: Реферат; Физиология; 28 February 2012

Респираторно-гемодинамическая функциональная система

Tags:

Респираторно-гемодинамическая функциональная система
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Респираторно-гемодинамическая функциональная система (РГДС), осуществляющая газотранспортную функцию, во многом определяет адаптивные возможности организма (Шик Л.Л.,1994). Развитие морфо-функциональных компонентов системы и ее регуляторных механизмов в препубертатном возрасте связано со значительными перестройками в системах кровообращения и дыхания, а также в их регуляции (Шалков Н.А., 1957; Калюжная Р.А., 1977; Колчинская А.З, 1977; Меркулова Н.А., 1985). Все это сказывается на физиологических механизмах управления и взаимодействия кровообращения и дыхания как в покое, так и в условиях функциональных нагрузок (Король В.М.,1967; Сонькин В.Д., 1978; Васильева Р.М., 1983; и др.).

Одним из наиболее перспективных направлений исследования регуляции висцеральных функций в наши дни является изучение волновых процессов в гемодинамике и дыхании. Многочисленные исследования колебаний сердечного ритма (Баевский Р.М., 1968; 2002; Флейшман А.Н., 1999; Михайлов В.М., 2000; Akselrod S, 1995; Malliani A, Pagni M,), в том числе в онтогенезе (Хаспекова Н.Б., 2003; Yeragani et al., 1994; Oberlander et al., 1999; Rabbia et al., 2002; Srinivasan K, et.al 2002; и др.), позволили установить основные закономерности возрастных и адаптивных изменений показателей вариабельности кардиоритма. Выработаны стандарты измерения, физиологической интерпретации и клинического использования вариабельности ритма сердца (Heart rate variability, 1996). Создан ряд моделей регуляции ритма сердца (Баевский Р.М., 1979; Akselrod S.,1995; De Boer R.W., KaremakerJ.M.,1987; Baselli G., Diancardi L.,1991, 2001). В ряде исследований изучены особенности колебаний электрической активности моторной части дыхательной системы (Тараканов И.И., Вайсман М.В., 1997; Richardson C.A, 1988,), и артериального давления (Saul JP.,1998; Nollo G.,2005).

С появлением неинвазивных методов непрерывной регистрации артериального давления открываются новые возможности в изучении механизмов автономной регуляции респираторно-гемодинамической системы в целом (Kurki T, Smith NT, Head N,,1987; Penaz J., 1992; Pinna GD,1996).

Исследование возрастных изменений и индивидуальных особенностей общей мощности и волновой структуры спектров ВРС, ВР АД и ВРД может дать ценную информацию для понимания физиологических механизмов регуляции деятельности РГДС и ее становления в онтогенезе. Актуальность такого исследования усиливает то обстоятельство, что международные стандарты, используемые для анализа и интерпретации результатов исследований периодических процессов в РГДС, разработаны только для вариабельности сердечного ритма, причем без учета возрастных особенностей протекания этих процессов у детей и подростков.

Остается также спорным и мало исследованным вопрос о взаимоотношениях и согласованности механизмов регуляции отдельных звеньев РГДС (Кедер-Степанова И.А.,1966; Килина Т.С., Селезнев В.И.,1981).

В то же время, именно на период, предшествующий пубертатным процессам, приходятся значительные морфологические и функциональные перестройки в системах кровообращения и дыхания (Шалков Н.А., 1957; Аршавский И.А., 1967; Адольф А., 1971; Бирюкович А.А., 1973; Колчинская А.З., 1973; Калюжная Р.А., 1975; Ширяева И.С., 1977; Кузнецова Т.Д., 1983; Кулаев Б.С., 1999 и др.). Эти обстоятельства определили выбор возрастного диапазона испытуемых для проведенного нами исследования.

Цель исследования:

Выявить возрастные, половые и индивидуальные особенности регуляции ключевых звеньев РГДС (сердца, сосудов, дыхания) у детей 8-11 лет в покое и при функциональных нагрузках.

Задачи:

1. Исследовать спектральные характеристики вариабельности, отражающие особенности автономной регуляции различных звеньев РГДС, в покое и при функциональных нагрузках (умственная нагрузка; дыхание с навязанным ритмом; клиноортостатическая проба) у мальчиков и девочек 8-11 лет;

2. Выявить особенности взаимодействия звеньев РГДС в покое и при функциональных пробах у детей 8-11 лет.

3. Определить индивидуально-типологические особенности регуляции РГДС у детей 8-11 лет.

Научная новизна исследования

Впервые были исследованы особенности регуляции звеньев РГДС в состоянии спокойного бодрствования методом спектрального анализа вариабельности ритмов сердца, дыхания, систолического и диастолического артериального давления при одновременной и непрерывной регистрации у детей от 8 до 11 лет; выявлены возрастные изменения и половые различия общей мощности и структуры спектров исследованных ритмов.

Впервые определен исходный вегетативный тонус в различных звеньях РГДС и проведен анализ корреляционных взаимосвязей между спектральными составляющими вариабельности соответствующих ритмов, а также показаны изменения спектральных характеристик каждого из исследованных ритмов в процессе выполнения умственной, дыхательной и клиноортостатической нагрузок. Выявлены возрастные и половые отличия функционирования регуляторных механизмов звеньев РГДС в покое и при функциональных нагрузках; описаны основные возрастные тенденции динамики реактивности исследуемых ритмов от 8 к 11 годам и от детского возраста к взрослому.

Впервые исследованы особенности индуцированного и спонтанного барорефлекса у детей и основные возрастные тенденции изменения барорефлекторной чувствительности. Обнаружены индивидуально-типологические особенности автономной регуляции РГДС в группах детей, различающихся барорефлекторной чувствительностью и успешностью удержания навязанного ритма дыхания.

Предложен способ типизации автономной регуляции РГДС на основе исходного вегетативного тонуса, профиль которого определяется комбинацией из 4 показателей вегетативного баланса (в спектрах вариабельности ритмов сердца, дыхания, систолического и диастолического артериального давления).

Получены ориентировочные величины спектральных показателей ритмов систолического и диастолического АД и дыхания у детей 8-11 лет.

Научно-теоретическая и практическая значимость

Полученные данные расширяют и углубляют представления об особенностях функционирования различных звеньев РГДС как компонентов единой функциональной системы, а также о механизмах регуляции дыхания и гемодинамики у детей разного пола и возраста.

Полученные результаты позволяют рассматривать проблему регуляции РГДС в разных плоскостях: в плоскости физиологических закономерностей управления отдельными ключевыми звеньями единой функциональной системы и их взаимодействия при выполнении различных функциональных задач; в плоскости возрастного развития как отдельных звеньев, так и всей системы РГДС в целом; в плоскости особенностей становления регуляторных механизмов РГДС у представителей разного пола; в плоскости индивидуально-типологических особенностей регуляции РГДС. Выявленные критерии типизации регуляции АНС дают более полное представление о многообразии и многомерности форм биологического регулирования.

Выявленный комплекс частотных показателей колебаний дыхания и гемодинамики в покое и при функциональных пробах может служить основой для разработки нормативов спектральных составляющих вариабельности ритмов АД и дыхания у детей младшего школьного возраста.

Положения, выносимые на защиту

1. Период II детства является важным этапом развития регуляции РГДС. Становление регуляции ключевых звеньев РГДС протекает в этом возрасте гетерохронно, с различной скоростью и интенсивностью, несмотря на то, что сердце, сосудистая система и дыхательный аппарат связаны единой газотранспортной функцией.

2. Гетерохронность и гетеродинамность развития регуляции ключевых звеньев РГДС проявляется в том, что регуляторные механизмы сердца к 8-11 годам уже в значительной мере сформированы и относительно устойчивы. В отличие от них, в сосудистой системе и, особенно, в системе дыхания продолжаются активные процессы развития автономной регуляции.

3. Барорефлекторная чувствительность может служить одним из критериев для выделения устойчивых индивидуально-типологических особенностей автономной регуляции ключевых звеньев РГДС у детей 8-11 лет.

4. Характеристика исходного вегетативного тонуса автономной регуляции респираторно-гемодинамической системы, должна включать комплекс показателей соотношения симпато-парасимпатических влияний в каждом из ключевых звеньев РГДС (сердечном, сосудистом и дыхательном).

Апробация работы

Материалы диссертационного исследования докладывались и обсуждались на конференции молодых ученых «Ломоносов-2001» (Москва, 2001); конференции молодых ученых Института возрастной физиологии РАО (Москва, 2003); на ХIХ Съезде физиологов России (Екатеринбург, 2004); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы охраны здоровья учащейся молодежи» (Брянск, 2004); международной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2004), Х Юбилейной международной научно-практической конференции «Современные достижения спортивной медицины, физкультуры и валеологии» (Одесса, 2004); Всероссийской конференции с международным участием «Биологические аспекты экологии человека» (Архангельск, 2004); IV Всероссийском Симпозиуме с международным участием «Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине» (Новокузнецк, 2005); на I Съезде физиологов СНГ (Сочи, 2005); на Всероссийской конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006).

По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 238 страницах формата А4, включая 34 таблицы и 60 рисунков, и состоит из Введения, шести глав, Выводов и Списка использованной литературы, включающего 237 работ отечественных авторов и 145 работ зарубежных авторов.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании принимали участие 240 учащихся 2-6 классов общеобразовательных школ г. Москвы и 40 взрослых добровольцев обоего пола. К эксперименту допускались дети, родители которых дали письменное разрешение на участие в исследованиях. Перед началом эксперимента были проведены разъяснительные родительские собрания, беседы с учителями и школьниками. Взрослые добровольцы также давали письменное информированное согласие на проведение исследований.

В качестве основного метода исследования регуляции РГДС и ее звеньев применен спектральный анализ колебаний ритмов сердца, систолического и диастолического артериального давления и объемно-скоростных характеристик воздушного потока. Кроме того, измеряли ЧСС, АД (по Короткову), объем вдоха, время вдоха и выдоха.

У всех детей определяли показатели физического развития и особенности телосложения по схемам Штефко-Островского и Хит-Картер.

Непрерывную и одновременную регистрацию ЭКГ во 2 стандартном отведении; кривой изменения систолического и диастолического артериального давления с помощью фотоплетизмографического датчика методом «разгруженной артерии», предложенным J.Penaz (1969г.); объемно-скоростных характеристик воздушного потока с помощью ультразвукогового датчика проводили с применением компьютеризированного спироартериокардио-ритмографа (производитель: ООО «ИНТОКС», Санкт-Петербург) в состоянии покоя, в процессе функциональных нагрузок и в фазе восстановления (с 11 по 16 минуту после функциональной пробы). Длительность каждой записи составляла 5 минут.

В качестве функциональных проб были выбраны: умственная проба (счет в уме); дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту; клиноортостатическая проба. Выбранные пробы оказывают воздействие через разные каналы, тем самым выявляют реактивность регуляторных механизмов, не дублируя друг друга, а дополняя информацию о состоянии нейрогуморальной регуляции респираторно-гемодинамической системы. Функциональные пробы проводились в стандартной последовательности. В дневник наблюдений вносили объективные данные о текущем состоянии испытуемого: появление неприятных ощущений, усталость, изменение цвета кожных покровов и характера дыхания, мышечное напряжение и тремор.

При интерпретации результатов анализа опирались на используемые в настоящее время "Стандарты измерения, физиологической интерпретации и клиническому использованию вариабельности ритма сердца", выработанные «Экспертной группой ассоциации европейских и североамериканских кардиологов и ритмологов» в 1996 году. Согласно данному документу и мнению многочисленных зарубежных и отечественных исследователей, быстрые волны (HF) признаются маркерами влияний парасимпатической НС, медленные (LF) – симпатической и очень медленные (VLF) – связываются с метаболическими процессами и влияниями высших надсегментарных регуляторных центров («Стандарты», 1996; Хаютин В.М. Лукошкова Е.В.,1999, Баевский Р.М., 2002).

Статистический анализ результатов проводили с помощью пакетов STATISTIKA 6.0 и SPSS for Windows с использованием следующих методов: основные статистики, включая t-критерий по Стьюденту; корреляционный анализ; кластерный анализ (иерархические методы: Уорда и одиночной связи, итеративный метод К-средних); ANOVA и дисперсионный анализ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Исследования колебаний различных параметров РГДС в покое показали, что для мальчиков и девочек младшего школьного возраста, как и для взрослых, характерно наличие хорошо выраженных волн сердечного ритма во всех трех диапазонах частот, что совпадает с наблюдениями других авторов (Носкин Л.А., Пивоваров В.В.,2004; Parati G, Saul JP,1995; Mazur ES., 1999; Voss A., Matherg H.,2000). Это высокочастотные, или быстрые, волны, медленные и очень медленные волны. В спектрах артериального давления и дыхания также присутствуют быстрые, медленные и очень медленные волны (рис.1).

Обращает на себя внимание разница в структуре спектра сердечного ритма, спектра артериального давления и дыхания. В спектре сердечного ритма преобладают быстрые (HF ms²) и медленные волны (LF ms²). Доля очень медленных волн (VLF ms²) в спектре кардиоритма составляет всего 10-15%, тогда как в спектре артериального давления преобладают очень медленные волны (VLF mmHg²). В спектре вариабельности ритма дыхания преобладают быстрые и очень медленные волны (HF l/min²и VLF l/min²), а доля медленных (LF l/min²) не превышает 10%.

При переходе из одной возрастной группы в другую внутри спектров всех исследованных ритмов происходят сложные структурные перестройки, даже в том случае, когда общая мощность спектра достоверно не меняется, а показатели ЧСС, АД и дыхания остаются неизменными (рис.2).

По нашему мнению, наличие в структуре спектров вариабельности всех исследуемых ритмов волн всех трех диапазонов частот, говорящих о присутствии парасимпатических и симпатических влияний, еще раз доказывает, что работа каждого из звеньев РГДС находится под контролем двух отделов автономной нервной системы, а структурная специфика спектров определяется морфо-функциональными особенностями регуляторных механизмов сердца, сосудов и дыхательного аппарата.

Рисунок 1. Структура спектров ритмов различных звеньев РГДС у школьников 8-11 лет в покое: А) ритм сердца у мальчиков (м) и девочек (д); Б) ритм дыхания у мальчиков (м) и девочек (д); В) ритм артериального давления систолического (АДС) и диастолического (АДД) у мальчиков; Г) ритм артериального давления у девочек.

Рисунок 2. Динамика абсолютных значений диастолического АД и спектральных составляющих ВР АДдиаст. от 8 к 11 годам (мальчики)

2. Регуляция РГДС при функциональных пробах.

В нашем исследовании были использованы функциональные пробы, принципиально различающиеся по тем требованиям, которые их выполнение предъявляет к вегетативным системам организма. В их числе: умственная нагрузка (счет в уме), воздействующая на систему РГДС косвенно; клиноортостатическая проба, вызывающая системные изменения, связанные с перемещением вектора действия гравитации, перераспределением жидкостей в теле и воздействием непосредственно на рецепторы гемодинамической системы; дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту, представляющее собой провокативную пробу для всех звеньев РГДС.

Умственная проба (счет в уме). Вычисления в уме сопровождаются активизацией АНС на уровне центрального контура регуляции, в том числе его надсегментарного уровня. На рис. 4 представлена направленность (вверх – увеличение; вниз- уменьшение) и степень изменений показателя вегетативного баланса (исходный уровень принят за 1,0) при функциональных нагрузках. На примере мальчиков 8- 11 лет можно увидеть, что наиболее устойчивая реакция наблюдалась в ритме сердца. В группах детей разного пола и возраста направленность изменений ритма сердца не различалась и сопровождалась активацией симпатического отдела автономной нервной системы и надсегментарных регуляторных структур. В ритмах АД и дыхания с возрастом происходили изменения не только амплитуды, но и направленности реакции.

При индивидуальном анализе выявлена бóльшая вариативность реакции АНС в дыхательном и сосудистом звене, чем в автономной регуляции сердца.

В восстановительном периоде после умственной нагрузки показатели спектра ВРС у детей 8-9 лет не восстанавливаются полностью до прежнего уровня даже через период времени, вдвое превышающий длительность самой нагрузки. В ритмах АД и дыхания после нагрузки наблюдаются наибольшие сдвиги, особенно в диапазоне очень медленных волн, что говорит об изменениях на уровне надсегментарных регуляторных структур и метаболизма. Даже у детей, у которых в процессе нагрузки не было достоверных изменений, реакция проявлялась в восстановительном периоде. Видимо, умственная нагрузка вызывает «напряжение» РГДС, которое при выполнении самой нагрузки может явно не проявляться, но вызывает «отставленную» реакцию, напоминая тем самым работу «в долг» при физической нагрузке.

Клиноортостатическая проба. Клиноортостатическая проба вызывает системные изменения, связанные с перемещением вектора действия гравитации и перераспределением жидкостей в теле.

Умственная нагрузка	Клиноортостатическая проба
\s	\s
\s	\s
\s

Рисунок 4. Направленность и степень изменений показателя вегетативного баланса исследуемых

ритмов при умственной нагрузке («счет в уме») и клиноортостатической пробе у детей 8 – 11 лет и взрослых

В компенсаторных реакциях при переходе тела из горизонтального положения в вертикальное, наряду с реакцией сердца и сосудов, активно задействовано и дыхание. У большинства детей 8-11 лет в ортостатическом положении активность автономного контура регуляции ритма сердца снижается, при этом повышается относительная доля симпатических и надсегментарных влияний. В сосудистом звене активность АНС возрастает, в основном, за счет повышения доли симпатических влияний. Реакция АНС в дыхательном звене усиливается от 8 к 11 годам и демонстрирует высокую индивидуальную вариативность.

Функциональная проба «дыхание с навязанным ритмом» (с частотой 6 циклов в минуту). При выполнении этой пробы ребенок в течение 5 минут дышит с частотой 6 дыхательных циклов в минуту (5с вдох и 5с выдох), ориентируясь на счет исследователя. Дыхательная проба позволила выявить целый ряд интересных особенностей регуляции как дыхательного звена РГДС, так и всей системы в целом.

В процессе выполнения пробы ритмограммы сердечных сокращений и давления изменялись синхронно с ритмом дыхания. Ритмограммы всех четырех исследуемых показателей имели вид, близкий к синусоиде (рис.5). У взрослых наблюдалась отчетливая депрессия волн быстрого диапазона и значительное усиление вазомоторных волн. В спектрограммах этих же ритмов наблюдались пики в диапазоне медленных волн, синхронизированные по частоте (рис. 6). У многих детей наблюдались такие же явления. Однако среди детей выявлялась часть испытуемых, у которых наблюдалось рассогласование между изменением исследуемых ритмов при выполнении нагрузки.

Рисунок 5. Ритмограммы (справа) и спектрограммы (слева) ритма сердца (вверху), АДС и АДД (внизу) у ребенка, записанные в положении лежа при дыхании с частотой 6 ц/мин.

VLF

Вар. 2

Вар. 1

Вар. 4

Вар. 3

Рисунок 6. Четыре варианта сочетаний спектрограмм исследуемых ритмов у разных детей при дыхании 6 ц/мин: А – ВРС; Б – ВР АДС и ВР АДД; В – ВРД.

Количество детей, у которых в процессе выполнения дыхательной пробы были синхронизированы все четыре исследуемых ритма и совпадали пики спектрограмм (Вар.1 на рис.6), увеличивалось с возрастом.

3.Взаимосвязи в системе РГДС. Выявлены существенные изменения с возрастом числа достоверных корреляционных связей как внутри звеньев РГДС, так и между звеньями (рис.7). Эти данные, по нашему мнению, свидетельствуют о том, что в процессе развития происходит не только формирование регуляторных структур отдельных звеньев РГДС, но и связей между регуляторными структурами этих систем. В некоторые возрастные периоды наблюдается усиление жесткости связей, в другие - их ослабление. Возможно, это связано с периодами интенсивного роста и развития в том или ином из звеньев функциональной системы. Примером такого периода может служить возраст 9 лет для дыхательного звена РГДС, когда формируется мужской и женский тип дыхания. Кроме того, в этом возрасте происходят изменения энергетики мышц (Тамбовцева Р.В., 2003), что может влиять на общий метаболизм.

Рисунок 7. Корреляционные связи между спектральными компонентами вариабельности ритма сердца (ВРС), артериального давления систолического и диастолического (АДС и АДД) и дыхания (ДО) в покое у девочек 8-11 лет.

Число значимых корреляций между звеньями РГДС в процессе выполнения функциональных проб в большинстве групп детей, а также у всех взрослых, увеличивается (табл.1). Происходит также усиление тех связей, которые были обнаружены в покое. Исключение составили мальчики 8-9 лет и девочки 10 лет, у которых было отмечено уменьшение числа корреляций в процессе выполнения нагрузок. Эти периоды совпадали с периодами резкого изменения жесткости взаимосвязей между звеньями в условиях покоя.

Таблица 1

Число значимых (r≥0.5) корреляционных связей между звеньями РГДС в покое и при функциональных пробах у детей 8-11 лет

возраст	Мальчики				Девочки
возраст	Покой	Счет	Дых.	КОП	Покой	Счет	Дых.	КОП
8	43	32	39	44	37	42	38	40
9	45	40	32	34	12	32	26	24
10	31	54	42	53	48	21	30	38
11	21	22	38	38	27	32	42	53

При выполнении функциональных проб было выявлено увеличение скоординированности механизмов регуляции отдельных звеньев с возрастом. Это, в частности, выражалось в повышении доли испытуемых, у которых при выполнении дыхательной пробы были синхронизированы ритмограммы всех четырех исследуемых ритмов. Доля таких испытуемых увеличивалась от 25% среди 8-летних детей до 75% у 11-летних и до 90% у взрослых испытуемых.

Барорефлекторная чувствительность. Барорецепторные рефлексы относятся к регуляторным механизмам кратковременного действия. Одной из важных характеристик является барорефлекторная чувствительность (БРЧ), которая в свою очередь может зависеть от чувствительности барорецепторов артерий, состояния АНС и чувствительности синусового узла к экстракардиальным влияниям. При одновременной и непрерывной записи ЭКГ и систолического АД можно вычислить БРЧ:

БРЧ	= √	LF_{ВРС ms2}
		LF _{ВР АДС mmHg}²

Величина БРЧ при индуцированном барорефлексе (медленное дыхание, ортостаз) достоверно превышала значение БРЧ при спонтанном (в покое). Данные возрастного изменения БРЧ как при спонтанном барорефлексе, так и при индуцированном, показали уменьшение БРЧ от 8 к 11 годам (рис.8).

Рис. 8. Средние показатели барорефлекторной чувствительности при спонтанном и индуцированном барорефлексе у мальчиков и девочек 8-11 лет.

Методами кластерного анализа в совокупных выборках мальчиков и девочек были выявлены 3 кластера (таб.2). Кластеры отличались по наполняемости, уровню БРЧ и дисперсии данного показателя. Значение БРЧ уменьшалось от 1 к 3 кластеру. Сравнение групп мальчиков с разной БРЧ выявило достоверные отличия по 24 из 34 показателей гемодинамики и дыхания (таб. 3). Аналогичные данные получены для девочек.

Выявленные особенности автономной нервной регуляции гемодинамики и дыхания у детей с различной барорефлекторной чувствительностью демонстрируют высокую информативность данного показателя и его значимость как критерия выделения устойчивых индивидуально-типологических особенностей автономной регуляции ключевых звеньев РГДС у детей 8-11 лет.

Таблица 2

Описательные статистики для кластеров, выделенных на основе показателя барорефлекторной чувствительности (ms/mmHg)

М а л ь ч и к и 8-11 л е т					Д е в о ч к и 8-11 л е т
Клас-тер	M	σ	CV	N	Клас-тер	M	σ	CV	N
1	22,91	3,22	10,38	25	1	24,78	5,24	27,5	15
2	11,49	2,21	4,91	25	2	13,78	2,62	6,8	27
3	6,36	1,72	2,96	30	3	7,88	1,85	3,4	38

Другим критерием для дифференциации выборки на типологические группы была успешность выполнения функциональной нагрузки дыханием с навязанным ритмом. Во всех возрастных группах были выявлены дети с разной способностью удерживать навязанный ритм дыхания, причем часть таких детей (35% от общего числа испытуемых) удавалось научить за несколько циклов тренировки, тогда как другие (45%) сохраняли неспособность удерживать навязанный ритм дыхания. Только около 20% детей легко справлялись с предложенным заданием, причем все они были старше 8 лет. По-видимому, в условиях управляемого дыхания характер функционирования дыхательного звена РГДС и взаимодействие его с другими звеньями у детей 8-9 лет в значительной мере определяется уровнем созревания как автономной нервной регуляции, так и механизмов произвольной регуляции; у детей 10-11 лет и взрослых – индивидуальными особенностями, включая особенности телосложения.

Вегетативный баланс. Анализ данных по вегетативному балансу (ВБ) показал, что в каждом из звеньев РГДС наблюдаются значения, попадающие в диапазон «ваготонического», «нормотонического» и «симпатикотонического» исходного вегетативного тонуса (ИВТ) (рис.8). При этом уровень и частота встречаемости тех или иных значений показателя ВБ в спектрах вариабельности ритмов сердца, АД и дыхания значительно отличается.

Таблица 3

Показатели гемодинамики и вариабельности ритмов РГДС внутри кластеров, определенных методом К-средних на основе барорефлекторной чувствительности, рассчитанной при спонтанном барорефлексе в покое у мальчиков 8-11 лет

Показатели	1 кластер (n=25)		2 кластер (n=25)		3 кластер (n=30)		Все кластеры (n=80)
Показатели	Среднее	Сигма	Среднее	Сигма	Среднее	Сигма	Среднее	Сигма
ЧСС, уд/мин	83***	10	85***	9	95*;	11	88	12
TP, мс²	10592**;	8187	4918;**	3655	2747;*	2024	5877	6081
VLF,мс²	835***	552	649	407	493*	353	648	457
LF, мс²	1669*;	1334	1001;**	893	558;*	395	1044	1026
LF n.u.	22***	1,2	25	1,3	30*	1,5	26	1,4
HF, мс²	7273*;	635	2655;**	2559	1483;*	1535	3659	4622
HF n.u.	70*;	1,4	61*	1,7	61*	1,5	63	1,6
LF/HF	0,37	0,4	0,49	0,4	0,60	0,5	0,50	0,4
АДС, ммРт.ст	102*;	7,0	110,5*	8,0	110,4*	10,7	107,7	9,6
АДД, ммРт.ст	64,1	10,2	63,3	6,1	62,5	6,1	63,3	7,5
TP _АДС, ммРт.ст.²	20,9***	14,8	29,2***	31,1	52,9;*	30,6	35,5	30,0
TP _АДД, ммРт.ст.²	20,1***	22,5	26,2***	20,4	49,6;*	33,8	33,1	29,5
VLF_АДС, ммРт.ст.²	9,5***	8,5	12,8***	13,2	24,8;*	15,2	16,2	14,4
VLF _АДД, ммРт.ст.²	11,5***	17,0	15,1***	12,7	32,1;*	26,9	20,3	22,1
LF _АДС, ммРт.ст.²	4,2***	3,9	5,6***	4,0	14,9;*	9,5	8,6	8,2
LF _АДД, ммРт.ст.²	3,6***	3,4	5,3***	4,8	10,3;*	7,9	6,6	6,5
LF_АДС n.u.	35,1*;	14,0	45,4*	19,0	54,6*	16,1	45,6	18,2
LF_АДДn.u.	45,3***	14,4	53,0	16,1	61,0*	18,0	53,6	17,4
HF_АДС_,ммРт.ст.²	6,5***	4,1	9,8	21,7	11,0*	13,4	9,2	14,8
HF_АДД, ммРт.ст.²	4,3***	4,3	5,1	8,8	5,8*	6,6	5,1	6,7
HF _АДС,n. u.,	57,0*;	13,6	46,5;**	19,3	37,7;*	13,1	46,5	17,2
HF _АДД_,n.u.	45,8***	13,1	38,9	16,9	32,2*	15,9	38,5	16,2
LF/HF _АДС	0,8*;	0,7	1,4*	1,1	2,0*	2,1	1,4	1,6
LF/HF _АДД	1,2***	0,9	1,8	1,2	2,5*	1,6	1,9	1,4
TP _ВРД, л/мин²	253,9	184,2	299,9	159,2	340,0	195,2	300,6	182,4
VLF_ВРД, л/мин²	103,7	159,2	162,5	166,2	178,9	201,4	150,2	179,0
LF _ВРД, л/мин²	25,0	33,9	17,0	13,5	13,9	10,3	18,3	21,6
LF _ВРД_,n.u.	15,5	12,9	15,0	12,8	14,8	14,3	15,1	13,3
HF _ВРД, л/мин²	107,9	84,4	87,3	72,8	121,3	121,8	106,5	97,0
HF _ВРД_,n.u.	71,0	14,7	62,7	17,2	69,8	19,0	68,0	17,3
LF/HF _ВРД	0,25	0,25	0,26	0,24	0,27	0,31	0,26	0,27
T вдоха, с	1,76	0,95	2,55	2,09	1,72	1,29	1,99	1,54
T выдоха, с	1,99**	0,90	1,28*	0,86	1,87	1,52	1,72	1,19
V вдоха, л/м	0,21	0,10	0,20	0,08	0,21	0,08	0,21	0,09
* - статистически достоверные отличия от кластера 1; - статистически достоверные отличия от кластера 2; * - статистически достоверные отличия от кластера 3

Рис. 8. Усредненный профиль исходного вегетативного тонуса РГДС в совокупной выборке детей обоего пола 8-11 лет

В результате применения различных методов кластерного анализа, на основе данных о величине ВБ в каждом отдельном звене РГДС, были выделены группы мальчиков и девочек (кластеры), имеющие статистически значимые отличия в структуре спектров ВРС, ВРД, ВР АДС и АДД, а также в показателях ЧСС, АД и объёмно-скоростых характеристиках дыхания, в том числе и по барорефлекторной чувствительности (табл. 4).

Таблица 4

Описательные статистики «типичных» кластеров, выделенных на основе комплекса показателей ВБ в различных звеньях РГДС у мальчиков 8-11 лет

Показатели ВБ	Кластер 1			Кластер 3			Кластер 4			Кластер 5
Показатели ВБ	M	σ	CV	M	σ	CV	M	σ	CV	M	σ	CV
LF/HF_HR, ms/ms²	0,58	0,40	0,16	0,49	0,30	0,09	0,98	0,66	0,44	0,22	0,15	0,02
LF/HF_S, mmHg/mmHg²	1,61	0,52	0,27	0,89	0,53	0,28	3,69	0,93	0,86	0,57	0,31	0,10
LF/HF_D, mmHg/mmHg²	2,84	0,57	0,32	1,44	0,30	0,09	4,46	1,14	1,31	0,58	0,20	0,04
LF/HF_SP, (l/m)/(l/m)²	0,26	0,32	0,11	0,28	0,29	0,08	0,28	0,22	0,05	0,23	0,24	0,06
Доля кластера в выборке	22%			34%			12%			30%

Профили ВБ для каждого из кластеров представляют собой ломанные кривые, различающиеся конфигурацией и уровнем значений. Выделенные кластеры достоверно отличаются по 19 показателям АНС.

У одного и того же испытуемого в разных звеньях РГДС возможно разнообразное сочетание значений ВБ. Это означает, что «вегетативный статус», обычно определяемый по ВРС, может характеризовать «настройку» автономной регуляции только в отношении сердца. Для характеристики РГДС в целом, на наш взгляд, необходимо учитывать соотношение активности симпатического и парасимпатического отделов АНС в каждом из звеньев системы.

Таким образом, в качестве критериев выделения типов регуляции звеньев РГДС, могут быть использованы показатели барорефлекторной чувствительности, способности удерживать навязанный ритм дыхания и Исходного вегетативного тонуса, представляющего собой профиль ВБ 4 звеньев РГДС в покое. Это согласуется с многочисленными исследованиями, свидетельствующими в пользу существования устойчивых типов автономной нервной регуляции висцеральных функций (Баевский Р.М., Берсенева А.П., 1997; Шлык Н.И., 2004; и др.).

* * *

Усиливающаяся с возрастом структурная специфика спектров вариабельности ритмов сердца, дыхания и артериального давления, по нашему мнению, свидетельствует о формировании некоторой независимости в регуляции отдельных звеньев РГДС. В свою очередь, этот факт означает, что одной вариабельности сердечного ритма недостаточно для выявления индивидуально-типологических характеристик автономной регуляции всех структурно-функциональных компонентов этой сложноорганизованной функциональной системы. Кроме того, изменение структуры спектров с возрастом при отсутствии выраженных изменений ЧСС, АД, объемно-скоростных характеристик дыхания, как показателей, суммирующих все регуляторные влияния, показывает, что один и тот же функциональный результат может быть достигнут разными стратегиями взаимодействия регуляторных структур. Последнее утверждение иллюстрируется выявленными различиями в функционировании регуляторных структур различных звеньев РГДС в процессе выполнения нагрузок (рис. 4). Выявленные различия в структуре спектра ритмов функциональной активности звеньев РГДС в покое и при функциональных пробах требуют дальнейшего изучения природы этих ритмов и доказывают необходимость разработки специфических стандартов для оценки спектральной структуры ритмической активности каждого из звеньев РГДС.

Выявленное нами чередование периодов более жестких корреляционных связей между регуляторными структурами отдельных звеньев РГДС с периодами ослабления таковых, можно объяснить активными морфо-функциональными изменениями в каком либо из звеньев или в его регуляции, происходящими в это время. Это согласуется с данными многих исследований возрастного развития дыхания и кровообращения. Например, в возрастной динамике показателей внешнего дыхания отчетливо прослеживаются периоды ускоренных и замедленных изменений (Пешкова А.П., 1977), в том числе к таким периодам относится возраст 9-10 лет, выделяющийся и в нашем исследовании.

Вегетативные реакции отличаются большой индивидуальной вариабельностью, и отдельные индивидуумы даже при однотипном воздействии или состоянии проявляют различные вегетативные реакции, из которых складывается индивидуальный вегетативный портрет (Шидловский В.А., 1980). По-видимому, характер реакции РГДС во многом определяется взаимодействием регуляторных структур отдельных звеньев, которое в возрасте 8-11 лет проходит важную стадию формирования. Предложенные нами критерии выявления индивидуально-типологических особенностей автономной регуляции (барорефлекторная чувствительность, способность удерживать заданный ритм дыхания при проведении дыхательной пробы, 4-компонентный профиль исходного вегетативного тонуса) продемонстрировали высокую информативность и устойчивость в исследованном возрастном диапазоне.

Выводы

1. У детей в возрасте 8-11 лет, как и у взрослых, в спектре волн ритмов артериального давления и дыхания, как и в сердечном ритме, выделяются быстрые (HF), медленные (LF) и очень медленные волны (VLF). Структура спектра в каждом из звеньев РГДС имеет специфику: в спектре сердечного ритма преобладают быстрые и медленные волны; в спектре дыхания преобладают быстрые и очень медленные волны; в спектре систолического и диастолического давления – очень медленные волны. В период от 8 к 11 годам выявленная разница в структуре волновых спектров вариабельности ритма сердца, артериального давления и дыхания еще более усиливается.

2. Возрастное развитие механизмов регуляции отдельных звеньев РГДС протекает гетерохронно и гетеродинамно. Особенности вариабельности ритмов различных звеньев РГДС в покое и в процессе реагирования на различные функциональные нагрузки свидетельствуют о том, что регуляторные механизмы сердца к 8-11 годам уже в значительной мере сформированы и устойчивы. В отличие от них, в сосудистой системе и, особенно, в системе дыхания продолжаются более активные процессы созревания механизмов регуляции, что обусловливает высокую индивидуальную вариативность реакции АНС в сосудистом и дыхательном звеньях, а также усиление реактивности регуляторных механизмов в дыхательном звене в период от 9 к 10 годам.

3. Процесс возрастного развития регуляции РГДС как целостной функциональной системы характеризуется постепенным установлением взаимосвязей между регуляторными структурами отдельных ее звеньев, обеспечивающих координацию дыхания и кровообращения в процессе реагирования на возмущающие воздействия. В возрасте от 8 до 11 лет наблюдаются периоды усиления и ослабления жесткости связей, характеризующиеся также их перераспределением между звеньями, что проявляется в увеличении или уменьшении числа и изменении структуры значимых корреляционных зависимостей между спектральными показателями ВРС, ВР АД и ВРД в покое, а также в степени согласованности реакции регуляторных механизмов отдельных звеньев РГДС на функциональные нагрузки. Отмеченные изменения не совпадают по срокам у мальчиков и девочек.

4. Умственная нагрузка у детей 8-11 лет обоего пола сопровождается активизацией центрального контура регуляции АНС, в частности, его надсегментарного уровня и вызывает «напряжение» механизмов регуляции, которое проявляется в форме «отставленной» реакции, особенно у детей 8-9 лет. Половых различий в реакции регуляторных систем на умственную нагрузку не обнаружено.

5. Дыхание с навязанным ритмом 6 циклов в минуту оказывает мощное возмущающее воздействие на регуляторные механизмы всех звеньев РГДС. При этом наблюдается отчетливая депрессия волн быстрого диапазона и значительное усиление волн медленночастотного диапазона, наиболее выраженное в сердечном ритме. В условиях управляемого дыхания характер функционирования дыхательного звена РГДС и взаимодействие его с другими звеньями у детей 8-9 лет в значительной мере определяется уровнем созревания как автономной нервной регуляции, так и механизмов произвольной регуляции; у детей 10-11 лет и взрослых - индивидуальными особенностями, включая особенности телосложения.

6. В ортостатическом положении у большинства детей 8-11 лет активность автономного контура регуляции ритма сердца снижается, при этом повышается относительная доля симпатических и надсегментарных влияний. В сосудистом звене активность АНС возрастает, в основном, за счет повышения доли симпатических влияний. Реакция АНС в дыхательном звене усиливается от 8 к 11 годам и демонстрирует высокую индивидуальную вариативность.

7. Значимые различия между мальчиками и девочками по спектральным показателям вариабельности кардиоритма и ритма артериального давления появляются к 11 годам. Половые отличия, выявленные в профилях исходного вегетативного тонуса, проявляются большими симпатическими влияниями в сосудистом звене у представителей мужского пола. В дыхательном звене РГДС четкие половые различия прослеживаются уже с 8 лет, они проявляются в покое и усиливаются при дыхательной и клиноортостатической пробах.

8. Для комплексного описания исходного вегетативного тонуса РГДС предложено использовать «профиль вегетативного баланса», отражающий настройку регуляции всех важнейших звеньев РГДС и вычисляемый на основании анализа ритмов функциональной активности и оценки исходного вегетативного тонуса сердца, аппарата внешнего дыхания, сосудистого русла.

9. Для выявления индивидуально различающихся вариантов организации и выделения типологических особенностей вегетативной регуляции РГДС, наряду с исходным вегетативным тонусом могут быть использованы также показатели барорефлекторной чувствительности и способность удерживать заданный ритм дыхания при проведении дыхательной пробы. Типизация по барорефлекторной чувствительности позволяет выделить группы, наиболее сильно различающиеся по комплексу показателей функциональной активности и регуляции звеньев РГДС.

1. Список публикаций по теме диссертационного исследования

1. Кузнецова О.В. Физиолого-валеологическое сопровождение учащихся общеобразовательной школы.//Инновационная деятельность: исследования, разработки, внедрения. Материалы региональной научно-практической конференции (19 августа 1999). Часть II// - Новокузнецк: Изд. ИПК, 1999.- С. 108-112.

2. Кузнецова О.В. Изучение функционального состояния организма и адаптационных механизмов учащихся в рамках валеологичекого мониторинга.//Непрерывное образование как условие развития творческой личности. Сборник по материалам Фестиваля педагогического творчества, 28-29 августа 2000 года в г. Новокузнецке. – Новокунецк: ИПК, 2001. – С. 154-157.

3. Кузнецова О.В. Спектральный анализ некоторых параметров респираторно-гемодинамической системы у школьников 8 лет в покое.// Новые исследования -М.: Вердана, 2003, №2 (5) – С. 96-101.

4. Кузнецова О.В. Особенности вегетативной регуляции респираторно-гемодинамической системы у детей 8-11 лет. // Новые исследования -М.: Вердана, 2004, №1-2 (6-7) – С. 232-233.

5. Кузнецова О.В. Спектральный анализ вариабельности ритмов сердца, артериального давления и дыхания у девочек 8 лет в покое и при умственной нагрузке.//Актуальные проблемы охраны здоровья учащейся молодежи: Материалы международной научно-практической конференции 24-25 марта 2004г. под ред. Г.П.Золотниковой, В.Д. Симоненко – Брянск: Изд-во Брянского госуниверситета, 2004.- С. 97-99.

6. Кузнецова О.В., Сонькин В.Д. Спектральный анализ показателей респираторно-гемодинамической системы у девочек 8-11 лет в покое и при умственной нагрузке.//Рос.физиол.журн.им. И.М.Сеченова, 2004. -Т.90, №8.- С.377.

7. Кузнецова О.В.Мониторинговое исследование функционального состояния организма и адаптационных механизмов учащихся инновационных школ.// Сучаснi досягнення спортивноi медицини, лiкувальноi фiзкультури та валеологii // Х Юбiлейна мiжнародна науково-практична конференцiя. Одеса, 22-24 вересня 2004. – Одесса: Одес.держ.мед.ун-т.,2004- С.229.

8. Кузнецова О.В. Вариабельность ритмов сердца, артериального давления и дыхания у младших школьников в покое и при умственной нагрузке по данным спектрального анализа./Биологические аспекты экологии человека: Сборник Материалов Всероссийской конференции с международным участием. – Архангельск, 2004. – С. 274-276.

9. Кузнецова О.В., Сонькин В.Д. Спектральный анализ вариабельности ритмов сердца, артериального давления и дыхания у детей 8-11 лет в покое.//Физиология человека, 2005, т.31, № 1, - С.39-45.

10. Кузнецова О.В. Барорефлекторная чувствительность у здоровых детей младшего школьного возраста при спонтанном и индуцированном артериальном барорефлексе. /Медленные колебательные процессы в организме человека. Теоретические и прикладные аспекты нелинейной динамики в физиологии и медицине. Сборник научных трудов IV Всероссийского Симпозиума с международным участием и II Школы-семинара. 24-27 мая, Новокузнецк, 2005 г., -С. 146-152.

11. Кузнецова О.В. Вариабельность ритмов сердца, артериального давления и дыхания у детей 8-11 лет в покое и при функциональных нагрузках./ Научные труды I Съезда физиологов СНГ. – Под ред. Р.И. Сепиашвили. – т.1. – М.: Медицина – Здоровье, 2005. – С. 192.

12. Кузнецова О.В. Исследование барорефлекторной чувствительности у детей при спонтанном и индуцированном артериальном барорефлексе./ «Человек и его здоровье»/Сборник материалов IX Всерос. медико-биологической конференции молодых исследователей, С-ПБ, 2006г.

Tags:

: Реферат; Физиология; 28 February 2012

Срочная адаптация центральной гемодинамики и кровообращения головного мозга детей дошкольного возраста к умственной нагрузке

Tags:

Срочная адаптация центральной гемодинамики и кровообращения головного мозга детей дошкольного возраста к умственной нагрузке

Физиология

Автореферат

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Изучение адаптации человека - одно из актуальных направлений в современной физиологии. Благодаря адаптации поддерживается постоянство внутренней среды организма и осуществляется перестройка различных функций организма, обеспечивающих его приспособление к физическим, эмоциональным, умственным и другим нагрузкам. Сердечно-сосудистая система обеспечивает полноценное кровоснабжение организма ребенка в различных условиях его жизнедеятельности. Актуальным является изучение адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности. Реакция кровообращения головного мозга и центральной гемодинамики может являться объективным критерием, позволяющим оценить адаптацию центрального и периферического кровообращения к умственным, физическим нагрузкам, учебной деятельности и т.д.

Одним из важнейших направлений в изучении адаптации человека является ее онтогенетический аспект. Дошкольный возраст (5-7 лет) с физиологических позиций - один из этапов развития, от которого во многом зависит вся последующая жизнь ребёнка. В этот возрастной период происходят интенсивные морфофункциональные изменения сердечно-сосудистой системы, преобразования коры головного мозга, других отделов ЦНС, интеллектуальное и психическое развитие ребенка (Семенова Л.К., 1978; Антропова М.В., Кольцова М.М, 1988; Вартанян Л.В., 1990; Безруких М.М., Фарбер Д.А.,2000 и др.).

Интеллектуальная деятельность оказывает существенное влияние на сердечно-сосудистую систему. Имеющиеся исследования реакции кровообращения головного мозга на разные виды умственной деятельности, проведенные у школьников 8-17 лет, показали, что срочная адаптация мозгового кровообращения к умственной нагрузке характеризуется возрастанием объемного мозгового кровотока, снижением тонуса церебральных артерий малого калибра, а также разнонаправленными изменениями пульсового кровенаполнения и тонического напряжения мозговых артерий крупного калибра (Тупицын И.О., Князева М.Г., 1988; Федорова М.З., 1991; Русанов В.Б., 2001; Пономарева Т.А.,2005).

Результаты изучения влияния умственной нагрузки на центральную гемодинамику школьников разного возраста противоречивы. Согласно данным одних авторов, умственная нагрузка вызывает повышение артериального давления, частоты сердечных сокращений, сердечного выброса (Калюжная Р.А., 1973; Криволапчук И.А. 2008; Verhaaren, H.A. et al., 1994; Ribeiro M.M., et al., 2005), тогда как по данным других – снижение указанных параметров (Федорко Л.М., 1980; Федорова М.З., 1991; Потапов А.В., Васильев Ю.Б., 1998).

Исследования, в которых изучалась реакция центральной и мозговой гемодинамики на умственную нагрузку немногочисленны и проведены у взрослых людей, а также у подростков и юношей (Тупицын И.О., Безобразова В.Н., 1982; Соколов Е.В, Белова Е.И., 1983; Федорова М.З., 1991; Фёдоров Б.М., 1991). В доступной литературе отсутствуют комплексные исследования, в которых были бы представлены данные о срочной адаптации кровообращения головного мозга и центрального отдела сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности у детей дошкольного возраста.

Актуальность проведения такого исследования у детей дошкольного возраста обусловлена недостаточной изученностью физиологических механизмов обеспечения умственной деятельности, с которой ребенок сталкивается уже в дошкольном возрасте. Обучение в детских садах, прогимназиях начинается с 5 лет, а обучение в 1 классе с 6-7-летнего возраста.

Целью исследования явилось выявление закономерностей срочной адаптации центральной гемодинамики и кровообращения головного мозга к умственной нагрузке у детей дошкольного возраста.

Задачи исследования:

1. Изучить возрастную динамику показателей центрального отдела сердечно-сосудистой системы и кровообращения головного мозга у детей от 5 к 7 годам в состоянии покоя.

2. Изучить характер срочной адаптации центрального отдела сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке у детей 5-7 лет

3. Изучить характер срочной адаптации кровообращения головного мозга к умственной нагрузке у детей 5-7 лет.

4. Выявить комплекс изменений параметров кровообращения головного мозга и центральной гемодинамики, характеризующий напряжение механизмов срочной адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке.

Объект исследования

Дети 5- 7-летнего возраста

Предмет исследования

Центральная гемодинамика и кровообращение головного мозга.

Положения, выносимые на защиту

1. Адаптивная реакция мозгового кровообращения на умственную нагрузку у детей 5-7 лет реализуется по одному из трех вариантов: увеличение артериального притока лобных и затылочных областей головного мозга; перераспределение артериального притока (увеличении в одной области при снижении в другой); снижение артериального притока в указанных областях головного мозга.

2. Срочная адаптация сердечно-сосудистой системы к умственной работе у большинства детей 5-7 лет носит благоприятный характер и характеризуется возрастанием или перераспределением артериального притока лобных и затылочных областей головного мозга, существенным повышением систолического артериального давления, увеличением или снижением сердечного выброса.

3. Наблюдаемый у части детей 5-7 лет комплекс изменений параметров мозговой и центральной гемодинамики характеризуется снижением артериального притока, повышением тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра, возрастанием артериального давления, частоты сердечных сокращений, снижением сердечного выброса, а также длительным восстановительным периодом показателей центральной гемодинамики. Выявленный комплекс может быть использован в качестве критерия напряжения механизмов срочной адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке.

Научная новизна исследования

Впервые у детей дошкольного возраста проведено комплексное исследование срочной адаптации центрального отдела сердечно-сосудистой системы и кровообращения головного мозга к умственной нагрузке.

Выявлены благоприятный и неблагоприятный варианты срочной адаптации центрального отдела сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке у детей 5-7 лет. Благоприятный вариант срочной адаптации отмечался у большинства испытуемых и характеризовался возрастанием систолического артериального давления, без значительных изменений диастолического артериального давления, частоты сердечных сокращений и разнонаправленными изменениями ударного объема, а также коротким восстановительным периодом. При неблагоприятном варианте реакции (24% испытуемых) отмечалось существенное снижение ударного объема и увеличение диастолического артериального давления при возрастании систолического давления, частоты сердечных сокращений, общего и удельного периферического сосудистого сопротивления, а также длительный восстановительный период.

Срочная адаптация кровообращения головного мозга к умственной нагрузке характеризовалась у всех детей 5-7 лет снижением тонуса мозговых артерий малого калибра, а также тремя вариантами реакции артериального притока и тонуса церебральных артерий крупного и среднего калибра лобных и затылочных областей головного мозга. При первом варианте отмечалось увеличение артериального притока кровотока и снижение тонуса мозговых артерий крупного, среднего и малого калибра в указанных областях головного мозга. Второй вариант характеризовался разнонаправленными изменениями артериального притока в лобных и затылочных областях головного мозга (увеличение в одной области при снижении в другой). Повышение артериального притока сопровождалось снижением тонического напряжения мозговых артерий большого и среднего калибра соответствующей области головного мозга. Третий вариант реакции отличался снижением артериального притока и повышением тонуса крупных и средних мозговых артерий в лобных и затылочных областях головного мозга.

Впервые выявлен комплекс изменений показателей центрального отдела сердечно-сосудистой системы и кровообращения головного мозга, характеризующий напряжение адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности. Данный комплекс изменений параметров системы кровообращения заключается в снижении артериального притока и повышении тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра при существенном возрастании систолического и диастолического артериального давления, частоты сердечных сокращений, общего и удельного периферического сопротивления сосудов, снижении ударного объема, а также в длительном восстановительном периоде параметров центральной гемодинамики.

Теоретическая и практическая значимость

Полученные в настоящем исследовании данные расширяют и углубляют современные представления о механизмах адаптации центрального отдела сердечно-сосудистой системы и мозгового кровообращения к умственной деятельности.

Выявленный в настоящем исследовании комплекс изменений параметров центрального и мозгового кровообращения (артериальный приток, тонус мозговых артерий крупного и среднего калибра, систолическое и диастолическое артериальное давление, ударный объем, частота сердечных сокращений) может служить информативным показателем срочной адаптации детей дошкольного возраста к умственной работе. Результаты исследования могут быть использованы в курсе лекций по проблемам возрастной физиологии для работников образования, студентов педагогических и психологических факультетов институтов.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования были доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2008), на съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Кишинев, 2008), на всероссийской конференции «Научное наследие академика Л.А.Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции функций, физиология экстремальных состояний» (С-Пб, 2008), на международной научной конференции «Физиология развития человека» (Москва, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка использованной литературы, включающего 226 источников, в том числе 70 на иностранном языке. Диссертация содержит 21 таблицу, 5 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объект и методы исследования

В исследовании были заняты мальчики и девочки в возрасте от 5 до 7 лет, посещавшие ГОУ № 1221 и № 602 г. Москвы. Все дети, согласно данным медицинских карт, относились к I-II группам здоровья и имели физическое развитие, соответствующее возрастным нормам. Обследовано 150 детей 5-7 лет (по 25 человек на возрастно-половую группу). Исследование проводили в первой половине дня (с 9 до 13 часов), в период наибольшей активности физиологических функций. Обследование детей проводилось с письменного разрешения родителей.

Изучение кровообращения головного мозга проводили методом биполярной реоэнцефалографии, а центрального отдела сердечно-сосудистой системы - методом грудной тетраполярной реографии с помощью компьютерного 4-канального реографа «Рео-Спектр-2» фирмы НЕЙРОСОФТ (г. Иваново, Россия).

Регистрация реоэнцефалограммы (РЭГ) осуществлялась в следующих отведениях: бифронтальном (F-F₁), позволяющем судить о состоянии кровотока в лобных отделах головного мозга, снабжаемых кровью из бассейна внутренних сонных артерий и в биокципитальном (O-O₁), дающем информацию о кровообращении в затылочных областях головного мозга, снабжаемых кровью из вертебро-базиллярного бассейна. Вычислялись следующие показатели: Аарт.,ом - амплитуда артериальной составляющей реоволны, характеризующая величину пульсового кровенаполнения в исследуемой области; a/T, % - отношение длительности периода восходящей части реоволны к длительности всей реоволны, характеризующий тонус сосудов крупного и среднего калибра; di,% - дикротический индекс, характеризующий тонус сосудов малого калибра; АЧП, у.е. – амплитудно-частотный показатель, характеризующий артериальный приток в изученных отделах головного мозга.

При использовании грудной тетраполярной реографии по В. Кубичеку вычислялись следующие показатели: ударный объем (УО, мл) – количество крови, выбрасываемое сердцем во время систолы; частота сердечных сокращений (ЧСС, уд/мин) - количество ударов, совершённых сердцем за минуту; минутный объем крови (МОК, л/мин) – количество крови, выбрасываемое сердцем за минуту; ОПСС, у.е. – общее периферическое сопротивление сосудов; УПСС, у.е. – удельное периферическое сопротивление сосудов. Измерялись антропометрические показатели: длина тела (см), масса тела (кг).

Измерение артериального давления (АД) проводилось по методу Н.С. Короткова автоматическим тонометром «Microlife» (Швеция) с использованием детской манжеты. Определяли САД, мм рт.ст. – систолическое артериальное давление, ДАД, мм рт.ст. – диастолическое артериальное давление.

В качестве функциональной пробы использована умственная нагрузка – выполнение теста по фигурным корректурным таблицам в течение 5 минут. Работа с фигурными таблицами выполнялась следующим образом: ребенку давалось задание просматривать внимательно все фигуры, находить среди них три фигуры: треугольник, круг и флажок; ставить в треугольнике черточку, в круге крестик, во флажке точку. Это задание выполняли испытуемые 6-7 лет, а для детей 5 лет задание состояло в нахождении двух фигур: треугольника и круга (Параничева Т.М., 2007). Предварительно для ознакомления испытуемых с методикой выполнения задания с детьми было проведено не менее 3 тренировочных занятий. Оценка каждого выполненного задания проводилась по трем параметрам: объему работы – количеству просмотренных фигур, качеству работы – числу допущенных ошибок в пересчете на 100 просмотренных фигур (Примерная программа и методики изучения режима дня, работоспособности и состояния здоровья школьников, 1978; Параничева Т.М., 2007) и показателя продуктивности корректурной работы (ПКР), применяемого при физиолого-гигиенических исследованиях у детей разного возраста (Куинджи Н.Н., 2008). Данный показатель рассчитывали по формуле:

ПКР=А/(Б+1)х10, где А – число просмотренных фигур; Б – число стандартизированных ошибок (в пересчете на 100 фигур).

Регистрация показателей центральной гемодинамики, мозгового кровообращения и артериального давления осуществлялась в положении испытуемого сидя в состоянии покоя, на 5-й минуте функциональной пробы, на 1, 3 и 5 минутах восстановительного периода.

Статистическую обработку данных проводили с использованием компьютерного пакета программ «Statistica 6.0» и «SPSS 11.5». Достоверность различий оценивали по t-критерию Стьюдента и непараметрическому критерию Вилкоксона. В работе был применен корреляционный анализ. При корреляционном анализе учитывались достоверные значения коэффициента корреляции при r> 0,3 (р<0,05; р<0,01). Степень связи между параметрами определяли как слабую при 0,31

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Возрастные особенности центрального отдела сердечно-сосудистой системы и кровообращения головного мозга у детей 5-7 лет. Проведённое исследование показало (табл.1), что у детей от 5 к 7 годам происходит существенное возрастание УО, МОК, артериального давления (САД и ДАД), обусловленное, согласно литературным данным, усилением сократительной и насосной функции сердца, а также увеличением длины и просвета сосудов, толщины сосудистой стенки (Семёнова Л.К., 1978; Бисярина В.П. с соавт., 1986; Кмить Г.В., Рублёва Л.В., Крысюк О.Н., 2010). Возрастание АД и сердечного выброса связано с увеличением длины и массы тела детей от 5 к 7 годам, что подтверждается результатами корреляционного анализа, показавшего наличие положительных взаимосвязей антропометрических параметров с УО, МОК, САД, ДАД (r=0,42-0,56). Выявленное снижение ЧСС связано с нарастанием роли блуждающего нерва в регуляции сердечной деятельности к 7-летнему возрасту (Аршавский И.А, 1967, 1982; Бирюкович А.А.,1973; Калюжная Р.А., 1973; Гуштурова И.В., 1996 и др.).

Таблица. 1

Возрастная динамика показателей центрального отдела сердечно-сосудистой системы у детей 5-7 лет (M±m)

Возраст

показатели

САД,

мм рт.ст.

ДАД

мм рт.ст.

ЧСС,

уд/мин

УО,

Мл

МОК

л/мин

ОПСС,

у.е.

УПСС,

у.е.

91,7±

2,01

53,9±

1,12

99,8±

2,92

20,6±

0,48

2,2±

0,07

2418,6±

202,13

27,7±

1,38

97,0±

1,94

54,3±

1,36

97,7±

2,42

22,8±

0,79

2,4±

0,09

2295,5±

198,20

26,2±

1,42

100,1±

1,81^&

60,4±

1,32*^&

94,5±

1,35^&

31,9±

0,80*^&

3,1±

0,11*^&

2035,4±

228,85

21,6±

2,53

Примечания: * - достоверные погодовые различия показателей (р<0,05);

& - достоверные различия показателей между 5 и 7 годами (р<0,05)

Изучение кровообращения головного мозга показало, что у детей от 5 к 7 годам происходит существенное увеличение пульсового кровенаполнения, артериального притока, тонуса церебральных сосудов крупного и среднего калибра, а также снижение тонического напряжения церебральных артерий малого калибра в лобных и затылочных областях головного мозга (табл.2).

Таблица 2

Возрастная динамика показателей кровообращения головного мозг у детей 5-7 лет (M±m)

Возраст

Показатели

А арт,Ом

АЧП, у.е

di, %

a/Т, %

FF₁

OO₁

FF₁

OO₁

FF₁

OO₁

FF₁

OO₁

0,168±

0,005

0,130±

0,004

2,8±

0,14

2,1±

0,10

77,6±

1,11

75,8±

1,33

18,4±

0,68

18,9±

0,57

0.166±

0,005

0,132±

0,006

2,5±

0,16

2,1±

0,11

75,8±

1,51

75,6±

1,21

19,9±

0,76

18,8±

0,64

0,197±

0,007*^&

0,158±

0,006*^&

3,4±

0,12*^&

2,2±

0,14*^&

70,8±

1,24*^&

70,4±

1,38*^&

21,6±

0,51^&

22,3±

0,64^&

Примечания: * - достоверные погодовые различия показателей (р<0,05);

& - достоверные различия показателей между 5 и 7 годами (р<0,05)

Выявленное возрастное увеличение пульсового кровенаполнения и снижение тонуса мозговых артерий малого калибра соответствует данным о морфофункциональном созревании головного мозга (Бетелева Т.Г., 1983; Фарбер Д.А. с соавт., 2000; Цехмистренко Т.А. с соавт., 2000) и церебральных сосудов (Толгская М.С., 1953; Семёнова Л.К., 1954; Вартанян Л.В., 1990). Повышение тонического напряжения церебральных артерии крупного и среднего калибра связано с их возрастной структурной перестройкой, а также с изменениями параметров центральной гемодинамики (повышение АД и сердечного выброса). Корреляционный анализ показал слабые связи между параметрами мозгового кровообращения и центральной гемодинамики. Отрицательные корреляционные связи отмечены между Аарт и ЧСС (r=(-0,37) – (-0,39)), а положительные – между АЧП и УО (r=0,46-0,47) и a/Т и УО (r=0,44-0,46). Выявленные корреляции свидетельствуют об определенной зависимости тонуса крупных церебральных артерий, пульсового кровенаполнения головного мозга от центральной гемодинамики, а слабая сила связи отражает особенности ауторегуляции мозгового кровообращения.

Срочная адаптация центрального отдела сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке у детей 5-7 лет. Умственная нагрузка вызывала у детей 5-7 лет достоверное увеличение САД. Значимых изменений величин остальных исследованных параметров центральной гемодинамики не выявлено.

Поскольку УО является интегральным показателем состояния сердечно-сосудистой системы, нами был проведен индивидуальный анализ изменений данного параметра на умственную нагрузку, который показал два варианта реакции УО: его увеличение (62,0-66,0% испытуемых 5-7 лет), либо уменьшение (34,0-38,0% испытуемых 5-7 лет).

В таблице 3 приведена динамика параметров центральной гемодинамики при умственной нагрузке у детей 5 лет, относящихся к разным группам по реакции УО, как типичная для детей 5-7 лет. У детей 5-7лет, реагировавших на умственную нагрузку увеличением УО, отмечено значимое возрастание МОК, САД и снижение ОПСС и УПСС. Анализ восстановительного периода показал, что значения изученных показателей не отличались от уровня покоя у детей 5-6 лет на 3 минуте, а у 7-летних – на 1 минуте послерабочего периода. Аналогичные изменения указанных параметров центральной гемодинамики при умственной деятельности и в восстановительном периоде отмечены в исследованиях у школьников разного возраста и свидетельствуют об отсутствии значительного напряжения механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы (Федорко Л.М., 1980; Федорова М.З., 1991; Verhaaren, H.A. et al., 1994; Ribeiro M.M. et al., 2005).

Умственная нагрузка у 34,0-38,0% детей 5-7 лет сопровождалась снижением УО, повышением ДАД, а также САД, ОПСС, УПСС. Индивидуальный анализ показал, что у 12,0% испытуемых наблюдалось снижение УО, увеличение САД, ОПСС и УПСС без существенного изменения ДАД (табл.3, подгруппа А). Восстановление всех показателей происходило на 1 минуте послерабочего периода. Отмеченная динамика параметров центральной гемодинамики свидетельствует о том, что срочная адаптация к умственной деятельности не сопровождается

Таблица 3

Динамика показателей центральной гемодинамики при умственной нагрузке у детей 5 лет, относящихся к разным группам по реакции УО (M±m)

группа/подгруппа

период исследования

Показатели

САД,

мм рт.ст.

ДАД,

мм рт.ст.

ЧСС,

уд/мин

УО,

мл

МОК,

л/мин

ОПСС,

у.е

УПСС,

у.е

И.С.

90,7±

2,97

54,5±

2,17

99,6±

2,68

17,5±

1,33

1,8±

0,12

3195,5±

206,89

25,9±

1,47

У.Н.

107,6±

2,17*

56,3±

2,62

98,2±

2,79

21,9±

1,27*

2,2±

0,11*

2667,3±

162,46*

21,6±

1,17*

1 мин в.п.

94,4±

2,64

56,9±

2,17

97,0±

3,75

20,8±

1,12*

2,1±

0,11*

2643,4±

229,58*

21,8±

3,03*

3 мин в.п.

92,1±

2,43

56,4±

2,25

89,1±

2,92

18,9±

1,2.6

1,8±

0,14

3005,1±

238,18

24,8±

3,56

5 мин в.п.

90,9±

2,86

54,8±

2,23

98,7±

2,19

17,8±

1,29

1,8±

0,12

3183,5±

211,58

26,1±

1,58

И.С.

97.4±

2,18

54.3±

2,09

97.4±

2,25

23.0±

1,09

2.2±

0,14

2490.9±

185,37

24.3±

1,53

У.Н.

105.6±

2,31*

55.5±

2,12

100.1±

3,15

20.0±

1,05*

1.9±

0,12

2953.2±

206,52*

29.1±

2,98*

1 мин в.п.

98.5±

1,89

53.8±

1,78

94.0±

3,20

21.9±

1,45

2.0±

0,13

2920.9±

237,93

29,2±

2,07

3 мин в.п.

98.7±

2,08

52.3±

1,93

94.3±

3,05

22.6±

1,31

2.2±

0,12

2321.4±

220,11

26,6±

2,69

5 мин в.п.

97.8±

2,13

54.7±

2,11

96.9±

2,21

23.2±

1,17

2.2±

0,13

2485.7±

192,32

25.1±

1,56

И.С.

97,5±

2,11

55,7±

2,11

96,0±

3,41

25,5±

1,19

2,5±

0,10

2231,9±

214,70

21,2±

1,62

У.Н.

104,6±

2,16*

70,5±

2,19*

106,5±

3,23*

19,6±

0,86*

2,1±

0,11*

3432,3±

215,98*

34,5±

1,68*

1 мин в.п.

105,1±

2,07*

69,7±

2,08*

98,3±

3,00

20,9±

1,02*

2,1±

0,11*

3053,3±

242,82*

31,1±

1,62*

3 мин в.п.

93,9±

2,85

61,4±

1,33*

98,1±

3,06

21,4±

1,00*

2,0±

0,14*

2851,1±

226,28*

27,5±

1,05*

5 мин в.п.

96,7±

2,12

55,9±

1,13

96,7±

3,21

24,7±

1,24

2,5±

0,12

2243,8±

214,70

21,3±

1,52

Примечания: И.С. – исходное состояние; У.Н. – умственная нагрузка; в.п. – восстановительный период; группа 1 - дети с увеличением УО; группа 2 - дети с уменьшением УО; подгруппа А – дети без существенного изменения ДАД; подгруппа Б – дети с достоверным увеличением ДАД; * - достоверные изменения показателей по сравнению с состоянием покоя (р<0,05)

существенным напряжением механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы, что согласуется с результатами исследований, проведенных у школьников (Калюжная Р.А., 1973; Федорко Л.М., 1980; Федорова М.З., 1991).

Умственная нагрузка сопровождалась у 22,0-26,0% детей 5-7 лет снижением УО, повышением ДАД, САД, ЧСС, ОПСС, УПСС (табл.3, подгруппа Б). Кроме того, у этих детей большинство параметров достигали исходного уровня к 5 минуте восстановительного периода. Мы полагаем, что отмеченное существенное повышение АД, ЧСС, ОПСС, УПСС вызвано значительным усилением симпатических тонических влияний на сердечно-сосудистую систему при умственной деятельности (Лукьянец Г.Н., 2004; Сидоренко Г.И. с соавт, 2004; Пономарева Т.А., 2005; Крысюк О.Н., 2007; Криволапчук И.А., 2008). Указанная реакция центральной гемодинамики, по нашему мнению, свидетельствует о напряжении механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы. Это согласуется с результатами исследований, показавших, что подобная реакция сердечно-сосудистой системы при выполнении умственной работы расценивается как стрессорная (Фёдоров Б.М., 1986; Превентивная кардиология, 1987; Сидоренко Г.И. с соавт, 2004). Выявленное при умственной деятельности выраженное повышение ДАД и длительно сохраняющиеся его высокие значения в восстановительном периоде отражает устойчивое напряжение механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы при умственной нагрузке. Это соответствует результатам исследований, показавших, что подобная динамика ДАД указывает на напряжение механизмов адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности (Соколов Е.И., Белова Е.В., 1983; Бобко Н.А., 2007; Hoffman R., Al’Absi M. 2004; Hjortskov N. еt al., 2004).

Таким образом, срочная адаптация к умственной нагрузке у большинства детей 5-7 лет характеризовалась увеличением или снижением УО, возрастанием САД без значительных изменений ДАД и ЧСС и коротким восстановительным периодом, что свидетельствует об отсутствии значительного напряжения механизмов регуляции центральной гемодинамики. Срочная адаптация к умственной нагрузке проявлялась у 22,0-26,0% детей 5-7 лет снижением УО, существенным увеличением ДАД при возрастании САД и ЧСС, а также длительным восстановительным периодом большинства параметров, что указывает на значительное напряжение механизмов регуляции центрального отдела сердечно-сосудистой системы.

Срочная адаптация кровообращения головного мозга к умственной нагрузке у детей 5-7 лет. В таблице 4 приведена динамика параметров мозгового кровообращения при умственной нагрузке у детей 7 лет, как типичная для детей 5-7 лет.

Таблица 4

Результаты индивидуального анализа показателей кровообращения головного мозга при умственной нагрузке у детей 7 лет (M±m)

Вариант реакции

Период

исследования

Показатели

АЧП, у.е.

di, %

a/Т, %

Аарт,Ом

FF₁

OO₁

FF₁

OO₁

FF₁

OO₁

FF₁

OO₁

И.С.

2,8±

0,14

2,7±

0,14

85,7±

3,96

75,3±

2,17

22,2±

0,99

22,5±

1,03

0,163±

0,013

0,113±

0,012

У.Н.

3,3±

0,10*

3,3±

0,13*

71,3±

4,54*

66,7±

3,57*

18,2±

1,25*

18,7±

0,83*

0,200±

0,012*

0,160±

0,013*

1 мин. в.п.

3,1±

0,16

2,2±

0,13

83,5±

5,26

76,5±

6,17

23,1±

1,25

21,6±

1,15

0,170±

0,006

0,125±

0,015

2а

И.С.

3,0±

0,18

2,8±

0,16

75,5±

5,26

72,8±

4,63

20,5±

0,81

21,6±

1,78

0,178±

0,010

0,158±

0,012

У.Н.

3,4±

0,14*

2,2±

0,20 *

60,7±

3,96*

60,0±

6,17*

18,1±

0,75*

21,2±

1,80

0,193±

0,008

0,133±

0,014*

1 мин. в.п.

3,1±

0,19

2,5±

0,21

75,2±

3,86

67,0±

4,78

22,3±

0,73

20,6±

1,15

0,185±

0,011

0,150±

0,010

2б

И.С.

3,5±

0,11

2,3±

0,10

69,3±

1,51

77,5±

2,08

20,7±

0,78

21,0±

0,75

0,208±

0,011

0,140±

0,013

У.Н.

2,7±

0,15*

2,8±

0,13*

59,3±

2,62*

63,5±

3,00*

21,0±

0,69

18,3±

0,84*

0,163±

0,010*

0,158±

0,009

1 мин. в.п.

3,0±

0,14

2,5±

0,11

65,5±

3,14

70,0±

3,04

20,9±

0,68

20,6±

0,85

0,183±

0,015

0,143±

0,008

И.С.

3,3±

0,16

2,6±

0,12

80,0±

1,67

77,2±

2,16

19,5±

0,83

19,3±

0,86

0,213±

0,008

0,150±

0,009

У.Н.

2,5±

0,17*

1,9±

0,14*

73,2±

1,65*

65,6±

2,15*

22,4±

0,88*

22,6±

1,02*

0,168±

0,008*

0,127±

0,007*

1 мин. в.п.

2,9±

0,16

2,2±

0,14

81,5±

2,53

71,8±

3,35

18,8±

0,96

18,6±

0,80

0,208±

0,013

0,145±

0,011

Примечания: варианты реакции: 1 - увеличение АЧП в FF₁ и OO₁ отведениях РЭГ; 2а – увеличение АЧП в FF₁ и снижение в OO₁ отведениях РЭГ; 2б – снижение АЧП в FF₁ и увеличение в OO₁ отведениях РЭГ; 3 – снижение АЧП в FF₁ и в OO₁ отведениях РЭГ; * - достоверные различия показателей по сравнению с исходным состоянием (р<0,05)

Умственная нагрузка вызывала у детей 5-7 лет достоверное снижение дикротического индекса - показателя тонуса мозговых артерий малого калибра (табл.4). Выявленное при умственной нагрузке снижение тонуса мозговых артерий малого калибра лобных и затылочных областей головного мозга согласуется с результатами, полученными при изучении реакции кровообращения головного мозга на различные виды умственной деятельности у детей 6-10 лет (Князева М.Г.,1979; Безобразова В.Н., 1982; Тупицын И.О., с соавт., 2000; Пономарева Т.А., 2005). Отмеченное снижение тонуса церебральных артерий малого калибра, по-нашему мнению, является проявлением механизма ауторегуляции мозгового кровообращения, направленного на возрастание кровоснабжения головного мозга при повышении функциональной активности нервной ткани в процессе умственной деятельности.

Индивидуальный анализ динамики АЧП, характеризующего артериальный приток, показал, что у детей 5-7 лет умственная нагрузка вызывала 3 варианта реакции мозгового кровообращения (табл.4). Необходимо отметить, что уже на 1 минуте послерабочего периода величины изученных параметров мозгового кровообращения не отличались от исходных значений.

Первый вариант (41,0-49,0% детей 5-7 лет) характеризовался существенным увеличением артериального притока, снижением тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра в лобных и затылочных областях головного мозга. При втором варианте реакции (25,0-37,0% детей 5-7 лет) наблюдались разнонаправленные изменения артериального притока в лобных и затылочных областях головного мозга (увеличение в одной области при снижении в другой). Повышение артериального притока сопровождалось снижением тонического напряжения мозговых артерий большого и среднего калибра соответствующей области головного мозга. Мы полагаем, что выявленное у детей 5-7 лет перераспределение мозгового кровотока связано с индивидуальными особенностями пространственно-временной организации активности головного мозга при умственной деятельности. Полученные нами данные соответствуют результатам исследований у детей младшего школьного возраста и подростков, показавших возрастание объемного мозгового кровотока и снижение тонического напряжения церебральных артерий, а также перераспределение мозгового кровотока при различных видах умственной деятельности (Федорова М.З., 1991; Русанов В.Б., 2001; Безобразова В.Н., Догадкина С.Б., Пономарёва Т.А., 2010).

Третий вариант реакции (22,0-26,0% детей 5-7 лет) отличался снижением артериального притока, повышением тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра в лобных и затылочных областях головного мозга. Указанные изменения происходили при существенном возрастании АД и ЧСС, что дает основание расценивать возрастание тонического напряжения церебральных артерий, как проявление ауторегуляции мозгового кровообращения, направленной на поддержание постоянства мозгового кровотока при существенных изменениях центральной гемодинамики. По нашему мнению, выявленное повышение тонического напряжения церебральных артерий характеризует напряжение механизмов регуляции мозгового кровообращения при умственной деятельности, что соответствует результатам исследований, проведённых у взрослых людей и школьников (Соколов Е.В, Белова Е.И., 1983; Федорова М.З., 1991; Фёдоров Б.М., 1991; Безобразова В.Н. с соавт., 2010).

Комплексный анализ изменений параметров мозгового кровообращения и центральной гемодинамики выявил особенности срочной адаптации сердечно-сосудистой системы детей 5-7 лет к умственной нагрузке.

Большинство испытуемых (74,0-78,0% детей) реагировало на умственную нагрузку возрастанием артериального притока и снижением тонуса церебральных сосудов крупного, среднего и малого калибра в лобной и затылочной областях или перераспределением артериального притока между изученными областями головного мозга, при этом реакция центральной гемодинамики характеризовалась повышением САД, а также двумя вариантами реакции УО: увеличением сердечного выброса при снижении ОПСС и УПСС или снижением УО при увеличении ОПСС и УПСС. Указанные изменения мозгового кровообращения и центральной гемодинамики у детей 5-7 лет, по нашему мнению, свидетельствуют об отсутствии значительного напряжения механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы, что согласуется с результатами исследований, показавших, что данная реакция системы кровообращения на умственную деятельность не сопровождается существенным напряжением механизмов адаптации (Калюжная Р.А., 1973; Федорова М.З., 1991; Пономарева Т.А., 2005; Безобразова В.Н. с соавт., 2010).

Умственная нагрузка вызывала у 22,0-26,0% обследованных детей 5-7 лет уменьшение артериального притока и повышение тонуса церебральных артерий крупного и среднего калибра, а также увеличение артериального давления, ЧСС, ОПСС, УПСС, снижение сердечного выброса (рис.1). Выявленные изменения изученных параметров указывают на генерализованный характер реакции сердечно-сосудистой системы, что в условиях умственной деятельности характеризует напряжение механизмов адаптации системы кровообращения (Фёдорова М.З., 1991; Фёдоров Б.М., 1991; Шварков С.Б., 1993; Пономарева Т.А., 2005; Безобразова В.Н. с соавт., 2010). Отмеченная реакция кровообращения головного мозга и центральной гемодинамики, по-нашему мнению, обусловлена значительным усилением симпатических влияний на сердечно-сосудистую систему, что соответствует результатам изучения влияния умственной деятельности на мозговое кровообращение, центральную гемодинамику и автономную нервную систему, проведенных у детей младшего школьного возраста (Пономарева Т.А., 2005; Криволапчук И.А., 2008; Безобразова В.Н. с соавт., 2010).

Выявленные различия в характере адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке у детей 5-7 лет по нашим данным не связаны с продуктивностью выполнения тестирующего задания. Показано, что у испытуемых с благоприятной адаптацией низкий уровень ПКР отмечался в 28,4-30,9% случаев, высокий уровень ПКР – 30,2-32,1% случаев; у испытуемых с напряжением адаптации низкий уровень ПКР отмечался в 32,0-33,4% случаев, высокий уровень ПКР – в 30,0-31,2% случаев. Следовательно, количество детей с низким и высоким уровнями ПКР у испытуемых с разным характером адаптации существенно не различалось.

Рисунок 1. Динамика параметров центральной гемодинамики и мозгового кровообращения у детей 7 лет, характеризующая напряжение механизмов адаптации к умственной нагрузке. Примечания: * - достоверные отличия показателей по сравнению с исходным состоянием (р<0,05).

Мы полагаем, что напряжение механизмов адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной деятельности может быть обусловлено эмоциональным напряжением (Фёдоров Б.М., 1991; Фёдорова М.З., 1991; Криволапчук И.А., 2008; Демидов В.А. с соавт., 2008), а также недостаточной морфо-функциональной зрелостью центральных и периферических регуляторных структур нейроэндокринной системы (Шварков С.Б., 1993).

Таким образом, в результате проведенного исследования у 23-24% детей 5-7 лет установлен комплекс изменений параметров системы кровообращения, проявляющийся в снижении артериального притока, повышении тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра, существенном возрастании ДАД и САД, ЧСС, ОПСС, УПСС, снижении УО, а также в длительном восстановительном периоде большинства параметров центральной гемодинамики. Выявленный комплекс является индикатором существенного напряжения механизмов срочной адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке.

ВЫВОДЫ

1. Кровообращение центрального отдела сердечно-сосудистой системы и головного мозга в период от 5 к 7 годам претерпевает закономерные возрастные изменения. Развитие центрального отдела сердечно-сосудистой системы характеризуется возрастанием систолического и диастолического артериального давления, сердечного выброса и снижением ЧСС. Возрастные изменения кровообращения головного мозга заключаются в существенном повышении пульсового кровенаполнения, артериального притока, тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра, а также в снижении тонического напряжения церебральных артерий малого калибра.

2. Выявлено два варианта срочной адаптации центрального отдела сердечно-сосудистой системы детей 5-7 лет к умственной нагрузке. Первый вариант отмечается у большинства испытуемых и характеризуется увеличением или снижением ударного объема, возрастанием систолического артериального давления и коротким восстановительным периодом изученных показателей. При втором варианте реакции отмечается снижение ударного объема и существенное увеличение диастолического артериального давления при возрастании систолического артериального давления и частоты сердечных сокращений, а также длительный восстановительный период большинства параметров.

3. Срочная адаптация мозгового кровообращения к умственной нагрузке у детей 5-7 лет проявляется в трех вариантах. Первый вариант характеризуется существенным увеличением кровотока, снижением тонуса мозговых артерий крупного, среднего и малого калибра в лобных и затылочных областях головного мозга. Второй вариант реакции отличается разнонаправленными изменениями кровотока в лобных и затылочных областях головного мозга (увеличение в одной области при снижении в другой). Увеличение кровотока сопровождается снижением тонического напряжения мозговых артерий большого, среднего, малого калибра соответствующей области головного мозга. Третий вариант реакции характеризуется снижением артериального притока и повышением тонуса крупных и средних мозговых артерий в лобных и затылочных областях головного мозга. У всех детей 5-7 лет умственная нагрузка вызывает снижение тонуса церебральных артерий малого калибра, вызванное повышением функциональной активности головного мозга.

4. Комплексный анализ динамики параметров центральной гемодинамики и мозгового кровообращения показал, что у большинства детей 5-7 лет умственная нагрузка не сопровождается напряжением механизмов регуляции сердечно-сосудистой системы. Наблюдается возрастание артериального притока и снижение тонуса церебральных сосудов крупного, среднего и малого калибра в лобной и затылочной областях или перераспределение артериального притока между изученными областями головного мозга, а также повышение систолического артериального давления независимо от направленности изменений ударного объема.

5. Выявлен комплекс изменений параметров мозговой и центральной гемодинамики, отражающий существенное напряжение механизмов срочной адаптации сердечно-сосудистой системы к умственной нагрузке. Указанный комплекс характеризуется снижением артериального притока, повышением тонуса мозговых артерий крупного и среднего калибра, существенным снижением ударного объема, возрастанием диастолического и систолического артериального давления, частоты сердечных сокращений, а также длительным восстановительным периодом большинства параметров центральной гемодинамики.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Безобразова В.Н., Зиненко Е.С. Функциональное состояние кровообращения головного мозга детей 5-летнего возраста/ В.Н. Безобразова, Е.С. Зиненко// Новые исследования.- 2008.- №2.- С.22-27

2. Зиненко Е.С. Адаптация системы кровообращения детей дошкольного возраста к различным нагрузкам/ В.Н. Безобразова, С.Б. Догадкина, Г.В. Кмить, Л.В. Рублева, А.Н. Шарапов, Н.Н. Шаров, Е.С. Зиненко// Материалы II Международ. научн.-практ. конф. «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды».-Челябинск, 6-8 октября 2008.-С.123-127

3. Зиненко Е.С. Реакция центрального отдела сердечно-сосудистой системы на умственную нагрузку у детей 5-6 лет/Е.С. Зиненко// Материалы II съезда физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека».- Кишинев, 29-31 октября 2008.-С. 133

4. Зиненко Е.С. Соматические и вегетативные компоненты физиологической адаптации организма младших школьников/ Л.В. Рублева, В.Н. Безобразова, Г.В. Кмить, С.Б. Догадкина, Е.С. Зиненко// Материалы Всеросс. конф. «Научное наследие академика Л.А.Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции функций, физиология экстремальных состояний».- СПб, 19-20 ноября 2008.- С.221

5. Зиненко Е.С. Возрастные особенности центрального отдела сердечно-сосудистой системы детей 5-7 лет/ Е.С. Зиненко// Материалы международной научной конференции «Физиология развития человека».- М., 22-24 июня 2009.- С. 60-61

6. Зиненко Е.С. Кровообращение головного мозга детей дошкольного возраста/ В.Н. Безобразова, Е.С. Зиненко// Материалы международной научной конференции «Физиология развития человека».- М, 22-24 июня 2009.- С. 18-19

7. Зиненко Е.С. Срочная адаптация сердечно-сосудистой системы детей 5-7 лет к умственной нагрузке/ А.Н. Шарапов, В.Н. Безобразова, Е.С. Зиненко, Г.В. Кмить // Физиология человека, 2010.- Т. 36.- № 3.- С. 74-81

Tags:

Учись Учиться

Физиология

Респираторно-гемодинамическая функциональная система

Цель исследования:

Задачи:

Научная новизна исследования

Научно-теоретическая и практическая значимость

Положения, выносимые на защиту

Структура и объем диссертации

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Таблица 1

Таблица 2

М а л ь ч и к и 8-11 л е т

Д е в о ч к и 8-11 л е т

Срочная адаптация центральной гемодинамики и кровообращения головного мозга детей дошкольного возраста к умственной нагрузке

ВЫВОДЫ

Недавно добавили

Самое читаемое

Последние новости

Сейчас читают