Формирование биологических ритмов сердца

Размещено на http://www.allbest.ru/

«ХРОНОСТРУКТУРА БИОРИТМОВ СЕРДЦА И ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ»

Содержание

Введение

3.1 Экспериментальные материалы и методы исследования животных

3.2 Методика исследований

4. Характеристики функционального состояния сердечно-сосудистой системы в различные фазы

5. Общие сведения

Заключение

Список использованных научных и научно-методических трудов

Введение

Формирование биологических ритмов неразрывно связано с эволюционным процессом живых организмов, происходившим с самого же начала зарождения и становления жизни в условиях одновременно развивающихся пространственно-временных закономерностей среды обитания. Элементарные живые структуры могли быть жизнеспособными только при возникновении у них динамически устойчивой временной организации, способной адаптироваться к ритмическим изменениям внешней среды. Возникшая временная структура живого организма, имея широкий диапазон реакций, могла противостоять также и влиянию апериодических изменений факторов внешней среды, которые, в свою очередь, способствовали поддержанию системы в активном состоянии.

Биологические ритмы -- фундаментальное свойство органического мира, обеспечивает его способность адаптации и выживания в циклически меняющихся условиях внешней среды. Проблемы, которые решает биоритмология, важны для познания жизни как особой формы движения материи во времени и имеют существенной значение для теоретической и практической медицины. Поскольку в биоритмологическом аспекте здоровье представляет собой оптимальное соотношение взаимосвязанных ритмов физиологических функций организма и их соответствие закономерным колебаниям условий среды обитания, анализ изменений этих ритмов и их рассогласования помогает глубже понять механизмы возникновения и развития патологических процессов, улучшить раннюю диагностику болезней и определить наиболее целесообразные временные схемы терапевтических мероприятий.

Поскольку практически все показатели жизнедеятельности (биохимические, физиологические и поведенческие) обнаруживают ритмичность, и прежде всего циркадианные околосуточные ритмы, встает вопрос о том, как изменяются в онтогенезе временная организация различных функций и состояний организма и не могут ли эти изменения послужить критериями возрастных этапов? Нельзя ли посредством анализа ритмической организации биологических процессов на разных этапах онтогенеза подойти к изучению таких централизованных понятий биологии, как гомеостаз и адаптация.

Основными параметрами, характеризующими биологический ритм, являются следующие величины:

ь Период - интервал времени, в течение которого исследуемая величина совершает полный цикл своего изменения (период обратно пропорционален частоте ритма).

ь Мезор - средний уровень исследуемого показателя за один цикл.

ь Амплитуда - это половина разности между максимальным и минимальным значениями аппроксимирующей данный биоритм косинусоиды, либо разность между ее максимальным отклонением и мезором.

ь Акрофаза - это значение временной шкалы в момент наступления максимума амплитуды, выраженное в градусах.

Накопленные в настоящее время экспериментальные и клинические данные не вызывают сомнения в том, что изменения ритмов внешней среды являются факторами, обуславливающими морфологические и физиологические изменения в организме.

1. Десинхроноз и адаптация к воздействию внешних факторов

В естественной среде организм всегда подвержен влиянию сложного динамического комплекса факторов, причем действие одних факторов изменяет (усиливает, ослабляет, деформирует) действие других, что создает проблемы для определения их роли и степени биотропности. Нарушения временной структуры организма возникают при рассогласовании упорядоченности структуры его внутренних ритмов, причем причины этого рассогласования могут быть различными - внутренними (например, патология систем или органов) и внешними (воздействие факторов окружающей среды).

Нарушение естественного хода биологических ритмов, их взаимной согласованности, т.е. десинхроноз, является обязательным компонентом общего адаптационного синдрома и в этом отчетливо видна связь проблемы биологических ритмов с проблемой адаптации.

Адаптацию - непрерывно текущий процесс, не прекращающийся ни на одно мгновение от момента зарождения организма до момента смерти. Она рассматривается как процесс, имеющий как внешние, так и внутренние противоречия. Внешние противоречия адаптационного процесса заключаются в том, что организм находится в двойственных отношениях со средой: с одной стороны он стремится достичь согласованности с ней, а с другой - сохраняет некоторую рассогласованность, никогда не достигая идеальной гармонии, “пригнанности” к среде. Это и позволяет ему, в конечном счете, приспосабливаться, поскольку пребывание в некотором разладе со средой тренирует защитные механизмы организма, поддерживая их в активном “рабочем” состоянии, обеспечивая тем самым эффективную мобилизацию сил в случае резкого изменения внешних условий.

Иногда адаптацией называют только одну из двух сторон этого процесса, а именно, только согласование с ритмами внешней среды. Если придерживаться такой терминологической трактовки, то вторую сторону этого процесса, т.е. рассогласование, следует называть дезадаптацией, и таким образом феномен адаптации выступает как единство адаптации и дезадаптации, и этот процесс имеет ритмическое течение.

Заметим, что закон ритмичности адаптационного процесса имеет также большое практическое значение, ибо открывает надежный путь к прогнозированию динамики состояния организма при остром и хроническом стрессе, вызванном как внутренними, так и внешними причинами.

Предельное развитие адаптивности (гиперадаптация) может привести к своей противоположности, к “гипертермии” и безвозвратной утере адаптивности, т.е. к анадаптации.

Большинству людей, в равной мере не нравится как отсутствие стресса, так и избыток его. Поэтому каждый должен тщательно изучить самого себя и найти тот уровень стресса, при котором он чувствует себя наиболее “комфортно”, какое бы занятие он не избрал. В последнее время получает все большее признание точка зрения о полезности умеренного стресса, в частности о том, что умеренный стресс сопровождается повышением продуктивности человека в различных видах деятельности. Так, водители автомобилей выполняют предъявляемые им экспериментальные задания значительно лучше при воздействии умеренных стрессов, нежели в спокойной обстановке. Громова Е.А. и др. выявили благоприятное влияние умеренного стресса (ситуации международных соревнований) на кратковременную память у спортсменов.

Следующие друг за другом циклы жизненных процессов различаются по своим параметрам - длительности периода, амплитуде, фазе. В тех случаях, когда адаптационный процесс протекает спокойно, без особых потрясений организма, когда действующие на организм стресс-факторы не выходят за рамки умеренного уровня, их воздействия на циркадианные ритмы невелики. Если же адаптационный процесс протекает бурно, с выраженными и быстро развивающимися изменениями в организме, что может быть обусловлено действием сильных раздражителей, либо особой динамичностью организма в некоторые периоды его индивидуального развития, в этих случаях состояние организма от цикла к циклу изменяется очень заметно, и колебательные процессы утрачивают свою правильность, регулярность. Искажение биологического ритма, трансформация его в непериодические колебания свидетельствует о резком обострении внутренних противоречий адаптационного процесса. Изменения исходной периодичности при стрессе характеризуются не только нарушением постоянства периода, но и увеличением амплитуды колебательного процесса, изменениями акрофазы.

Десинхроноз подразделяется на острый и хронический. Острый десинхроноз возникает при внезапном рассогласовании ритмов датчиков времени и организма. Например, при трансконтинентальных перелетах на современных авиалайнерах, пересекающих за довольно короткое время несколько часовых поясов, возникает резкое нарушение взаимоотношения фаз ритма сон-бодрствование. В случае, если воздействие фактора, вызвавшего острый десинхроноз, длительное время не прекращается, развивается хронический десинхроноз.

Хронический десинхроноз - патологическое состояние, в основе которого лежит перманентная десинхронизация функций организма.

Десинхроноз может быть вызван целым рядом внешних причин, как социальных, так и природных. К числу социальных причин относятся, например:

длительное рассогласование ритма сон-бодрствование, например, при сменной и ночной работе;

3) рассогласование между суточным стереотипом организма и дискретным временем, возникающим при трансмеридиональных перелетах;

5) эктремальными природными условиями,

6) изменениями ритмов действующих гелио-геофизических датчиков времени, таких как циклы солнечной активности, суточные и сезонные вариации погоды, изменения климата,

7) ритмами геомагнитного поля Земли, вызванными вращением Солнца,

8) апериодическими изменениями гелио-геофизических факторов, возникающими при солнечных вспышках и геомагнитных бурях.

Данная систематизация причин, вызывающих десинхроноз, условна, как всегда, когда речь идет о любой многофакторной системе. В реальности действие многих из перечисленных факторов может быть тесно переплетено, взаимосвязано, и один фактор может усиливать отрицательное действие другого. Так, например, на орбитальной станции космонавт пребывает в условиях, когда время “естественных” суток составляет всего примерно 90 минут (время облета станцией земного шара), и на него постоянно воздействует такой сильнейший и необычный стресс-фактор, как невесомость.

Изменение структуры ритма или десинхронизация:

Данная классификация приводится лишь для правильности восприятия материала, поскольку в действительности структурные изменения ритма обычно сопутствуют дисинхронозу. В то же время, при проведении хронодиагностики, удается проследить зачастую за изменениями структуры ритма лишь одного или нескольких отдельных показателей, и поэтому, строго говоря, не следует говорить о десинхронозе организма. Наблюдаемые изменения в таких случаях следует определять как десинхронизацию, характеризующуюся рассогласованием существующих в норме соотношений периодов и фаз ритмов исследуемых показателей организма и внешней среды. Тем не менее, в дальнейшем для удобства изложения мы сами не будем строго придерживаться приведенной здесь классификации, считая, что читатель правильно поймет нас после сделанного выше комментария.

Естественно предположить, что нарушение хроноструктуры ритмов той или иной системы - явление целостное, и деление по различию проявлений нарушений параметоров ритмов условно. Тем не менее, использование таких диагностических критериев в хрономедицине, как амплитудные изменения ритмов, изменения мезора или периода ритма самостоятельно вполне допустимо и оправдано в ряде конкретных случаев.

2. Десинхроноз, связанный с эктремальными природными условиями

Экстремальные условия, например, высокогорье, непосредственно влияют на организм и предъявляют к нему особые требования. В основе адаптивных реакций сердца в высокогорных условиях лежат количественные и качественные изменения функционирующих и резервных структур ткани миокарда, а также перестройка резервных систем. Активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в клетках органов и систем, ответственных за адаптацию, вследствие интенсификации функционирования в экстремальных условиях, приводит к формированию структурных изменений, которые принципиально увеличивают мощность систем, ответственных за адаптацию. Именно это является основой перехода от срочной адаптации к долговременной.

Гипоксический фактор, его действие на организм в определенном заданном режиме является тренирующим и корригирующим фактором, приводящим к формированию долговременной адаптации Таким образом, резко повышается значимость исследований адаптации человека к гипоксии, причем к гипоксии нарастающей.

Необходимо заметить однако, что при горной гипоксии на организм действуют не только сниженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе, но и ряд других факторов, таких как пониженная влажность и температура воздуха, повышенная ультрафиолетовая радиация, отрицательная ионизация воздуха, присутствие в нем аэрозолей растительного происхождения. Совокупность этих факторов вместе с гипоксией вызывает изменение сопряженности процессов окисления и фосфорилирования, повышает роль гликолиза в энергообмене, приводит к повышению энергозатрат организма, распаду триацилглицеринов, трансформации липидного обмена с уменьшением содержания в крови липопротеидов низкой плотности и увеличением липопротеидов высокой плотности, снижает холестеринемию и т.д.

В результате действия указанных факторов в организме развивается десинхроноз и многоэтапная адаптация к горной гипоксии, проходящая три фазы: аварийная мобилизация адаптивных реакций (первые 2-3 недели пребывания в горах, причем длительность этой фазы определяется индивидуальной реактивностью организма), когда повышается уровень функциональной активности различных систем, а также энерготраты организма; переходную фазу и стабильную фазу, когда функциональная активность сердечно-сосудистой системы приближается к равнинному уровню. Тренировки к гипоксии значительно повышают резервные возможности организма, являясь эффективным средством усиления его общей резистентности и профилактики стрессов, приводит к улучшению биоэнергетики организма в целом и транспорта кислорода в тканях.

3. Материал и методика экспериментальных исследований десинхроноза, вызванного внешними воздействиями

3.1 Экспериментальные материалы и методы исследования животных

Экспериментальные материалы исследования животных, обсуждаемые в книге, получены на 540 кроликах-самцах породы “шиншилла” массой 2600-3500 г. и охватывают данные исследований, проводившихся сотрудниками кафедры патологической физиологии Российского Университета дружбы народов, в период с 1969 года по настоящее время. Ретроспективному анализу подвергнуты данные, полученные в контрольных экспериментах на 1700 кроликах.

Методика ритмологических исследований

Исследования проводились во все сезоны года и были ориентированы по срокам астрономического календаря на дни весеннего и осеннего равноденствий, летнего и зимнего солнцестояний (21-24 марта, 21-23 сентября, 21-23 июня, 21-23 декабря). Эксперимент начинался за 30 минут до контрольного времени и заканчивался через 30 минут после него. С 0 часов и в течение 72 часов (3 суток) с интервалом в 3 часа производились замеры и забор материала для исследований всех изучаемых показателей. В каждой группе однократного проведения исследований было 5 животных.

В исследованиях воздействия гелио- геомагнитных возмущений на подопытных кроликов использовались трехчасовые К и Кр индексы геомагнитной активности. К-индекс представляет собой выраженную в десятибалльной системе (0 до 9 баллов) максимальную амплитуду вариаций горизонтальной компоненты геомагнитного поля Земли, регистрируемой непрерывно на магнитных обсерваториях. На каждой широте такая амплитуда имеет свой максимальный размах при одном и том же геомагнитном возмущении, и поэтому для оценки используется бальная система. Для получения планетарного Кр-индекса данные всемирной сети магнитных обсерваторий усредняются. В наших экспериментах использовался К-индекс, оцененный по данным Московской магнитной обсерватории, поскольку исследования проводились в Москве. Эти данные затем сопоставлялись с другими индексами локальной и планетарной геомагнитной активности, такими как Dst -вариация, Ар и Ср - индексы.

Методика моделирования десинхроноза

Опыты проводились на 60 кроликах самцах породы “шиншилла” массой тела 2600-3500 г. Десинхроноз вызывался принудительным введением животным 20% раствора алкоголя (1 мл на 100 г массы) в течение 11 дней. Алкоголь вводили в начале фазы локомоторной активности (6-8 ч) и в период начала фазы покоя (18-20 ч). Контрольной группе вводили водный раствор перца. Все животные содержались в одинаковых условиях вивария.

Методика электрофизиологических исследований

Регистрация артериального давления

Артериальное давление регистрировалось электроманометрически в центральном конце левой сонной артерии и записывалось на ленте полиграфа “Mingograf-82” (Швеция). Для исключения влияния наркоза на сосудистый тонус определение систолического (APMAX) и диастолического (APMIN) артериальных давлений проводилось под новокаиновой анестезией.

Изучение сократительной функции сердца

Для оценки сократительной функции сердца кролик фиксировался на специальном станке спиной вниз. Затем под гексеналовым наркозом (медленное введение раствора гексенала внутривенно в количестве 1,6 мл/кг на управляемом дыхании) в третьем межреберье вскрывалась грудная клетка. Перед рассечением плевры и перикарда в их полости вводился 1% раствор новокаина. Левый и правый желудочки сердца конюлировались и на ленте полиграфа “Mingograf-82” регистрировалось пиковое систолическое давление в полостях левого (VPREALLV) - внутрижелудочковое давление реальное) и правого (VPREALRV) желудочков сердца. Затем вызывалась пятисекундная окклюзия аорты (для левого желудочка) и легочной артерии (для правого желудочка) и фиксировалось пиковое систолическое (максимальное) внутрижелудочковое давление в условиях практически изометрического сокращения камер сердца (VPMAXLV и VPMAXRV).

3.2 Методика исследований

Изменения ритма сердца - универсальная оперативная реакция целостного организма в ответ на любое воздействие факторов внешней среды. Однако традиционно измеряемая средняя частота пульса отражает лишь конечный эффект многочисленных регуляторных влияний на аппарат кровообращения и характеризует особенности уже сложившегося гомеостатического механизма. Одна из важных задач этого механизма состоит в том, чтобы обеспечить баланс между симпатическим и парасимпатическим отделами вегетативной нервной системы (вегетативный гомеостаз). Одной и той же частоте пульса могут соответствовать различные комбинации активностей звеньев системы, управляющей вегетативным гомеостазом. Кроме того, на ритм сердца оказывают влияние и более высокие уровни регуляции. Это дает основание рассматривать синусовый узел как чувствительный индикатор адаптационных реакций организма в процессе его приспособления к условиям окружающей среды.

Благодаря успехам космической медицины использование сердечно-сосудистой системы в качестве индикатора адаптационных реакций всего организма в настоящее время считается вполне обоснованным и, в частности, все более широкое распространение получают методы математического анализа ритма сердца, разработанные более 30 лет назад в рамках космической кардиологии (В.В.Парин, Р.М. Баевский, Ю.Н. Волков, О.Г. Газенко, 1967). Основная информация о состоянии систем, регулирующих ритм сердца, заключена в "функции разброса" длительностей кардиоинтервалов. Синусовая аритмия отражает сложные процессы взаимодействия различных контуров регуляции сердечного ритма.

Периодические колебания частоты сердечных сокращений, не вызванные нарушением функции автоматизма, проводимости и возбудимости, получили название "синусовой аритмии", открытой в прошлом веке (Ludwig, 1847).

В настоящее время известно несколько составляющих ритма сердца: дыхательная, или синусовая аритмия, медленные и сверхмедленные волны недыхательного генеза с различными периодами (от 10 секунд до нескольких десятков минут).

Пока еще нет единого мнения о происхождении дыхательной аритмии, хотя большинство исследователей считают неоспоримым фактом влияние дыхания на ритм сердца. Представляется установленным также активное участие в этом процессе ядер блуждающих нервов, торможение и возбуждение которых передается к синусовому узлу через соответствующие нервные окончания, вызывая укорочение продолжительности кардиоинтервалов на вдохе и удлинение на выдохе (Ludwig, 1847; Л.И. Фогельсон, 1951; М.А. Эплер, П.О. Кингесепп, 1968).

Недыхательная синусовая аритмия представляет собой колебания сердечного ритма с периодами выше 10 секунд. Медленные (недыхательные) колебания сердечного ритма коррелируют с аналогичными волнами артериального давления и плетизмограммы. Различают медленные волны 1-го, 2-го и более высоких порядков.

Таблица 1 Классификация периодических составляющих сердечного ритма (Стандарт Европейского кардиологического общества и Северо-американского общества по электрофизиологии, 1996)

медленные волны сердечного ритма первого порядка связаны с деятельностью системы регуляции артериального давления, а волны второго порядка - с системой терморегуляции. Предполагается, что колебания с периодом более 20 секунд определяются механическими характеристиками гладких мышц сосудов. Подчеркивается нелинейность этой механической системы и возможность интерференции медленных колебаний с дыхательными, особенно при большой глубине дыхания, в частности, при умственной и физической нагрузках.

Навакатикян А.О. с соавторами (А.О. Навакатикян, В.В. Кржановская, 1979) выявил связь медленных волн сердечного ритма с колебаниями содержания в крови катехоламинов и кортикостероидов. Отмечена связь между медленными волнами сердечного ритма и активностью системы гипофиз-надпочечники (А.В.Карпенко, 1977; А.О. Навакатикян, В.В. Кржановская, 1979).

В опубликованных недавно стандартах измерения вариабельности сердечного ритма (Европейское Кардиологическое общество и Североамериканское общество по электрофизиологии, Circulation, 1996;93:1043-1065) предлагается следующая классификация периодических составляющих сердечного ритма, представленная в Таблица 1.

Показано, что у спортсменов с низким уровнем работоспособности, как и у нетренированных лиц, существенно чаще наблюдается выраженное увеличение ЧСС и появление медленноволновой периодики. А Кепеженас и Д. Жемайтите (1983) показали, что при длительных физических нагрузках и при снижении тренированности спортсменов происходит изменение типа ритмограммы. Наблюдается переход от ритмограмм парасимпатико-тонического типа с медленным ритмом и с большой амплитудой дыхательных волн к тем типам ритмограмм, которые отражают снижение парасимпатических влияний на функцию синусового узла, и далее к появлению ритмограмм с преобладанием медленных волн. Другими словами, ритмограмма отражает соотношение симпатического воздействия на периодическую структуру сердечного ритма (Р.М.Баевский, 1976; Д. Жемайтите, 1972).

Выделяются три группы методов, направленные, соответственно, на исследование средней частоты пульса, его вариабельности и переходных процессов. Центральное место в этой классификации занимают методы изучения вариабельности сердечного ритма. Эти методы можно условно разделить на три группы:

1. методы оценки общих статистических характеристик;

2. методы оценки связи между кардиоинтервалами;

3. методы выявления скрытой периодичности динамического ряда кардиоинтервалов.

Методы оценки общих статистических характеристик динамического ряда кардиоинтервалов включают вычисления математического ожидания (М) и частоты сердечных сокращений (ЧСС- HR-Heart Rate), среднего квадратического отклонения (SDNN), коэффициента вариации (CV) и показателей вариационной пульсометрии (мода - Мо, амплитуда моды - АМо и вариационный размах - VR). Вариационной пульсометрией называют метод анализа вариабельности сердечного ритма, основанный на использовании данных о распределении кардиоинтервалов по выбранным диапазонам значений. Нами была принята градация диапазонов распределения через 50 миллисекунд (0,05 с.). По данным вариационной пульсометрии вычисляется ряд производных показателей. Наиболее информативным является индекс напряжения регуляторных систем (Stress Index-SI). Этот показатель вычисляется по формуле SI=AMo/2Mo*VR. Индекс напряжения отражает степень централизации управления ритмом сердца и характеризует cуммарную активность симпатического отдела вегетативной нервной системы. К числу статистических оценок, принятых западными исследователями относится RMSSD (Root Mean of the Sum of the Square of Differences). Этот показатель вычисляется по значениям разностей между последовательными кардиоинтервалами. Из суммы квадратов разностей извлекается квадратный корень и делится на число проанализированных кардиоинтервалов. При таком способе анализа выделяются преимущественно изменения, связанные с дыхательными вариациями сердечного ритма, поскольку более медленные составляющие сглаживаются. Поэтому RMSSD хорошо отражает состояние парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. десинхроноз биоритм экстремальный сердечный

В числе методов оценки внутренней связи между кардиоинтервалами данного ряда используется автокорреляционный анализ. Автокорреляционная функция представляет собой график динамики коэффициентов корреляции, получаемых при последовательном смещении анализируемого динамического ряда на одно число по отношению к своему собственному ряду. После первого сдвига на одно значение коэффициент корреляции (СС1) тем меньше единицы, чем более выражены дыхательные волны, а степень влияния центрального контура управления на автономный тем выше, чем больше число сдвигов до первого отрицательного коэффициента корреляции (СС0).

В качестве метода выявления скрытой периодичности динамического ряда кардиоинтервалов наиболее часто используется метод спектрального анализа. При этом определялются мощности ( P-Power) спектра в указанных выше диапазонах ( см. Таблицу 1). Мы, однако, выделяем для оценки VLF диапазон частот от 0,04 до 0,015 гц (25-70 секунд). Это важно для того, чтобы оценить активность подкоркового сердечно-сосудистого центра, имеющего в своем составе три ядра (центра) -сосудистый, ускоряющий и ингибиторный ( Фолков, Нил, 1983). При этом сосудистый (или вазомоторный ) центр функционирует в диапазоне частот около 0,1 гц, а регулирующие активность симпатического отдела вегетативной нервной системы ускоряющий и ингибиторный центры, характеризуются более низкочастотными колебаниями. Колебания с частотами ниже 0,015 гц.(>70 с.), по имеющимся литературным данным (Sayers, 1973), отражают состояние центров терморегуляции и ренин-ангиотензивной системы (van Ravenswaaij-Arts, Kollee et al, 1993). Таким образом, мощность спектров медленных волн первого и второго порядков указывает на активность различных уровней центральной регуляции. При этом медленные волны первого порядка отражают состояние вазомоторного центра, а волны второго порядка - активность симпатического отдела вегетативной нервной системы. Суммарная мощность( ТР-Total Power) всех волн в диапазоне от 0,4 до 0,015 гц.(2,5-70 с.) характеризует общую активность внутрисистемных ( уровень В центрального контура регуляции) и автономных регуляторных механизмов. Следует отметить, что снижение показателя ТР может рассматриваться как результат активации более высоких уровней регуляции, вследствие чего подавляется активность нижележаших центров. Следует отметить, что значения отдельных составляющих спектра (HF, LH, VLF) вычисляются как в абсолютных значениях ( в мс-2), так и в относительных единицах ( в процентрах по отношению к суммарной мощности). По данным спектрального анализа сердечного ритма вычисляются два интегральных показателя: индекс централизации (ИЦ-Index of Centralization-IC) и индекс активации подкорковых нервных центров (АПНЦ-Subcortical Nervous Centers Activation -SNCA). Для их вычисления применяют следующие формулы: IC = VLF + LF / HF, SNCA = LF/VLF. Физиологический смысл IC состоит в том, что он отражает соотношение между центральным и автономным контурами управления сердечным ритмом. SNCA позволяет оценить состояние сердечно-сосудистого подкоркового нервного центра с точки зрения соотношений специфичного барорефлекторного (сосудистого) компонента регуляции и неспецифических симпатических влияний (стрессорный компонент).

Основные показатели вариабельности сердечного ритма и их физиологическиая интерпретация

Образец выдачи на печать результатов анализа вариабельности суточного массива кардиоинтервалов (вверху - суточная динамика показателей HR, SI и pNN50; внизу - среднесуточные и усредненные за каждые 8 часов значения различных показателей.

Методика анализа динамических рядов кардиоинтервалов имела свои особенности в каждой из серий исследований. При анализе файлов в первой серии исследований использовался дискретно-скользящий метод, когда анализируются выборки со стандартной длительностью в 256 секунд с шагом в 20 секунд. Длительность записей ЭКГ в этой серии колебалась от 6 до 20 минут, поэтому на каждую запись приходилось от 4 до 50 последовательных выборок.

При анализе суточных массивов кардиоинтервалов каждая суточная запись дробилась на 5-минутные отрезки (300 секунд), каждый из которых анализировался как отдельная выборка. Затем полученные результаты с помощью специальной программы "Holter" усреднялись за каждый час, за каждые 8 часов (утро, вечер, ночь) и за полные сутки.

4. Характеристики функционального состояния сердечно-сосудистой системы в различные фазы

Первые попытки экспериментального изучения биотропного действия 11-летней цикличности солнечной активности предпринял Дж.Пиккарди (1967). Наблюдая на протяжении 9,5 лет различные физико-химические процессы, он пришел к выводу о ритмичности их изменений, как на протяжении года, так и в течение многих лет.

В рамках нашего лабораторного эксперимента с подопытными кроликами изучалось функциональное состояние сердечно-сосудистой системы в различные фазы 11-летнего цикла солнечной активности (СА). Наши данные, полученные идентичными методами в одни и те же сезоны максимума солнечной активности (1980 г.) и фазы ее спада (1984г.), позволили достоверно выявить долгопериодические изменения, связанные с вариациями солнечной активности на фоне сезонных и суточных изменений.

Анализ абсолютных среднегодовых значений показателей функции сердечно-сосудистой системы подопытных животных (Таблица 4) показывает, что в период максимума солнечной активности (1980 г) все показатели значительно ниже, чем в фазу спада.

Динамика сезонных колебаний максимального (а) и реального (b) давления (мм рт.ст.) в полости левого желудочка сердца в разные фазы СА (1980 - год максимума СА, 1984 - год спада)

Примечание: 1 - весна, 2 - лето, 3 - осень, 4 - зима, 5 - в среднем по году

Таблица 2 Сезонная динамика артериального давления и некоторых показателей сократительной функции сердца в годы максимума (1980 г) и минимума (1984 г) солнечной активности

Динамика сезонных колебаний максимального (а) и реального (b) давления (мм рт.ст.) в полости правого желудочка сердца в разные фазы СА (1980 - год максимума, 1984 - год спада)

Примечание: 1- весна, 2 - лето, 3 - осень, 4 - зима, 5 - в среднем по году

Показатели давления крови в полостях левого и правого желудочков сердца в среднем на 26% ниже в год пика СА, чем в год спада. Из рис.7 и 8 видно, что не только среднегодовые значения показателей деятельности сердца, но и средне сезонные значения имеют относительно низкие значения в период максимума солнечной активности. Также можно отметить, что в год максимума солнечной активности сезонные изменения имеют более высокую амплитуду колебаний с выраженным весенним пиком.

Летом и осенью систолическое и диастолическое артериальное давление в период максимума СА меньше на 24% и 13% соответственно по сравнению с периодом спада СА. В зимне-весенний сезоны показатели артериального давления сохраняют высокие значения вне зависимости от фазы СА. Интересно, что весной сократительная сила сердца достигает максимальных значений и также не зависит от фазы СА. Зимой в фазу максимума СА резко снижается работоспособность левого желудочка сердца, о чем свидетельствует снижение практически в 2 раза (42%) показателя пикового систолического давления в полости левого желудочка.

Рис.9 Колебания величины реального давления в полости левого желудочка сердца в различные фазы 11-летнего солнечного цикла. Примечание: Кружочком обозначена группа животных, у которой производились измерения; количество животных в группе от 5 до 20. Пояснения в тексте.

Летом и осенью показатели функции сердечно-сосудистой системы практически не отличаются между собой по величине, и все они существенно ниже в год максимума СА. Например, летом в период пика СА систолическое и диастолическое артериальное давление ниже на 23% и 14 % соответственно, реальное и максимальное давление в полости левого желудочка на 50% и 24%, реальное и максимальное давление в полости правого желудочка на 36% и 31% соответственно.

На показана сезонная и многолетняя динамика колебаний давления в полости левого желудочка сердца с выраженным минимумом в год активного солнца.

Кроме изменения абсолютных значений показателей работы сердца в различные сезоны максимума и минимума СА, происходит изменение корреляционных взаимоотношений между ними. В период спада СА увеличивается количество корреляционных связей, т.е. возрастает степень синхронизации между работой различных отделов сердца (табл.5). Особенно это характерно для осеннего и зимнего сезонов. Из Таблицы 2 видно, что корреляционная зависимость таких пар показателей как ADMAX и ADMIN, VPREALRV и VPMAXRV не зависит от сезона и года исследования.

У интактных животных циркадианные изменения этих показателей синхронны. Достаточно устойчивой является и корреляционная пара VPREALLV и VPMAXRV, особенно в год спада солнечной активности. Наименьшее количество корреляционных связей приходится на летний сезон, а наибольшее - на осенне-зимний. Высокая степень синхронизации показателей деятельности сердца, характерная для фазы спада СА, является одним из механизмов, поддерживающим высокие значения сократительной силы левого и правого желудочков сердца.

Таблица 3 Корреляция показателей сердечно-сосудистой системы в различные сезоны фазы максимума (1980 г) и спада (1984 г) солнечной активности

Примечание: * - р < 0,05

Проведение корреляционного анализа влияния изменений солнечной активности позволило установить, что ее флуктуации определяют динамику сократительной силы сердца интактных животных. Так, между числами Вольфа и показателем пикового систолического давления в полости левого желудочка сердца существует сильная отрицательная достоверная связь (коэффициент корреляции -0,87). Эта же тенденция характерна и для других показателей. Следовательно, можно сказать, что изменение солнечной активности (через множество космобиосферных посредников) определяет хроноструктуру низкочастотных и сверхмедленных ритмов функционирования сердечно-сосудистой системы интактных животных. СУТОЧНО-СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ЖИВОТНЫХ

5. Общие сведения

В данной главе приводятся результаты исследований сезонных вариаций суточных ритмов сократительной функции сердца и сосудистого тонуса интактных кроликов непараметрическими методами математической статистики.

Экспериментальные материалы, использованные для анализа, охватывают исследования за период 1984-1985 гг. и получены на 480 кроликах при условиях эксперимента и методами, описанными в Главе 2.

Исследования проводились 21-23 июня 1984г, 21-23 сентября 1984г , 21-23 декабря 1984г и 21-23 марта 1985г.

Следует подчеркнуть, что для анализа сезонных зависимостей использовались также и показатели активности лизосомных ферментов печени кроликов.

У кроликов после регистрации функциональных показателей производили экстирпацию печени, помещали в ледяной буферный раствор для гомогенизации следующего состава: 0.33 М сахароза (х. ч), 1 мМ ЭДТА (Serva, ФРГ), 3.8 мМ триэтаноламин рН 7.25.

При температуре 0-4°С печень отмывали, очищали от соединительной ткани, измельчали ножницами и гомогенизировали в стеклянном гомогенизаторе Поттера-Эвелгейма с тефлоновым пестиком (зазор- 0.21 мм) в течение 180с при 40 об/с. Гомогенат 1:10 подвергали дифференциальному центрифугированию (Ruth, 1978) на ультрацентрифуге L8-M фирмы "Beckman" (CШA). Получали лизосомный супернатант (надосадочная жидкость) и обогащенную лизосомами фракцию (осадок), которую ресуспендировали 1:5 в буферном растворе 0.7 М сахарозы, 1 мМ ЭДТА (Serva, ФРГ), рН = 7.0. О структурной целостности лизосом судили по величине активности лизосомных ферментов в различных фракциях.

Изучаемые активности лизосомных ферментов

1. Активность ферментов, определяемая в супернатанте, обозначалась как свободная или неседиментируемая активность - NSA.

2. Активность ферментов, определяемая в обогащенном лизосомном осадке и доступная для субстрата, характеризовалась как доступная активность - EA.

3. После дезинтеграции мембран лизосом методом замораживания и оттаивания (С. Buya et al., 1978) определялась общая активность - CA.

Заключение

Заключая рассмотренный морфологический раздел, следует отметить следующие особенности.

Состояние ультраструктуры миокарда изменяется в течение года. Направленность изменений различна для разных структур клетки. Эти отличия имеют скорее количественный, чем качественный характер.

В весенний период в подавляющем большинстве электронограмм наблюдаются сосуды, окруженные коллагеновыми муфтами (рис.24), особенно с 6 до 12 часов. Зимой и особенно весной отмечены выраженные изменения СПР с явлениями его резкого расширения и наличием гранулярных форм. В этот период регистрируется наибольшее количество лизосом различных форм, особенно часто встречаются вторичные лизосомы, заполненные каплями липофусцина.

Зимой в кардиомиоцитах содержится огромное количество исчерченных и гомогенных липидных включений. Некоторые исчерченные липиды представляют по своей форме “снимок” с прилегающих митохондрий, что свидетельствует об их происхождении. В зимний период в клетках миокарда значительно меньше цитогранул гликогена, чем в другое время.

Электронограмма миокарда левого желудочка сердца интактного кролика в весенний период года. Характерно наличие коллагеновых масс вокруг сосудов и между миофибриллами. Ув.20.000 х Состояние митохондриального аппарата также имеет сезонные отличия. Наибольшее количество митохондрий наблюдается весной и зимой. В эти сезоны митохондрии более сохранны, чем осенью и летом. Для летне-осеннего периода характерно набухание митохондрий разной степени. Наружная мембрана органелл часто или размыта, или имеет участки разрушения. Часто встречаются митохондрии с явлениями гомогенизации или вакуолизации матрикса, деградирующие митохондрии с полностью разрушенной мембраной.

Следует подчеркнуть, что акрофаза сократительной силы сердца сопровождается однотипной реакцией ультраструктуры клетки вне зависимости от сезона и выражается следующим образом. Обеспечение сократительного акта высокой силы происходит за счет возрастания объема митохондрий, сопровождающегося разрывом наружной мембраны у части органелл, что приводит к уменьшению общего числа функционирующих митохондрий.

В это же время отмечается гиперфункция ультраструктуры клетки. Клеточное ядро имеет 2-3 ядрышка, мембрана его инвагинирована, в нуклеоплазме маргинация хроматина. Очень резко расширен СПР, во многих случаях отмечаются его гранулярные формы. Очень много первичных и вторичных лизосом, расположенных в околоядерной зоне или окружающих СПР. Встречаются участки разрывов миофибрилл.

Гранулы гликогена и липидные включения, расходуемые на обеспечение высокой сократительной силы, находятся в клетке в небольшом количестве за исключением зимнего сезона, когда кардиомиоцит как бы “нашпигован” огромным количеством липидов. Часть из них окружена венчиком лизосомных гидролаз, часть, в виде капель липофусцина входит в состав вторичных лизосом, количество которых в этот сезон самое большое.

Резюмируя результаты этого раздела, можно отметить, что в период гиперфункционирования ультраструктур кардиомиоцитов воздействие дополнительной нагрузки или действие стресс-фактора может неблагоприятно отразиться на морфофункциональном состоянии сердца.

Для разных сезонов неблагоприятные для нагрузки часы отличаются. Весной имеется один максимально выраженный пик морфофункциональной гиперфункции - это раннее утреннее время, когда осуществляется переход к активной локомоторной деятельности. Летом - это также утреннее время, но в этот сезон параметры деятельности сердца в течение суток мало изменяются, и действие стресс-фактора не приведет к значительным повреждениям. Осенью гиперфункция отмечена в вечернее время, а зимой - и в утреннее, и в вечернее время.

Список использованных научных и научно-методических трудов

1. Особенности адаптивных реакций сердечно-сосудистой системы в зависимости от циркадианных ритмов // Тез. докл. III Всесоюзной конф., Новосибирск, 1981, том l, c.218-219 (в соавт. В.А. Фролов, Т.А. Казанская).

2. Биоритмы сердца в норме и патологии // Тез. докл. III Всесоюзного съезда патофизиолога, Тбилиси, 1982, с. 169-170 (в соавт. В.А. Фролов, Л.В.Ефимова Т.А. Казанская).

3. Биологические ритмы сократительной активности сердца и их взаимосвязь с содержанием свободных жирных кислот в крови кроликов // Тез. докл. IV Всесоюзной конф. по экологической физиологии, Сыктывкар, 1982, т. 2, с.77-78 (в соавт. Т.А. Казанская, Л.В. Ефимова).

4 Хронобиологические методы подбора экипажей по академической гребле и реабилитационная транскутанная электростимуляция спортсменов // Теория и практика физической культуры, 1987, №6, с.23-24 (в соавт. О.А. Шевелёв, А.Е. Савастенко, Е.Е. Михеева).

5. Изменение сократительной активности левого желудочка сердца и содержания свободных жирных кислот в крови при острой очаговой ишемии миокарда у кроликов в разное время суток // Кардиология, 1983, том 23, с.98-100 (в соавт. В.А. Фролов, Л.В. Ефимова, Т.А. Казанская).

6. Суточные колебания некоторых показателей состояния сердечно-сосудистой системы и электрических характеристик кожи у юных спортсменов, занимающихся академической греблей (статья) // Физиология человека, 1983, том 9, №5, с.762-766 (в соавт. О.А. Шевелёв, Е.В. Циварева).

7. Сезонно-суточная динамика сократительной силы сердца и роль геомагнитного поля в её регуляции // Сб. науч. тр. "Современные аспекты биоритмологии", М.: Изд. УДН, с.35-54 (в соавт. А.М. Овсянников).

8. Электростимуляция и оптимизация тренировочного процесса спортсменов-гребцов // Тез. докл. XVII Всесоюзного науч. конф., Ленинград, 1984, с.250 (в соавт. О.А. Шевелёв, Г.А. Дроздова).

9. Возможность прогнозирования сердечных "катастроф" на основе выявления связи сократительной способности сердца с некоторыми гелиогеофизическими показателями // Тез. докл. II Всесоюзного симпозиума, Фрунзе, 1984, том 1, с.463-465 (в соавт. В.А. Фролов, П.О. Михеев, Т.А. Казанская).

10. Влияние суточных колебаний деятельности сердечно-сосудистой системы на течение острой очаговой ишемии миокарда // Сб. науч. труд. "Сердечно-сосуд. сист. в клинике и в экcп.», M., 1984, c.34-39.

11. О некоторых субклеточных механизмах адаптации // Тез. докл. VI Закавказской конф. патофизиологов, Ереван, 1985, с.170-171 (в соавт. В.А. Фролов, Г.М. Дрогова).

12. Влияние геомагнитной возмущенности на циркадные ритмы интактного сердца // Тез. докл. конф. "Хронобиология и хрономедицина", Уфа, 1985, с.193-194 (в соавт. В.А. Фролов)

13. Циркадные ритмы сократительной активности сердца кролика // Сб. науч. труд. "Неотложное состояние в клин. и экспер.", М.,1985,с.142-146 (в соавт. А.В. Ли).

14. Циркадные биоритмы изменений проницаемости лизосомных мембран гепатоцитов интактных кроликов в различные сезоны // Сб. науч. труд. Львовского Гос. мед. инст. "Проблемы патологии в эксп. и клин.", Львов, 1985, с.173-175 (в соавт. В.А. Фролов, Г.М. Дрогова, Е.В. Циварева).

15. Влияние геомагнитной бури на состояние митохондрий миокарда и их роль в энергетическом обеспечении сократительной функции сердца // Бюллетень эксп. биологии и медицины, 1986, №5, с.546-548 (в соавт. В.А. Фролов, В.П. Пухлянко, Т.А. Казанская).

16. О возможном механизме наступления внезапной сердечной смерти во время геомагнитной бури // Патологическая физиология, 1986, №3, с.31-33 (в соавт. В.А. Фролов, Т.А. Казанская).

Размещено на Allbest.ru