Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

THE ROLE OF SEROTONIN IN THE NEUROVEGETATIVE PARAMETERS CHANGES AT HEART RATE VARIABILITY BIOFEEDBACK IN PERSONS WITH VARIOUS LEVELS OF BLOOD PRESSURE

Poskotinova L.V. 1, 2 Khasanova N.M. 3 Dieva M.N. 4 Krivonogova E.V. 1, 2 Demin D.B. 1, 2 Stavinskaya O.A. 1 Yakushkina S.N. 1
1 The Institute of Environmental Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
2 Institute of Medical and Biological Research of Northern Arctic Federal University named after M.V.Lomonosov
3 Northern State Medical University
4 Arkhangelsk City Out-patients’ Clinic № 2, Arkhangelsk
Целью исследования явилось изучение роли серотонина в изменении параметров кардиоритмограммы и электроэнцефалограммы у лиц 30-53 лет с различным уровнем артериального давления при однократном сеансе биоуправления с использованием биологической обратной связи с целью усиления вагусных влияний на биоритмику сердца. Установлено, что первые признаки артериальной гипертензии сопровождаются снижением эффективности управляемой саморегуляции параметрами ритма сердца. Степень повышения вагусной реактивности при биоуправлении напрямую зависит от уровня серотонина в сыворотке крови у мужчин c оптимальным артериальным давлением. Снижение сывороточного уровня серотонина и мощности биоэлектрической активности головного мозга преимущественно в альфа-диапазоне и в левой гемисфере могут указать в первую очередь на психонейрогенный механизм формирования артериальной гипертензии, прежде всего у мужчин.
The aim of the study was to investigate the role of serum serotonin in the change of the cardiorhythmogram and electroencephalogram parameters in patients 30-53 years with various levels of blood pressure after a single session of heart rate variability biofeedback using to enhance vagal influences on heart rhythm. There is founded that the first signs of hypertension accompanied by a controlled reduction in the efficiency of self-regulation of heart rate parameters. The degree of vagal reactivity increase in biofeedback session depends on the level of serum serotonin in men with normal arterial pressure. Decrease in serum serotonin levels and power of brain bioelectric activity mainly in the α-range and in the left hemisphere may indicate primarily on psychoneurogenic mechanism of hypertension, especially in men.
hypertension
serotonin
heart rate variability biofeedback parameters
electroencephalogram
1. Analiz variabel'nosti serdechnogo ritma pri ispol'zovanii razlichnykh elektrokardiograficheskikh sistem (metodicheskie rekomendatsii). R.M. Baevskiy, G.G. Ivanov, L.V. Chireykin i dr. - Vestnik aritmologii, 2001, no. 24, pp. 65-87.
2. Gavrilov S.S., Kulinskiy V.I. Uvelicheniye serotoninom i 5-metoksitriptaminom tolerantnosti k globalnoy ishemii golovnogo mozga. - Eksperimental'naya i klinicheskaya farmakologiya, 2007, no. 6, pp. 17-18.
3. Izzati-Zade K.F., Basha A.V., Demchuk N.D. Narusheniya obmena serotonina v patogeneze zabolevaniy nervnoy sistemy - Zhurnal nevrologii i psikhiatrii im. S.S. Korsakova, 2004, no.9, pp. 62-70.
4. Karakulova Y.V., Shutov A.A. Serotonin syvorotki krovi pri golovnykh bolyakh napryazheniya - Klinicheskaya meditsina, 2005, no.6, pp. 55-58.
5. Krivonogova E.V., Poskotinova L.V., Demin D.B. Sravnitel'ny analiz struktury EEG i parametrov variabel'nosti serdechnogo ritma pri BOS-treninge v zavisimosti ot urovnya serotonina v syvorotke krovi devushek 15-17 let - Byulleten' sibirskoy meditsiny, 2011, T. 10, no. 4, pp. 21-26.
6. Latash L.P. Gipotalamus, prisposobitel'naya aktivnost' i elektroentsefalogramma. M.: Nauka, 1968, 295 p.
7. Poskotinova L.V., Semenov Yu.N. Sposob korrektsii vegetativnyh disbalansov s pomosch'yu kompleksa dlya obrabotki kardiointervalogramm i analiza variabel'nosti serdechnogo ritma «Varikard 2.51», rabotayuschego pod upravleniem komp'yuternoy programmy ISCIM 6.1 (BUILD 2.8), s ispol'zovaniem biologicheskoy obratnoy svyazi. Patent Rossii 2317771. Byul. № 6.
8. Rasprostranennost' i dinamika zabolevayemosti, smertnosti, letal'nosti pri ostrykh tserebrovaskulyarnykh zabolevaniyakh u zhiteley Arkhangel'ska. V.V. Popov, N.M. Khasanova, E.E. Sharashova, A.V. Kudryavtsev - Ekologiya cheloveka, 2011, no.7, pp. 48-54.

Определение этио-патогенетических факторов, способствующих развитию артериальной гипертензии у лиц активного трудоспособного возраста, остается важной проблемой, как для врачей общей практики, так и для специалистов, работающих в сфере медико-психологической помощи населению. Известно, что дисбаланс содержания серотонина в крови вызывает значительные колебания сосудистого тонуса, нейрональной активности, психоэмоционального статуса [2, 3, 4]. Установлено, что оптимальные уровни серотонина способствуют более адекватной реактивности структур головного мозга у молодых здоровых лиц при управляемом повышении вагусных влияний на ритм сердца [5]. Таким образом, целью исследования явилось изучение возможной роли серотонина в изменении параметров кардиоритмограммы и электроэнцефалограммы у лиц с различным уровнем артериального давления при однократном сеансе биоуправления с использованием биологической обратной связи (БОС) с целью усиления вагусных влияний на биоритмику сердца.

Материалы и методы исследования

В рамках диспансерного наблюдения обследовали 53 человека 30-53 лет с артериальным давлением (АД) не выше 140/90 мм рт.ст. - I группа (11 мужчин и 22 женщины) и с систолическим АД выше 140 мм рт. или диастолическим АД выше 90 мм рт.ст. - II группа (10 мужчин и 10 женщин). Лица I группы являлись практически здоровыми; лица II группы не имели признаков поражения органов-мишеней, не принимали гипотензивных препаратов. Группы по возрасту были статистически идентичными. Утром натощак производили забор крови из локтевой вены для определения в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа уровня серотонина (DRG, Германия). Далее в положении сидя проводили регистрацию показателей электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с помощью прибора «Энцефалан-131-03» («Медиком МТД», г. Таганрог) по схеме 16 отведений в полосе частот 1-30 Гц монополярно с ушными референтными электродами (А1 слева, А2 справа) - фон с закрытыми глазами, реакция активации, фотостимуляция в полосе 4-22 Гц. Учитывали в безартефактных записях абсолютную спектральную мощность биоэлектрической активности мозга в мкВ2 в затылочных (О1 О2) и фронтальных (F3 F4) областях в α-диапазоне (8-13 Гц), θ-диапазоне (4-7 Гц) и β1-диапазоне (14-24 Гц). Изменения дельта-активности (1-4 Гц) не рассматривались, так как дельта-волны были единичными, не превышающими амплитуды доминирующей активности головного мозга. Параллельно регистрировали показатели вариабельности сердечного ритма (ВСР) с помощью прибора «Варикард» (ООО «Рамена», г.Рязань) - суммарная мощность спектра ВСР (TP - total power, мс2) и индекс напряжения регуляторных систем (ИН, усл. ед.) [1]. Показатели систолического (САД) и диастолического (ДАД) артериального давления регистрировали с помощью прибора A&D (Япония). Параметры ВСР и АД учитывали в покое, в ходе сеанса биоуправления с целью усиления суммарной мощности спектра (ТР - total power, мс2) и после сеанса БОС (пробы по 5 минут). Сеанс биоуправления считали успешным в случае управляемого повышения показателя ТР и снижения ИН [7]. Показатели ЭЭГ учитывали в покое и после сеанса БОС. Статистическую обработку полученных результатов проводили непараметрическими методами с помощью компьютерного пакета программ Statistica 5.5 («StatSoft», США). Учитывали медиану (Ме) и межквартильный размах при 25 и 75% уровнях значений выборки. Для проверки статистической гипотезы межгрупповой разности использовали критерий Вилкоксона для двух зависимых выборок и критерий Манна-Уитни для двух независимых выборок (p < 0,05), критерий χ-квадрат при ранговом дисперсионном анализе (df = 2, p < 0,05) и ранговый коэффициент корреляции Спирмена (p < 0,05).

Результаты исследования и их обсуждение

Установлено, что в отличие от показателей АД, исходные показатели ВСР как у мужчин, так и у женщин в I и II группах не имели статистически значимых различий (табл. 1). При этом у лиц I группы в ходе сеанса биоуправления значимо увеличился показатель ТР, у мужчин - снизился индекс напряжения (ИН), а у женщин снизилось систолическое АД. У лиц II группы сеанс у большинства лиц был неуспешным, т.е. не произошло значимого увеличения показателя ТР и снижения ИН.

Уровень серотонина в крови был в пределах нормы согласно инструкции набора у всех обследованных людей, однако у лиц II группы был ниже, чем у лиц I группы, особенно у мужчин. Выявлена значимая корреляционная связь уровня серотонина с приростом показателя ТР у мужчин I группы (r = 0,67, p = 0,025). Эти данные отражают механизм тесной связи парасимпатической и серотонинергической систем [цит. по 3].

Значения спектральной мощности ЭЭГ у людей независимо от их исходного уровня АД имели широкие диапазоны колебаний, что не позволило выявить общегрупповых различий ни в фоне, ни после проведения сеанса БОС. Однако у мужчин II группы выявлены значимые корреляционные взаимосвязи уровня серотонина в крови и мощности ЭЭГ левой гемисферы в α-диапазоне (F3А1 - r = 0,77; p = 0,009) ; в θ-диапазоне (О1А1 - r = 0,72; p = 0,019) и в β1-диапазоне (О1А1 - r = 0,81; p = 0,004; F3А1 - r = 0,78; p = 0,007).

С целью снижения диапазона внутригрупповых колебаний мощности ЭЭГ решено рассмотреть группы с учетом только тех лиц, у которых наблюдали устойчивый паттерн ЭЭГ при фотостимуляции - без реакций усвоения ритма в низко- и высокочастотных диапазонах (табл. 2).

В I группе таких было 18 человек, во II группе - 12 человек. Использование рангового критерия χ-квадрата позволило определить, что процентные доли мужчин и женщин в группах были статистически одинаковыми. Установлено, что у лиц II группы на фоне более высоких значений АД выявлены более низкие уровни серотонина, α-активности всех рассмотренных областей мозга, а также β1-активности в затылочной области справа. При этом у мужчин II группы снижение мощности α- активности в левой лобной области наиболее значимо связано со снижением уровня серотонина (F3 - r = 0,82, р = 0,023). Снижение активности серотонинергической системы может способствовать активизации норадренергических структур и, как следствие, усилению восходящих активирующих влияний ретикулярных структур на кору головного мозга [6]. Поэтому снижение мощности основного ритма (α-активности) может свидетельствовать о выраженной его десинхронизации. Однако данное снижение мощности ЭЭГ может быть и следствием снижения биоэлектрогенеза мозговой ткани на фоне локальных изменений мозгового кровообращения и метаболизма нервной ткани [2]. В таком случае данные признаки могут быть предикторами ишемических повреждений головного мозга уже на ранних стадиях формирования гипертонической болезни [8].

Таблица 1

Показатели АД и ВСР при биоуправлении параметрами ВСР и уровень серотонина у людей с различным уровнем АД (Me (25;75))

 

I группа

II группа

 

фон

БОС

после БОС

фон

БОС

после БОС

Мужчины

n = 11 n = 10

Серотонин, нг/мл

277,80 (242,9; 311,7)

236,35 (213,60; 244,20) ##

САД, мм рт. ст.

119,0

(111,0; 122,0)

118,5

(112,0; 127,0)

115,0

(110,0; 121,0)

139,0 ###

(132,0; 148,0)

141,0 ##

(122,0; 146,0)

137,5 ###

(131,0; 147,0)

ДАД, мм рт. ст.

82,0

(75,0; 84,0)

81,0

(75,0; 83,0)

80,0

(78,0; 82,0)

94,0 ###

(90,0; 99,0)

91,0 ##

(85,0; 105,0)

91,5 ###

(90,0; 98,0)

ЧСС, уд./мин

71,6

(66,9; 75,9)

73,4

(68,9; 76,4)

71,2

(70,2; 75,6)

72,50

(62,11; 76,37)

70,29

(63,10; 76,58)

68,74

(63,95; 79,73)

ИН, усл. ед.

90,38

(65,86; 173,52)

65,65 *

(53,04; 113,59)

86,24

(69,25; 148,40)

100,25

(56,07; 244,92)

75,99

(44,12; 156,99)

143,70

(125,71; 196,41)

ТР*1000, мс2

1,68

(1,04; 2,49)

3,67 **

(2,37; 5,22)

2,19

(1,30; 2,67)

1,98

(0,81; 3,15)

2,52

(1,74; 3,43)

1,16

(0,75; 1,56)

Женщины

n = 22 n = 10

Серотонин

283,15 (257,30; 308,90)

243,95 (217,95; 300,20)

САД

117,5

(108,0; 124,0)

111,5**

(102,0; 116,0)

106,0 *

(103,0; 119,0)

135,0 ###

(126,0; 141,5)

133,5 ##

(119,5; 139,0)

127,0 ##

(120,0; 136,5)

ДАД

81,5

(77,0; 85,0)

77,5

(75,0; 85,0)

78,0

(75,0; 85,0)

95,0 ###

(94,0; 100,0)

93,5 ###

(90,5; 97,5)

97,5 ###

(93,5; 100,0)

ЧСС, уд./мин

77,28

(73,46; 84,18)

75,55 *

(72,57; 81,02)

76,03 **

(72,70; 81,28)

74,00

(72,85; 90,30)

71,42 *

(69,97; 83,58)

72,71

(68,88; 80,03)

ИН, усл. ед.

125,86

(87,08; 217,68)

99,68

(60,83; 170,17)

191,21

(136,96; 275,38)

193,24

(97,09; 248,67)

145,38

(109,62; 192,30)

155,48

(132,91; 267,29)

ТР, мс2

1,35

(0,88; 1,86)

2,28 ***

(1,94; 4,50)

1,06

(0,67; 1,94)

1,31

(0,97; 2,13)

1,34

(1,08; 2,27)

1,16

(0,82; 1,42)

Примечание: ## - p < 0,01; ### - p < 0,001 между I и II группами; * - p < 0,05; ** - p < 0,01; *** - p < 0,001 между фоном и пробами в группе.

Таблица 2

Фоновые показатели АД, ВСР и ЭЭГ (устойчивый ЭЭГ-паттерн при фотостимуляции) у людей с различным уровнем АД (Me (25;75))

 

I группа, n = 18

II группа, n = 12

1

2

3

Возраст, лет

38,0 (36,0; 41,0)

40,0 (36,0; 47,5)

Серотонин, нг/мл

271,95 (242,90; 301,40)

229,1 (215,5; 247,1) #

САД, мм рт. ст.

119,5 (115,0; 123,0)

139,0 (130,0; 147,0) #

ДАД, мм рт. ст.

81,5 (77,0; 84,5)

94,5 (94,0; 100,5) ###

ЧСС, уд./мин

71,0 (69,0; 80,0)

70,5 (64,0; 80,5)

ТР*1000, мс2

2,15 (1,39; 3,33)

1,63 (1,08; 2,52)

ИН, усл. ед.

125,8 (84,5; 282,6)

157,8 (80,1; 254,6)

О2А2-α, мкВ2

114,0 (74,8; 222,6)

55,1 (14,6; 129,1) #

О1А1-α, мкВ2

118,6 (80,2; 182,0)

55,8 (13,8; 106,2) #

F4A2-α, мкВ2

35,9 (26,6; 71,4)

12,5 (10,4; 34,4) #

F3A1-α, мкВ2

33,2 (26,1; 61,0)

12,3 (10,2; 19,9) #

О2А2-θ, мкВ2

12,0 (10,2; 18,2)

11,9 (5,6; 14,6)

О1А1-θ, мкВ2

13,1 (8,1; 18,9)

7,8 (5,7; 13,0)

1

2

3

F4A2-θ, мкВ2

14,5 (12,0; 18,2)

12,4 (9,7; 19,2)

F3A1-θ, мкВ2

13,9 (10,8; 20,1)

12,3 (10,2; 19,9)

О2А2-β1, мкВ2

21,0 (14,4; 32,5)

13,3 (11,4; 19,4) #

О1А1-β1, мкВ2

17,8 (12,0; 32,2)

12,9 (7,6; 15,7)

F4A2-β1, мкВ2

14,2 (11,0; 20,4)

10,6 (7,7; 15,7)

F3A1-β1, мкВ2

14,2 (9,6; 20,8)

9,5 (6,6; 12,1)

Примечание: # - p < 0,05; ## - p < 0,01; ### - p < 0,001 между I и II группами.

Заключение

Таким образом, первые признаки артериальной гипертензии сопровождаются нарушением согласования афферетных и эфферентных путей сосудистой регуляции с участием центров высшей нервной деятельности и серотонинергической системы, что отражается в низкой эффективности управляемой саморегуляции параметрами ритма сердца. Снижение сывороточного уровня серотонина в сочетании со снижением мощности биоэлектрической активности головного мозга могут указать в первую очередь на психонейрогенный механизм формирования артериальной гипертензии, прежде всего у мужчин. Полученные результаты могут быть использованы при выборе антигипертензивных и нейропротекторных препаратов в пользу селективных ингибиторов обратного захвата серотонина.

Работа поддержана грантом Президиума УрО РАН «Фундаментальные науки ‒ медицине» №12-П-4-1038.

Рецензенты:

  • Грибанов А.В., д.м.н., профессор, директор Института медико-биологических исследований Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, г. Архангельск;
  • Бебякова Н.А., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой медицинской биологии и генетики Северного государственного медицинского университета, г. Архангельск.

Работа поступила в редакцию 10.09.2012.