

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Астраханская государственная медицинская академия» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Научный консультант доктор медицинских наук, профессор Полунин Иван Николаевич

Официальные оппоненты:

Будылина Софья Михайловна - доктор медицинских наук, профессор.

Кафедра нормальной физиологии Московского медико-стоматологического университета

Джандарова Тамара Измаиловна - доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных Ставропольского государственного университета

Котельников Андрей Вячеславович - доктор биологических наук, профессор кафедры гидробиологии и общей экологии Астраханского государственного технического университета

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Защита состоится «___»____________2009г. в ____часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.01 при Астраханском государственном университете по присуждению ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология по адресу: 414000, г.Астрахань, пл. Шаумяна,1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета по адресу: 414000, г.Астрахань, пл. Шаумяна,1.

Автореферат разослан «____»_______________2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук Ю.В. Нестеров

гипоксия кровообращение дыхательный

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Адаптация к социальным и природным факторам окружающей среды является важнейшей закономерностью жизни. Изучение процесса адаптации следует считать одной из самых актуальных медико-биологических задач современности. Все периоды онтогенеза человека состоят из непрерывной череды процессов зарождения, развития и совершенствования структур и механизмов деятельности функциональных систем, которые обеспечивают приспособление и устойчивость функционирования организма.

В процессе жизни человеку приходится приспосабливаться к постоянно меняющимся экстремальным природно-климатическим факторам окружающего мира, а также адаптироваться к жестким социальным условиям. Диспропорции между различными адаптационными механизмами формируют и предъявляют организму значительную «цену адаптации» (Меерсон, 1981; Казначеев, 2000; Агаджанян, Никитюк, Полунин, 1996; Агаджанян, Полунин, 1998; Агаджанян, Баевский, Берсенева, 2000; Агаджанян, 2002; Никитюк, 2002).

Приспособление человека к физическим нагрузкам вырабатывалось в ходе длительной эволюции. Физическая активность на протяжении существенного периода развития являлась наиболее характерной чертой образа жизни человечества. Это способствовало гармоничному развитию основных физиологических систем, которые обеспечивали поддержание гомеостазиса и достижение полезного приспособительного результата (Анохин, 1998; Судаков, 2000, 2002, 2005). Современному человеку свойственна гиподинамия, которая привела к серьезным рассогласованиям в работе таких жизнеопределяющих систем как сердечно-сосудистая, дыхательная, опорно-двигательная. Развитие морфо-функциональных диспропорций между этими системами делает актуальным дальнейший поиск комплексных критериев оценки их состояния, а также путей преодоления функциональных нарушений.

Весьма актуальным и практически значимым является исследование адаптационного потенциала системы кровообращения и адаптационных резервов на организменном уровне. При этом необходимо учитывать, что дисрегуляционные расстройства связаны с нарушениями вегетативного гомеостазиса (Баевский, Берсенева, 1997; Ситдиков, Шайхелисламова, Валеев, 2001; Крыжановский, 2002; Котельников и др., 2003; Земцовский и др., 2004; Миронова, Миронов, 2006; Ferrari, 1990; Mano, 1990; Shannahoff-Khalsa, 1991). Снижение уровня приспособительных реакций к физическим нагрузкам в первую очередь связано с ограниченными возможностями сердечно-сосудистой системы. Это обусловлено детренированностью миокарда, расстройствами ритмообразовательной функции сердца, нарушениями проводящей системы, аномалиями развития, миокардитами, ишемической болезнью сердца, гипертонией (Залесский, Дынник, 2005). Практически при всех перечисленных состояниях происходит нарушение ритма сердечной деятельности, которое приводит к недостаточности всей сердечно-сосудистой системы. Среди арсенала современных методов диагностики нарушений сердечного ритма особое место занимают аппаратно-программные комплексы, которые позволяют анализировать кардиоинтервалограммы. Этот метод дает представление о центральных и периферических механизмах, оказывающих влияние на формирование ритма сердца. Несмотря на колоссальный опыт, накопленный в этой области, до сих пор нет единого мнения по вопросам механизмов формирования вариабельности сердечного ритма (Баевский, 2001; Котельников и др., 2002). Отсюда представляет несомненный интерес дальнейшее изучение центральных и периферических регуляторных механизмов, влияющих на формирование сердечного ритма при различных функциональных состояниях.

Конечной целью функциональной системы дыхания является поддержание должного уровня кислорода и углекислого газа в крови и создание определенной рН среды (Бреслав, Глебовский, 1981; Уэст, 1988; Сафонов, Миняев, Полунин, 2000). При физической нагрузке в организме накапливаются недоокисленные продукты обмена (молочная кислота, СО2 и другие активные физиологические вещества), нарушается не только дыхательный гомеостазис, но и многие другие функции организма, например, иммунитет. Углекислый газ является универсальным многогранным регулятором значительного числа физиологических процессов. В то же время его роль в организме до конца не изучена. Особый интерес в этой связи представляет исследование влияния углекислого газа на формирование ритма сердца.

Опорно-двигательный аппарат - основное морфофункциональное образование, которое противостоит постоянно действующей гравитации. Сколиозы, кифозы, врожденная патология и травмы позвоночника оказывают негативное влияние на антигравитационные реакции, а также на гемодинамику, процессы дыхания и механизмы регуляции вегетативных функций (Миронов и др., 2006; Верихов, Устинова, Зайцева, 2007). Боковое искривление позвоночника в зависимости от его выраженности и направления изгиба может оказать различное воздействие на центральные и периферические отделы нервной системы и на работу сердца. Характер и механизм этих воздействий до конца не изучены. В этой связи весьма актуальным и практически значимым является исследование влияния латеральных изгибов позвоночника на формирование сердечного ритма.

Адаптация есть комплексная реакция организма на экстремальные факторы, интенсивность и экстенсивность которых приводят к нарушениям постоянства внутренней среды. Адаптация представляет собой непрерывный процесс и имеет многоуровневый и динамический характер. Важнейшим признаком адаптированности является возможность выполнения всех видов социальной и биологической деятельности.

С позиций современных кибернетических представлений о конструктивных свойствах живых существ организм человека можно представить как слаженную интеграцию множества функциональных систем, одни из которых определяют динамическую устойчивость гомеостазиса, другие - адаптацию к внешней среде (Павлов, 1951; Анохин, 1998; Судаков, 2000; Судаков, Урываев, 2004; Карпов, 2005).

В основе адаптации лежит формирование доминирующей функциональной системы, полезным результатом которой является поддержание и восстановление нарушенного гомеостазиса. Многоуровневый принцип функциональных систем в целостном организме предусматривает участие как соматической, так и вегетативной нервной системы в процессах адаптации. Следует подчеркнуть, что при этом исключительную роль играет исходная реактивность, которая связана с морфофункциональным состоянием организма и во многом определяет характер предстоящей реакции на действие адаптогенных факторов. Определение исходной реактивности или так называемой «готовности к адаптации» имеет важное значение для прогнозирования характера ответной реакции организма в новых условиях существования (Илюхина, Заболотских, 2000; Казначеев, 2000; Казин и др., 2001; Бабошко и др., 2004; Крыжановский и др., 2004; Van-Lenthe, Snel, Twisk, 1998).

Гармония функциональных взаимоотношений является универсальным основополагающим принципом, обеспечивающим оптимальное функциональное состояние и максимальные адаптационные возможности организма. Эти взаимообусловленные отношения функциональных систем полностью согласуются с положениями учения о фрактальной структуре построения мира. Характеристики параметров взаимодействующих функциональных систем соответствуют закономерностям золотых пропорций. Закономерности золотых пропорций отражают внутреннюю гармонию человека, а, следовательно, имеет непосредственную связь с адаптационными процессами организма (Пидоу, 1979; Коробко, Примак, 1992; Васютинский, 1990; Цветков, 1984, 1997).

Цель исследования. Разработка концептуальных представлений об индивидуальной мере адаптационных возможностей организма на основе комплексного изучения основных физиологических функций организма.

Задачи исследования:

Провести анализ компонентов, входящих в классическую расчетную формулу адаптационного потенциала системы кровообращения, определить степень информативности данного критерия при исследовании резервных возможностей дыхательной системы.

Провести сравнительный анализ реакции испытуемых на гипоксию с нормокапническим и гиперкапническим компонентами с учетом исходного вегетативного статуса.

Провести исследование влияния антропометрических показателей и компонентов сомы на физическую работоспособность и реакцию организма на максимальную физическую нагрузку.

Изучить особенности формирования сердечного ритма в условиях относительного покоя, при задержке дыхания, гипервентиляции легких и максимальной физической нагрузке.

Исследовать влияние пространственного положения позвоночника и сил гравитации на показатели гемодинамики и вариабельности сердечного ритма.

Исследовать закономерность золотых пропорций в соотношении физиологических показателей кардио-респираторной системы при различных функциональных состояниях.

Исследовать функциональное состояние организма по показателям гемодинамики и особенностям формирования ритма сердца в процессе применения мануальной терапии и аппаратного устройства для коррекции позвоночника.

Разработать интегральный показатель функциональной активности симпатического отдела вегетативной нервной системы с учетом ее адрен- и холинэргических влияний на органы и ткани организма.

Разработать принципиально новые методические подходы для оценки функционального взаимодействия кардио-респираторной и опорно-двигательной систем и установления индивидуальной меры дисрегуляторных отклонений.

Новизна исследования. Разработано концептуальное представление об индивидуальной мере адаптационных возможностей организма, основанное на мультипараметрической оценке состояния основных функциональных систем с учетом гравитационных влияний.

Получены новые данные, характеризующие значение антропометрических параметров и типа телосложения в формировании вегетативного статуса человека, а также их влияние на физическую работоспособность.

Впервые показана роль пространственного положения позвоночника в реализации механизмов нервной регуляции вегетативных функций при выполнении функциональных проб с изменением положения тела. Впервые определено закономерное влияние направления изгиба позвоночника во фронтальной плоскости на формирование сердечного ритма и гемодинамику в целом.

Разработан новый способ оценки состояния симпатического отдела вегетативной нервной системы с учетом ее адренэргических и холинэргических влияний на организм, что позволило среди обследованных выделить лиц с низкой, умеренной и высокой активностью симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Новизна исследования заключается в выявлении золотых пропорций систолического и диастолического артериального давления, интервалов QT и TQ ЭКГ, резервных объемов выдоха и вдоха и использовании закономерности золотых пропорций для оценки адаптационных возможностей организма.

Впервые применено разработанное нами и запатентованное устройство для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника с целью нормализации вегетативного статуса.

Основные положения, выносимые на защиту

Методические подходы к исследованию функций сердечно-сосудистой, дыхательной и опорно-двигательной систем, используемые в настоящей работе, позволяют дать оценку физического состояния организма, уровня его адаптационных возможностей и установить значение меры индивидуальных различий при разных функциональных состояниях.

Тип телосложения человека оказывает закономерное влияние на его физическую работоспособность, что особенно ярко выражено при значительном мышечном напряжении. Длина тела оказывает влияние на формирование величины артериального давления, опосредуя свой эффект через силы гравитации.

Характер геометрии позвоночника, обусловленный искривлениями во фронтальной плоскости, определяет особенности вегетативного статуса человека. Изменение величины продольной осевой нагрузки на позвоночник отражается на состоянии нервных механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы при выполнении ортостатической и клиностатической функциональных проб.

Золотые пропорции показателей функциональной активности кардио-респираторной системы позволяют оценить адаптационные возможности организма в диапазоне от уровня физиологического покоя до максимально допустимых физических нагрузок.

Анализ характера ответных реакций человека на дыхательные пробы следует проводить с учетом антропометрических особенностей и исходной активности вегетативной нервной системы индивида.

Теоретическая и практическая значимость

Диссертационная работа выполнена в русле современной интегративной физиологии человека. Комплексное исследование морфофункциональных характеристик основных висцеральных систем человека имеет теоретическое и практическое значение для решения проблемы индивидуальной биологической устойчивости к действию экстремальных факторов.

Теоретическую и практическую значимость имеют представления о роли пространственного положения позвоночника в формировании вегетативного гомеостазиса, в регуляции функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем и компенсаторно-приспособительных механизмах. Учет геометрии позвоночника и гравитационных влияний позволяет правильно трактовать реакции организма на проведение диагностических мероприятий.

Разработанное устройство для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника имеет непосредственное значение для устранения ряда функциональных нарушений позвоночника, а также для нормализации вегетативного статуса организма в стрессовых ситуациях. Полезным является включение приемов мануальной терапии в комплексные программы реабилитации лиц, находящихся в депрессивных состояниях вследствие психо-эмоциональных и физических воздействий.

Применение новых методов и способов оценки вегетативного гомеостазиса, функционального состояния сердечно - сосудистой системы и физической работоспособности имеет большое практическое значение для определения адаптационных возможностей организма, диагностики переходных состояний, прогнозирования исходов компенсаторно-приспособительных реакций, разработки оздоровительных программ и создания мер профилактики.

Материалы диссертации включены в лекционные курсы и находят применение на занятиях по физиологии, экологии человека, психофизиологии в Астраханской государственной медицинской академии и в Астраханском государственном университете.

Апробация работы

Основные результаты исследований доложены и обсуждены на итоговых научных конференциях Астраханской государственной медицинской академии (1994 - 2004); итоговых научных конференциях Астраханского государственного университета (1992 - 2004); III Всероссийской научной конференции «Эколого-биологические проблемы волжского региона и северного прикаспия» (Астрахань, 2000); Всероссийской конференции молодых ученых Северного Кавказа по физиологии и валеологии (Ростов-на-Дону, 2000); Международной конференции, посвященной 55-летию института возрастной физиологии РАО (Москва, 2000); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы физической культуры, спорта и туризма» (Петрозаводск, 2000); VIII и X Международной конференциях «Циклы природы и общества» (Ставрополь, 2000, 2002); XI Всероссийской и XIII Международной научно-практических конференциях по проблемам физического воспитания учащихся «Человек, здоровье, физическая культура и спорт в изменяющемся мире» (Коломна, 2001, 2003); XI и XII Международных симпозиумах «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 2003, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Среднего Поволжья и сопредельных территорий» (Казань, 2002); VI Международной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2003); II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии» (Караганда, 2003); научно-практических конференциях с Международным участием «Современные достижения фундаментальных наук в решении актуальных проблем медицины» (Астрахань-Волгоград-Москва, 2004, 2006, 2008); II Международной научно-практической конференции «Человек и животные» (Астрахань, 2004); Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004); Международной научной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2004); XIX съезде физиологического общества им. И.П.Павлова. (Санкт-Петербург, 2004); I Съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Сочи, Дагомыс, 2005); Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы медицины и биологии» (Тунис, 2005); VII и VIII Международных славянских конгрессах по клинической электрофизиологии сердца «КАРДИОСТИМ» (Санкт-Петербург, 2006, 2008); Сателитном симпозиуме «Экология и здоровье» XX Съезда физиологов России (Москва, 2007); Научной международной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования. Образование, экономика и право» (Италия, Римини, 2007); Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы кардиологии детей и взрослых - 2007 (Астрахань, 2007); V конференции молодых ученых России с международным участием «Физиологические науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2008); II съезде физиологов СНГ (Кишинэу, 2008).

Обоснование научных положений и выводов. Научные положения и выводы диссертации логически вытекают из результатов исследований. Личный вклад автора в работу заключается в теоретическом обосновании проблемы, выборе направления исследований, и непосредственном участии в выполнении экспериментов, статистической обработке материалов и написании работы.

Анализ результатов, их теоретическое обоснование, разработка концептуальных представлений об индивидуальной мере адаптационных возможностей организма осуществлены непосредственно автором.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 работы, в том числе 11 статей в журналах, рекомендуемых ВАК для публикации материалов докторских диссертаций, монография, учебное пособие. Получен патент на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертация написана по классическому типу и состоит из введения, обзора литературы, главы «материал и методы исследования», 5 глав собственных исследований, заключения, выводов и списка источников литературы. Общий объем диссертации составляет 230 страниц с 60 таблицами и 23 рисунками. Список литературы включает 376 источников, в том числе 108 иностранных.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работа выполнялась на кафедре нормальной физиологии Астраханской государственной медицинской академии с 1992 по 2008 год. Клиническая часть исследований выполнена в Астраханском областном социально-реабилитационном центре «Русь».

Исследования проводились на испытуемых 17 - 23 лет. Всего под наблюдением находились 1150 человек.

В ходе работы использованы морфофункциональные, физиологические и психофизиологические методы исследования.

Физическое развитие оценивалось по антропометрическим показателям: длине и массе тела, окружности грудной клетки, массо-ростовому индексу Кетле (Икт), индексу Пинье (ИП) (Саченко и др., 1994; Васильев, 1996; Дубровский, 1999).

Вычисление тощей (активной) массы тела производили по формулам с учетом массы тела для женщин и длины тела для мужчин (Никитюк, Чтецов, 1990; Дубровский, 1999). Предложенный нами показатель пропорциональности рассчитывался путем деления тощей массы на длину тела.

Физическое развитие оценивалось также по физиологическим показателям кровообращения и дыхания. Артериальное давление (АДс и АДд) измерялось общепринятым методом по способу Н.С.Короткова. Дыхательный объем, резервный объем вдоха, резервный объем выдоха, жизненная емкость легких определялись с помощью сухого спирометра и оксиспирографа «Мета-1-25». Жизненный индекс вычислялся по формуле ЖЕЛ мл/масса тела кг. Полученные показатели сравнивались с должными величинами (Синяков, 1987; Дубровский, 1999; Панкова, 2005).

Адаптационные возможности организма оценивались по состоянию контуров регуляции системы кровообращения, которые выявлялись путем математического анализа кардиоинтервалов. Во II стандартном отведении проводилась запись 120 комплексов ЭКГ на электрокардиографе ЭК 1 Т-04, а также 5 минутная регистрация ЭКГ с помощью комплекса для анализа вариабельности сердечного ритма «Варикард 2.51» ТОО «Рамена» (г.Рязань). Полученная информация обрабатывалась по программе ИСКИМ6 (Баевский, 1979; Баевский и др., 1984; Семенов, Баевский 1996).

Адаптационные возможности организма определялись также по интегральному показателю - адаптационному потенциалу (АП), включающему частоту сердечных сокращений (ЧСС), систолическое и диастолическое артериальное давление (АДс и АДд), возраст, массу и длину тела испытуемых (Баевский, Берсенева, 1997).

Вегетативный статус оценивался по влиянию симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы на вариабельность сердечного ритма (Баевский, 1979; Баевский и др., 1984). С этой целью использовались следующие показатели математической обработки ВСР: ИВР, HF, LF, VLF, LF/HF, VLF/HF.

Тип вегетативной регуляции (ваго-, нормо- и симпатотония) определяли с помощью расчетных формул по индексу Кердо (ВИ), по индексу функциональной активности симпатической нервной системы (ИФАСНС) и по минутному объему крови (МОК) (Вейн и др., 1991; Дубровский, 1999; Горбунов, 2003; Горст, Горст, 1992).

Электрическая активность кожи определялась по показателю электропроводности (ЭПК), которая измерялась с помощью микроамперметра (Рябцев, 1984).

Физическая работоспособность и функциональное состояние организма оценивались по показателям PWC170 и МПК. PWC170 определялась с помощью двухступенчатой нагрузочной пробы на велоэргометре «Medicor» (Венгрия). Тест основывается на наличии линейной взаимосвязи ЧСС и мощности выполняемой физической нагрузки (Карпман, Белоцерковский, Любина, 1969; Полунин, Горст, 2001).

Функциональное состояние организма оценивалось с помощью автоматизированной диагностической системы «АМСАТ-КОВЕРТ» (г. Москва) путем регистрации электропроводности различных отделов кожи и организма в целом.

Вариационная пульсометрия

Вариационная пульсометрия, заключающаяся в изучении законов распределения кардиоинтервалов как случайных величин, включает следующие характеристики: MxDMn (вариационный размах) (мс) - разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов; Мо (мода) (мс) - наиболее часто встречающееся значение интервала R-R в исследуемом ряду; АМо (амплитуда моды) - число кардиоинтервалов, соответствующих значению моды, в процентах к общему объему выборки; SI (условные единицы) - индекс напряжения регуляторных систем; ИВР (условные единицы) - индекс вегетативного равновесия, отражающий баланс между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системами (Баевский, 1979).

Спектральный анализ вариабельности сердечного ритма

Спектральный анализ ВСР производился с помощью программы ИСКИМ6 аппаратного комплекса «Варикард 2.51» по состоянию трех частотных диапазонов спектра волн колебательного процесса: высокочастотных (HF), низкочастотных (LF) и очень низкочастотных (VLF). Каждый частотный компонент отражает вклад различных контуров регуляции в управление вегетативными функциями. Для характеристики частотного диапазона спектра волн мы использовали показатели мощности волн в абсолютных и относительных величинах.

Показатель активности регуляторных систем

Интегральный показатель активности регуляторных систем (PARS) дает комплексную оценку вариабельности сердечного ритма. Он вычисляется в баллах по специальному алгоритму, заложенному в программу компьютерной обработки продолжительности кардиоинтервалов. Показатель включает 5 характеристик, которым присваивается целое число по шкале от -2 до +2. Величина PARS складывается из абсолютных значений каждой характеристики. Показатель дает возможность дифференцировать различную степень напряжения регуляторных систем, что позволяет отнести обследуемого к одному из четырех функциональных состояний:

состояние нормы или удовлетворительной адаптации (1 - 3 балла);

состояние функционального напряжения (донозологическое состояние) (4 - 5 баллов);

состояние перенапряжения или неудовлетворительной адаптации (преморбидное состояние) (6 - 7 баллов);

состояние истощения регуляторных систем или срыва адаптации (8 - 10 баллов).

Моделирование функциональных состояний

Исследования проводились в условиях относительного покоя и при моделировании различных функциональных состояний. Функциональные состояния определялись действием доминирующих факторов: физическая нагрузка, гипоксия с гиперкапническим и нормокапническим компонентами, задержка дыхания, гипервентиляция, изменение положения тела в пространстве, изменение геометрии позвоночника (наклоны, изгибы, вытяжения), применение устройства для тракционной коррекции грудного отдела позвоночника, приемы мануальной терапии.

Физическая нагрузка обеспечивалась с помощью велоэргометра «Medicor» (Венгрия). Величина нагрузки дозировалась в зависимости от исходного состояния испытуемого и его физических возможностей и составляла от 50 до 200 Watt.

Моделирование гипоксии с гиперкапническим компонентом осуществлялось путем дыхания по закрытому контуру через оксиспирограф «Мета-1-25» без поглотителя углекислого газа. Состояние гипоксии с нормальным содержанием углекислого газа воспроизводилось с помощью оксиспирографа с поглотителем углекислого газа (натронная известь).

Задержка дыхания проводилась на вдохе (проба Штанге) и на выдохе (проба Генча) до отказа от выполнения пробы (Горбунов, 2003). Гипервентиляционная нагрузка осуществлялась в течении 1 минуты при максимальной частоте и глубине дыхания (Вейн и др.,1991). Ограничение продолжительности пробы было обусловлено развитием субъективных ощущений.

Ортостатическая и клиностатическая функциональные пробы выполнялись по общепринятой методике (Servit, 1948; Birkmayer, 1966). Переход из горизонтального положения в вертикальное и обратно осуществлялся активно. В исходном положении испытуемого и при изменении положения тела в пространстве проводили регистрацию физиологических параметров сердечно-сосудистой системы, записывали ЭКГ. Разгрузка грудного отдела позвоночника в вертикальном положении испытуемых достигалась с помощью сконструированного нами устройства. Тракция осуществлялась за подмышечные впадины с усилием от 20 до 30 кг в зависимости от массы тела.

Воздействие на позвоночник осуществляли с помощью устройства для коррекции грудного отдела позвоночника в горизонтальном положении в течение 10 минут. Мануальная терапия включала постизометрическую релаксацию мышц и приемы мобилизации двигательных сегментов позвоночника (Веселовский, 1991; Левит и др., 1993; Лиев, Татьянченко, 1996).

Методы математико-статистического анализа данных

Полученные результаты статистически обработаны по программе электронных таблиц EXCEL в системе WINDOWS. Использовался t - критерий Стъюдента; корреляционный анализ (Лакин, 1980; Автандилов, 1990; Реброва, 2002). Для анализа динамики физиологических показателей в ходе экспериментов применялся метод прямых разностей (Некляев, 1968). Статистическая, геометрическая и спектральная обработка кардиоинтервалограмм осуществлялась по программе ИСКИМ-6, разработанной в институте внедрения новых медицинских технологий (г.Рязань) (Семенов, Баевский, 1996).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Одной из задач данной работы было исследование взаимосвязи между различными показателями функциональной активности организма. Было обследовано 109 человек в возрасте 20,3±0,3 года, из них 59 девушек и 50 юношей. У всех испытуемых проводили антропометрические измерения, определяли частоту сердечных сокращений, артериальное давление, рассчитывали вегетативный индекс Кердо, систолический и минутный объем кровотока, адаптационный потенциал, который является интегральной характеристикой адаптационных возможностей сердечно-сосудистой системы.

В обследуемой нами группе гемодинамические показатели испытуемых находились в пределах возрастной нормы (табл. 1). Структура активности вегетативной нервной системы, исследованная по вегетативному индексу Кердо, представлена на рисунке 1.

Таблица 1 Гемодинамические показатели и индексы функциональной активности вегетативной нервной системы

Показатели	Общие данные n=109	Девушки n=59	Юноши n=50
ЧСС (в мин.)	78,3±1,1	81,0±1,6	75,1±1,5*
АДс (мм рт.ст.)	119,0±1,3	115,5±1,8	123,0±1,7*
АДд (мм рт.ст.)	78,7±1,0	77,9±1,4	79,7±1,4
СО (мл)	60,7±0,9	60,1±1,2	61,4±1,3
МОК (мл)	4752±96	4865±133	4619±136
ЭПК (мкА)	66,0±3,0	58,4±4,0	75,1±4,3*
ИФАСНС (усл.ед.)	61,7±3,0	54,4±3,9	70,5±4,7*
ВИ (усл.ед.)	-2,6±1,9	1,9±2,5	-7,8±2,7*
АП (усл.ед.)	2,20±0,03	2,17±0,04	2,24±0,04

Примечание: * - P<0,01 - дано в сравнении с показателями девушек

Для дополнительной оценки вегетативного статуса испытуемых нами был предложен индекс функциональной активности вегетативной нервной системы (ИФАСНС), который рассчитывается по формуле: ИФАСНС = АДс Ч ЧСС Ч ЭПК/ 10000. Коэффициент корреляции между параметрами комплексной оценки функционального состояния симпатического отдела вегетативной нервной системы и его составными величинами имел положительные достоверные значения. Наиболее выраженной корреляция была между ИФАСНС и ЭПК (r = 0,9; P<0,01).

Рис. 1 Структура активности вегетативной нервной системы у девушек и юношей

С целью определения информативности индекса функциональной активности симпатического отдела вегетативной нервной системы был произведен сравнительный анализ его величины со значениями других физиологических показателей организма. ИФАСНС достоверно коррелировал с вегетативным индексом Кердо и адаптационным потенциалом.

По состоянию ИФАСНС мы выделили три типа активности симпатического отдела вегетативной нервной системы среди обследованных лиц:

низкая активность - ИФАСНС < 50 условных единиц;

умеренная активность - ИФАСНС = 50 - 100 условных единиц;

высокая активность - ИФАСНС > 100 условных единиц.

На рисунке 2 представлено распределение испытуемых по типам активности симпатического отдела вегетативной нервной системы на основании ИФАСНС.

Исследование состояния вегетативного статуса испытуемых при максимальной физической нагрузке, которая достигалась с помощью работы на велоэргометре, показало, что происходит значительное увеличение вегетативного индекса (58,5±1,3; P<0,001) и индекса функциональной активности симпатической нервной системы (104,8±20,9; P<0,05). В ходе физической работы адаптационный потенциал сердечно-сосудистой системы испытуемых достоверно изменялся (от 2,20±0,03 до 3,38±0,07; P<0,001) и соответствовал неудовлетворительной адаптации. Нами установлено, что на высоте физической нагрузки в значительной степени возрастают корреляционные взаимосвязи между ИФАСНС и ВИ (от r = +0,27 до r = +0,49), а также между ИФАСНС и АП (от r = +0,29 до r = +0,73).



Рис. 2 Распространение типов активности симпатического отдела вегетативной нервной системы по показателям ИФАСНС

Полученные данные позволяют сделать заключение, что максимальная физическая нагрузка приводит к закономерному снижению функциональных резервов организма. При этом на высоте физической нагрузки усиливается взаимосвязь между изучаемыми интегральными показателями.

Параллельно с исследованием гемодинамики у испытуемых проводили регистрацию и анализ ЭКГ с помощью аппаратного комплекса «Варикард 2.51» и программы ИСКИМ-6 (табл.2).

Показатели вариабельности сердечного ритма сравнивались с нормативными значениями, полученными другими авторами (Земцовский и др., 2004). В группе обследованных астраханских студентов обнаружено увеличение индекса напряжения регуляторных систем (SI), мощности спектра волновых структур (TP), доли высокочастотного компонента спектра (HFP), показателя активности регуляторных систем (PARS). В то же время зарегистрировано снижение доли сверхнизкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма (VLFP) и индекса централизации регуляторных систем (IC).

Показатель активности регуляторных систем организма позволил выделить несколько уровней функциональных состояний. Распределение испытуемых по уровням активности регуляторных систем и состоянию резервных возможностей организма в условиях относительного функционального покоя представлены на рисунке 3.

В соответствии с активностью вегетативной нервной системы, определенной у испытуемых по состоянию вегетативного индекса Кердо, были проанализированы показатели вариабельности сердечного ритма у симпатотоников и ваготоников (табл. 3). Нами установлено, что только показатели наиболее часто встречающегося кардиоинтервала (моды), амплитуды моды, индекса напряжения регуляторных механизмов, их централизации, интегрального показателя активности регуляторных систем, соотношения низкочастотного и высокочастотного компонентов волнового спектра достоверно отличались в группах ваготоников и симпатотоников.

Таблица 2 Результаты анализа ВСР испытуемых с учетом половых различий

Показатели	Общие данные n=109	Девушки n=59	Юноши n=50
MxDMn (мс)	290,4±12,6	277,4±15,2	305,6±20,8
SKO (мс)	58,8±3,0	54,9±3,2	63,5±5,2
Mo (мс)	781,5±12,3	754,8±16,5	813,0±17,6*
AMo (%)	44,2±2,3	45,9±3,4	42,1±2,9
Si (усл. ед.)	168,6±26,5	188,9±44,1	144,6±25,2
TP (мс2)	3938±589	3353±377	4629±1203
HF (мс2)	1667,0±297,6	1364,2±191,8	2024,3±607,7
LF (мс2)	1321,0±193,0	1069,3±125,1	1421,9±394,7
VLF (мс2)	542,1±71,0	495,5±67,2	597,2±133,5
HFP (%)	42,4±1,6	43,2±2,1	41,5±2,5
LFP (%)	38,5±1,2	37,9±1,4	39,2±1,9
VLFP (%)	19,1±1,1	18,9±1,5	19,4±1,6
LF/HF	1,18±0,08	1,12±0,1	1,26±0,13
VLF/HF	0,65±0,07	0,62±0,08	0,68±0,11
IC (усл. ед.)	1,83±0,13	1,73±0,17	1,94±0,21
PARS (баллы)	4,13±0,16	4,24±0,21	4,00±0,26

Примечание: * - P<0,02 - дано в сравнении с показателями девушек



Рис. 3 Структура функциональных состояний испытуемых по уровню активности регуляторных систем

Таблица 3 Влияние вегетативного статуса на вариабельность сердечного ритма у испытуемых

Показатели	Ваготоники (n=55)	Симпатотоники (n=51)
ЧСС (в мин.)	70,9±1,1	86,2±1,4***
MxDMn (мс)	309,7±14,8	265,5±19,8
SKO (усл. ед.)	63,3±3,5	53,5±4,9
Mo (мс)	861,5±14,7	698,6±12,8***
AMo (%)	37,6±2,2	51,3±4,0**
SI (усл. ед.)	100,0±13,6	244,2±52,9**
TP (мс2)	3688±330	4137±1193
HFP (%)	45,2±2,1	39,7±2,5
LFP (%)	36,4±1,5	40,5±1,8
VLFP (%)	18,4±1,6	19,8±1,5
LF/HF	0,97±0,08	1,40±0,14**
VLF/HF	0,57±0,1	0,72±0,09
IC (усл. ед.)	1,54±0,15	2,12±0,22*
PARS (усл. ед.)	3,65±0,21	4,63±0,25**

Примечание: * - Р<0,05; ** - P<0,01; *** - P<0,001 - дано в сравнении с показателями ваготоников

Далее была определена корреляционная зависимость между основными показателями вариабельности сердечного ритма, с одной стороны, и вегетативным индексом, индексом функциональной активности симпатической нервной системы, адаптационным потенциалом, с другой (табл. 4). Корреляционный анализ позволил выявить законномерность, в соответствии с которой при увеличении напряжения механизмов адаптации и усилении симпатических влияний уменьшается вариабельность кардиоинтервалов, возрастает роль центральных звеньев регуляции, снижается влияние дыхательной периодики.

Таким образом, по нашим данным среди показателей математического анализа вариабельности сердечного ритма наибольшую значимость в оценке вегетативного статуса имеют частота сердечных сокращений, наиболее часто встречающийся кардиоинтервал (мода), амплитуда моды, напряжение регуляторных механизмов. Меньшее значение имеют вариационный размах продолжительности кардиоинтервалов, среднее квадратичное отклонение, степень централизации регуляторных механизмов, доля высокочастотных волн в спектре колебательного процесса, интегральный показатель активности регуляторных систем, соотношение средних значений низкочастотного и высокочастотного компонентов волнового спектра.

В ходе нашей работы на 17 испытуемых с помощью программно-аппаратного комплекса АМСАТ исследовались показатели функционального состояния различных органов и систем. Выявлено, что показатели функциональной активности сердечно-сосудистой, бронхо-легочной и периферической нервной систем, а также позвоночника и крупных суставов конечностей формируют достоверные корреляционные связи между собой и со всеми другими органами и системами (r > 0,9; P < 0,05). Это позволяет сделать заключение, что именно эти системы отражают морфофункциональное единство целостного организма. Представленные результаты обосновывают целесообразность при исследовании функционального состояния организма акцентировать внимание на изучении деятельности кардио-респираторной системы и опорно-двигательного аппарата.

Таблица 4 Корреляционные связи между индексами функциональной активности и показателями ВСР (n = 109)

Показатели	ВИ	АП	ИФАСНС
ЧСС	0,71***	0,48***	0,47***
MxDMn	-0,27***	-0,29***	-0,1
SKO	-0,27***	-0,28***	-0,1
Mo	-0,71***	-0,43***	-0,43***
AMo	0,36***	0,41***	0,27***
SI	0,29***	0,36***	0,21*
TP	-0,06	-0,12	0,09
HFP	-0,2*	-0,21*	-0,22*
LFP	0,21*	0,07	0,21
VLFP	0,08	0,24	0,11
LF/HF	0,26***	0,1	0,22*
VLF/HF	0,15	0,2*	0,11
IC	0,23**	0,16	0,19*
PARS	0,25***	0,04	0,23**

Примечание: * - P<0,05; ** - P<0,02; *** - P<0,01

Одной из задач настоящей работы было выявление золотых пропорций продолжительности интервалов ЭКГ в условиях функционального покоя и при максимальной физической нагрузке. В данное исследование входили расчеты соотношений длительности интервалов QT и TQ и продолжительности кардиоциклов. Исследования были выполнены на 34 испытуемых, среди которых были 13 девушек и 21 юноша. Средний возраст испытуемых составил 20,31,0 года.

Нами выявлено, что соотношение интервалов QT и TQ в условиях функционального покоя приближалось к числу Фибоначчи (0,618) при частоте сердечных сокращений у девушек в интервале от 57,1±0,04 до 58,2±0,04 в минуту, у юношей от 63,2±0,01 до 63,9±0,02. При максимальной физической нагрузке пропорция QT/TQ приобретала значение, которое приближалось ко второму числу ряда Фибоначчи (1,618). Она достигается при ЧСС для девушек в диапазоне от 146,3±0,1 до 150,1±0,05 в минуту, для юношей от 163,0±0,2 до 167,6±0,3.

Поиск золотой пропорции между показателями систолического и диастолического артериального давления как в условиях относительного функционального покоя, так и при максимально допустимой физической нагрузке производился на 84 испытуемых. Среди обследованных было 20 девушек и 64 юноши. Средний возраст испытуемых составил 20,7±0,6 года.

Физическая работа выполнялась на велоэргометре до достижения пульса испытуемыми 170 - 175 ударов в минуту. Соотношение АДс и АДд в условиях относительного функционального покоя составило 1,64 ± 0,02, а на высоте максимальной физической нагрузки приобретало значение 2,65 ± 0,1. Полученные числовые соотношения близки к золотой пропорции (1,618 и 2,618) и отличаются от нее лишь на 1,3% и 1,2% соответственно.

Далее мы разделили испытуемых на две группы. В первую (19,0%) вошли испытуемые, у которых после физической нагрузки адаптациионный показатель не превысил 3,6 условных единиц, что свидетельствовало о неудовлетворительной адаптации. Во вторую группу (81,0%) вошли испытуемые, у которых в ходе выполняемой работы возник срыв адаптации (АП>3,6). Соотношение АДс/АДд в первой группе было равным 2,37 ± 0,07, во второй группе - 2,71 ± 0,1 (P<0,02).

Для выявления золотых пропорций дыхательной системы мы выбрали показатели резервных объемов легких. Исследование было выполнено на 25 юношах. Возраст испытуемых составил 19,7±0,4 года. Нами установлено, что в условиях относительного функционального покоя соотношение резервных объемов выдоха и вдоха приобретало значение 0,71±0,02; при максимально допустимой физической нагрузке оно составило 1,67±0,18. Полученные пропорции по своим значениям приближаются к числовому ряду Фибоначчи.

Таким образом, в диапазоне функциональных состояний от относительного физиологического покоя с характеристиками удовлетворительной адаптации до максимально допустимого физического напряжения на границе срыва адаптации соотношения продолжительности электрической систолы и диастолы, систолического и диастолического артериального давления, резервных объемов выдоха и вдоха находятся в интервале двух величин «золотой пропорции». Это позволяет использовать данные соотношения в качестве значимого критерия при оценке эффективности компенсаторно-приспособительных реакций на физическую нагрузку.

Для выявления взаимосвязи антропометрических показателей с функциональными показателями кардио-респираторной системы и адаптационными возможностями организма нами было обследовано 136 человек (64 девушки и 72 юноши) в возрасте от 17 до 24 лет. Между всеми изучаемыми параметрами был проведен корреляционный анализ, результаты которого отражены на рисунке 4. Все корреляционные связи, показанные на схеме являются достоверными (Р<0,05-0,001). Наибольшее количество корреляционных связей выявлено у окружности грудной клетки, длины и массы тела. Их можно считать генеральными факторами в общей картине корреляционных связей.

Рис. 4 Положительные и отрицательные ----- корреляционные взаимосвязи антропометрических и функциональных показателей

Нами был проведен корреляционный анализ между дыхательным объемом и некоторыми морфофункциональными показателями, в ходе которого установлена прямая зависимость между ДО и ЖЕЛ (r = 0,38, P<0,05), ДО и длиной тела (r = 0,44, P<0,05), ДО и массой тела (r = 0,39, P<0,05). Также показано, что ЖЕЛ в большей степени зависит от длины и массы тела и в меньшей от окружности грудной клетки. Такая закономерность обусловлена тем, что среди обследованных преобладает астенический тип телосложения (Горст, 2006).

Проведенный анализ выявил прямую корреляционную связь между длиной тела с одной стороны, систолическим (r = 0,34, P<0,01) и диастолическим (r = 0,26, P<0,01) артериальным давлением, с другой. Очевидно, большая длина тела создает дополнительную гравитационную нагрузку на гемодинамику, увеличивает общую протяженность кровеносного русла, что приводит к необходимому повышению системного артериального давления для преодоления дополнительного сопротивления кровотоку.

В работе нами проводилось изучение параллелей между антропометрическими показателями, индексами пропорциональности и компонентами массы тела, с одной стороны, и состоянием гемодинамики, работоспособностью, потребностью в кислороде, с другой. Исследование проводилось в условиях относительного функционального покоя и при максимальных физических нагрузках. Для решения поставленной задачи было обследовано 323 человека в возрасте 19,1±0,2 года, из них 114 девушек и 209 юношей. Определялись масса и длина тела, пропорции тела (массо-ростовой показатель - индекс Кетле), часть массы тела человека, лишенная жировых отложений (тощая масса). Кроме этого, мы сочли целесообразным вычислить соотношение тощей массы к длине тела (индекс пропорциональности). Во-первых, тощая масса и длина тела имеют сильные корреляционные связи (r = 0,8; P<0,001). Во-вторых, этот индекс позволяет оценить величину активных тканей, приходящихся на единицу длины тела. Результаты антропометрических исследований представлены в таблице 5.

Таблица 5 Антропометрические показатели испытуемых

Показатели	Общие данные (n=323)	Девушки (n=114)	Юноши (n=209)
Длина тела (см)	172,1±0,5	165,4±0,6	176,2±0,5*
Масса тела (кг)	63,5±0,6	54,9±0,6	68,2±0,7*
Тощая масса (кг)	55,9±0,8	39,7±0,2	62,5±0,3*
Жировой компонент (%)	14,4±0,8	27,2±0,4	6,6±0,9*
Индекс Кетле (усл. ед.)	365,7±3,1	332,3±3,4	385,6±3,8*
ТМ /длина тела (кг/см)	0,31±0,003	0,24±0,001	0,35±0,001

Примечание: * - P<0,001 - дано в сравнении с показателями девушек

Далее мы провели корреляционный анализ между показателями тощей массы и индексом Кетле, а также между показателями тощей массы в абсолютных величинах и процентным содержанием жирового компонента (%Ж), индексом Кетле и процентным содержанием жирового компонента (табл. 6). Полученные результаты позволяют утверждать, что увеличение массо-ростового показателя у молодых людей происходит в основном за счет тощей массы тела.

Таблица 6 Корреляционные связи между антропометрическими показателями (n=301)

Изучаемые соотношения	Корреляционный показатель
ИКт - ТМ	0,56; Р<0,01
ИКт - %Ж	0,22; Р<0,05
ТМ - %Ж	- 0,66; Р<0,01

Физическая работоспособность и функциональные резервы организма оценивались по показателю PWC170 и показателю МПК. Абсолютные и относительные величины физической работоспособности и МПК представлены в таблице 7.

Таблица 7 Показатели физической работоспособности испытуемых

Показатели	Общие данные (n=167)	Девушки (n=73)	Юноши (n=94)
PWC170 абс. (Вт)	156,2±10,0	98,6±8,6	204,2±12,0**
PWC170 отн. (Вт/кг)	2,46±0,08	1,96±0,1	2,86±0,1**
МПК абс. (мл/мин)	2834±102	2242±88	3327±123**
МПК отн. (мл/мин/кг)	45,8±0,8	43,0±1,0	48,0±1,1*

Примечание: * - P<0,001; ** - P<0,001 - дано в сравнении с показателями девушек

Нами выявлены наиболее тесные корреляционные связи между тощей массой, показателем пропорциональности, с одной стороны, и показателями работоспособности и максимальным потреблением кислорода, с другой (табл. 8). Это вполне закономерно, т.к. тощая масса является наиболее активной частью тела, которая обеспечивает выполнение физической работы и интенсивно потребляет кислород. Отсутствие корреляции между ИКт и относительным МПК также является ожидаемым результатом наших исследований.

Во-первых, у молодых людей массо-ростовой индекс обладает значительной стабильностью.

Подтверждением тому является высокая корреляционная зависимость между массой и длиной тела (r = 0,64; P<0,001).

Во-вторых, на формирование ИКт оказывают влияние как ткани, активно потребляющие кислород (тощая масса), так и пассивные ткани (жироотложения).

Таблица 8 Корреляционные связи между компонентами массы тела, индексами пропорциональности, показателями работоспособности и МПК (n=143)

Показатели	ТМ	ИКт	ТМ/длина тела	%Ж
PWC170 абсолютная	0,63*	0,50*	0,62*	-0,39*
PWC170 относительная	0,48*	0,26*	0,49*	-0,37*
МПК абсолютное	0,63*	0,49*	0,62*	-0,40*
МПК относительное	0,27*	0,00	0,31*	-0,33*

Примечание: * - P<0,01

На следующем этапе работы были исследованы реакции испытуемых на максимальную физическую нагрузку с учетом их морфологической конституции. Перед началом исследования все испытуемые находились в условиях относительного функционального покоя. У испытуемых регистрировали артериальное давление, ЧСС, электропроводность кожи в межладонных отведениях, рассчитывали систолический объем крови, минутный объем крови, ВИ, АП, ИФАСНС. Проводили анализ вариабельности сердечного ритма с помощью аппаратного комплекса «Варикард 2.51» и программы ИСКИМ-6. Затем часть испытуемых в течение 5 минут на велоэргометре выполняла физическую работу с максимальной нагрузкой, которая с учетом индивидуальных особенностей составила от 50 до 200 Вт. По завершению физической работы повторно проводили регистрацию изучаемых параметров. Результаты исследования представлены в таблицах 9 и 10.

Значительные изменения на высоте физической нагрузки произошли с показателями вариабельности сердечного ритма. Резко уменьшилась суммарная мощность спектра ВСР и мощность отдельных частотных компонентов. Сократилась разница между максимальным и минимальным кардиоинтервалами. Увеличилось напряжение регуляторных механизмов, произошло усиление влияния центрального контура регуляции на ритм сердца, наблюдалось увеличение активности симпатического отдела вегетативной нервной системы. Изменение показателя активности регуляторных систем (PARS) при максимальной физической нагрузке свидетельствовало о переходе организма от состояния нормы (удовлетворительная адаптация) к состоянию перенапряжения (неудовлетворительная адаптация) или истощения регуляторных систем (срыв адаптации) (рис. 5).

Полученные результаты свидетельствуют о выраженном влиянии соматометрических показателей на физическую работоспособность в условиях максимальной мышечной нагрузки. Показатель активной (тощей) массы тела и, предложенный нами, индекс пропорциональности (тощая масса/длина тела) имеют диагностическое и прогностическое значение для оценки адаптационных возможностей организма в условиях максимальной физической нагрузки.

Изучение состояния регуляторных систем при задержке дыхания проведено на 48 испытуемых в возрасте 19,2 ± 0,7 года. Среди обследованных было 16 девушек и 32 юноши. Задержка дыхания производилась как на вдохе (проба Штанге), так и на выдохе (проба Генча). Нами выявлена прямая корреляционная связь между продолжительностью пробы Штанге и систолическим артериальным давлением (r = 0,36; P<0,01).

Спектральный анализ ВСР у испытуемых при задержке дыхания свидетельствовал об уменьшении доли высокочастотной части спектра, которая связана с активностью парасимпатического отдела вегетативной ...