Важнейшими характеристиками функционирования организма на всех этапах его жизни являются не только определенный результат физиологически и социально целесообразной деятельности, но и динамика широкого спектра показателей различных физиологических систем человеческого организма. В спектре используемых показателей для оценки функционального состояния организма в настоящее время отмечается растущий интерес к изучению вариабельности сердечного ритма (ВСР). Как известно, ВСР рассматривается как мера влияния на сердце вегетативной нервной системы (ВНС). При этом возникает вопрос о связи между ВНС и частотой сердечного сокращения (ЧСС). ЧСС в каждый конкретный момент времени определяется балансом между активностью вагуса, который замедляет этот ритм, и симпатической активностью, которая ускоряет этот ритм [1].
По мере накопления научных данных стало ясно, что изучение ВСР необходимо не только для индивидуальной, но и для популяционной оценки [1, 6]. Понимание связи между показателями ВСР и факторами риска на уровне практически здоровой популяции требует ответа на вопрос о том, как ЧСС и ВСР связаны с возрастом и полом, как ЧСС и ВСР соотносятся с поведенческими социальными и психосоциальными факторами и насколько факторы окружающей среды могут менять характер ВСР.
Возраст и показатели вариабельности сердечного ритма. В ходе онтогенетического исследования с применением функциональных тестов было показано, что в онтогенезе системы регуляции сердечного ритма можно выделить несколько периодов: до 13-14 лет происходит активное созревание механизмов регуляции сердечного ритма, что проявляется в достижении к этому возрасту показателей, характерных для взрослых людей. В последующий период (15-16 лет) процессы развития резко замедляются, хотя реакция на функциональные тесты всё ещё отличается от таковой у взрослого человека [2].
В более старших возрастных группах отдельными авторами не было найдено связей между ЧСС и возрастом [3, 19, 43]. В других работах такая определенная ассоциация между ЧСС и возрастом была обнаружена [32, 39, 41, 43]. При сопоставлении ВСР мужчин в возрасте 26-43 лет с мужчинами в возрасте 64-76 лет было установлено, что в более старшей возрастной группе значения ЧСС были выше, чем в более молодой когорте [39]. Рядом исследователей установлено, ЧСС отрицательно связана с возрастом женщин [32]. Возраст является главным детерминантом снижения уровня показателей ВСР, обусловливая 22-39 % вариабельности показателей SDNN (среднее квадратическое отклонение величин RR-интервалов, отражающее суммарный эффект вегетативной регуляции сердца), мощности LF (показатель, отражающий симпатическую и парасимпатическую модуляцию сердечного ритма) и HF (показатель дыхательных, парасимпатических модуляций ритма сердца) [41]. Аналогичные результаты по характеру снижения ВСР с возрастом приведены в работе других авторов [19, 43]. Было отмечено, что SDNN постепенно снижается с возрастом, достигая к 90 годам 60 % от исходного значения. HF снижается, начиная с 20 лет, в то время как снижение LF не наблюдается до сорокалетнего возраста. Влияние возраста на отношение LF/HF (индекс вегетативного баланса) не столь однозначно. В ряде исследований не было выявлено связей между возрастом и этим показателем [3, 25, 26]. Другие авторы отмечают уменьшение соотношения LF/HF с возрастом [21, 35]. Выраженность данного снижения, оцененная с помощью математической модели, составляла около 15 % мощности HF и LF на каждые 10 лет увеличения возраста [28].
Кроме того, было показано, что нелинейные показатели ВСР (аппроксимированная энтропия, константа Ляпунова) коррелируют с возрастом - по мере старения нелинейная вариабельность сердечного ритма уменьшается [5, 30]. Материалы изучения 15 пожилых людей (средний возраст в начале исследования - 70 лет) в течение 15 лет, сообщают о значительном повышении ЧСС и значительном уменьшении SDNN, мощности LF и отношения LF/HF. При этом не было обнаружено существенного изменения спектральной мощности компонента HF с возрастом [40]. Эти данные, в целом, согласуются с теми, которые были получены в ходе поперечных исследований, но для более точной оценки возрастных изменений ВСР необходимо проведение продольных исследований.
Пол и вариабельность сердечного ритма. Женщины имеют более высокую частоту сердечных сокращений, чем мужчины, особенно в молодые года [17. 39, 32, 38]. Различие между полами в возрасте 10-29 лет по ЧСС было оценено в пределах 5-7 ударов в минуту. Начиная с 30 лет, половые различия ослабевают, а с 40-50 лет нивелируются [32, 43]. Значение показателя SDNN значительно ниже у женщин, чем у мужчин, хотя это половое различие уменьшается в пожилом возрасте. Сравнение результатов исследования мужчин и женщин в возрасте от 26 до 76 лет показало, что в возрасте от 26-43 лет среднее дневное значение SDNN у мужчин составляет 153 ± 51 мс и у женщин 97 ± 24 мс. Эти авторы не обнаружили значимых половых различий по данному показателю и в возрастной группе 64-76 лет. Женщины обычно имеют более низкое значение LF и более высокое значение HF, чем мужчины. Данные о влиянии пола на отношение LF/HF противоречивы. Исследования в рамках проекта «Риск атеросклероза в общинах» (ARIC) установили, что женщины среднего возраста имеют значение геометрической средней мощности LF 3,12 мс2, по сравнению с аналогичным показателем у мужчин на уровне 4,10 мс2 (p < 0,01, скорректировано по возрасту и этнической принадлежности) [21]. Аналогичные данные были получены и другими авторами, показавшими, что у женщин наблюдается сдвиг в сторону преобладания парасимпатической регуляции сердечного ритма. В то же время в литературе имеются и противоположные данные о половых различиях по показателям ВСР [33]. Таким образом, из приведенных литературных данных следует, что по показателям ВСР существует определенное половое различие, которое с возрастом уменьшается.
Значение поведенческих и психосоциальных факторов для вариабельности ритма сердца. Было показано, что регулярная физическая активность связана с понижением ЧСС и увеличением ВСР. Также отмечено, что у людей с сидячим образом жизни среднее значение мощности LF составило 286,3 мс2, а у тех, у кого имели место некоторые формы физической активности, среднее значение мощности LF составило 382,4 мс2 (р = 0,03). В то же время не было обнаружено связи между HF и активным образом жизни [16, 28].
Исследования, проведённые с участием 14 здоровых молодых мужчин, показали, что физические тренировки, связанные со статическим напряжением, проводимые в течение 4-х недель, сопровождаются повышением значений нелинейных показателей ВСР. Другие показатели ВСР не изменялись. Указанные сдвиги быстро исчезали после прекращения тренировок. В качестве возможного механизма изменения ВСР при тренировках можно рассматривать повышение потребности организма в кислороде [31].
Одной из наиболее значимых для функционального состояния организма индивидуальных черт поведения является курение. Курение безоговорочно связано с повышением ЧСС [14]. Согласно литературным данным [13], среднее значение ЧСС на 2,9 уд./мин было выше у курящих мужчин и на 1,4 уд./мин выше у курящих женщин, чем среди тех, кто никогда не курил, или у бывших курильщиков (скорректированное р < 0,01). В этом исследовании было показано, что ЧСС также положительно коррелирует с числом сигарет, выкуриваемых в течение дня. Показатели временной и частотной области ВСР уменьшаются при курении [28]. Было обнаружено, что не только активное, но и пассивное курение приводит к снижению вариабельности сердечного ритма [10].
Другой важной социальной, медицинской и поведенческой проблемой является потребление алкоголя. Связь между потреблением алкоголя, с одной стороны, ЧСС и ВСР, с другой стороны, является более сложной. Отдельные авторы отмечают, что алкоголь не влияет на ЧСС [9, 12]. Другими же авторами подчеркивается, что алкоголь как при обычном потреблении, так и при потреблении в экспериментальных условиях, обусловливает увеличение ЧСС. Проведенный эксперимент с участием 16 здоровых добровольцев, у которых через 45 минут после введения дозы алкоголя (1 г на 1 кг массы тела) измерялось ЧСС, показал, что происходит увеличение ЧСС в среднем с 59 до 65 уд./мин [45].
Влияние социальных и психосоциальных факторов на вариабельность сердечного ритма. В ряде работ сообщается о связи между показателями ЧСС, ВСР и социальным положением (однако ни в одной из этих работ данная проблема не рассматривалась как основная). По результатам исследования 33781 человека сообщается, что уровень образования имеет обратную связь с ЧСС как у мужчин, так и у женщин в возрасте 18-59 лет (нескорректированное р < 0,01) [14]. Приводятся данные о том, что повышенная ЧСС была характерна для тех людей, чей семейный доход составлял меньше 4000 $ [13]. В других исследованиях не было обнаружено повышения ЧСС в зависимости от образования или социального класса [13, 27]. Имеется также сообщение, что большая доля людей с высокой мощностью LF была характерна для группы тех людей, которые имели, по меньшей мере, полное среднее образование [27].
Исследования влияния психосоциальных факторов на ЧСС и ВСР уделяют основное внимание действию кратковременных острых стрессоров (публичные выступления или факторы, вызывающие гнев и ярость), хронические воздействия (нарушения, сопровождаемые тревожностью, стресс на работе и типы личности). Показано, что при воздействии неблагоприятных психосоциальных факторов ЧСС может как увеличиваться [36], так и существенно не изменяться [22]. При анализе эффекта от воздействия стрессорного фактора реальной жизни (студенты организовывали презентацию в присутствии критически настроенной аудитории и без неё) обнаружен более высокий уровень LF и меньший уровень HF в условиях наличия аудито- рии [8]. В популяционных исследованиях выборок здоровых женщин было установлено, что социальная изоляция была связана с низким уровнем ВСР (SDNN, LF, LF/HF), а неспособность выразить свою тревогу путем беседы с другими людьми была связана с уменьшением SDNN и мощности LF (все данные были скорректированы по возрасту, наличию менструаций (менопаузы), характеру физической активности, курению, наличию гипертензии в анамнезе и индексу массы тела) [16].
Воздействие неблагоприятных антропогенных факторов окружающей среды на организм и вариабельность сердечного ритма. Исследование, проведённое в Пекине, показало, что ношение марлевой маски уменьшает уровень воздействия взвешенных частиц и, одновременно, приводит к повышению вариабельности сердечного ритма [23]. Возможным механизмом воздействия взвешенных частиц на ВСР является окислительный стресс [7]. На это указывает тот факт, что изменение показателей ВСР при воздействии этого загрязнителя происходило у тех людей, у которых имели место делеция GSTM1 и изменения в промоторе HMOX-1 - генов ферментов глутатион-S-трансферазы M1 и гемоксигеназы-1 [7]. Выраженность реакции на воздействие взвешенных частиц также может меняться при наличии полиморфизма генов MTHFR и cSHMT, кодирующих ферменты метилентетрагидрофолатредуктаза и гидроксиметилтрансфераза серина, принимающие участие в обмене метионина [4]. Долговременное воздействие оксида азота NO2 вызывает у женщин снижение SDNN, а также выраженное снижение значения данного показателя в ночное время LF, LF/HF [11].
Исследование пожилых людей показало, что хроническое воздействие свинца может существенно влиять на ВСР к воздействию загрязнителей атмосферного воздуха [29]. Выраженность снижения мощности волн ВСР высокой и низкой частоты при воздействии озона и сульфатов значительно варьировалось в зависимости от квартили распределения содержания свинца в костях: чем выше было содержание свинца, тем сильнее снижение показателей ВСР при воздействии загрязнителя атмосферного воздуха.
Шум приводит к множеству различных нарушений здоровья, которые имеют как специфический, так и неспецифический характер; кроме того, шум может вызывать постоянные и преходящие функциональные нарушения [20]. Было обнаружено, что высокий уровень шума вызывает сдвиг показателей вариабельности сердечного ритма, который указывает на повышение относительного тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы [44]. Воздействие шума на человека в экспериментальных условиях вызывает уменьшение вариабельности сердечного ритма, которое практически полностью восстанавливается после короткого периода [42].
Характер реакции на звук в значительной степени зависит от сущности звукового стимула, его субъективной оценки. Группа японских студенток подвергалась воздействию звуков различной формы: музыкальные звуки синтезатора, пенье птиц, механические звуки. Механические звуки вызывали выраженное подавление активности парасимпатического отдела ВНС, что проявилось в снижения спектральной мощности LF [47]
В ходе исследования воздействия переменных магнитных полей на организм человека было установлено, что такое воздействие вызывает уменьшение вариабельности сердечного ритма, что служит маркером повышенного риска смерти от острого инфаркта миокарда и аритмии [34].
Заключение
Регистрация и анализ ВСР широко применяется для исследования функциональных показателей сердца. Показатели ВСР трактуются как коррелят процессов, связанных с функционированием ВНС. При этом актуализируется проблема использования данного метода в исследованиях на популяционном уровне. Обнаружена тесная корреляционная связь между показателями ВСР, с одной стороны, возрастом, полом, поведенческими и биологическими факторами, социальными и психосоциальными факторами и воздействием неблагоприятных антропогенных факторов окружающей среды на организм, с другой. Из данного обзора можно сделать вывод, что показатели ВСР можно активно использовать как неспецифические показатели воздействия на организм факторов различной природы.
Рецензенты:
-
Воронов Л.Н., д.б.н., профессор кафедры биологии и методики преподавания ГОУ ВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И.Я. Яковлева», г. Чебоксары;
-
Дмитриев А.Д., д.б.н., профессор, зав. кафедрой Чебоксарского кооперативного института (филиал) Российского университета кооперации ЦС РФ, г. Чебоксары.
Работа поступила в редакцию 06.09.2011.