Разработка технологий, основанных на принципах биологической обратной связи, предполагает использование методов мониторирования жизненно важных физиологических функций с целью получения в доступной и наглядной форме дополнительной информации о состоянии органов и систем человеческого организма [3]. Последующий анализ полученных данных с выделением наиболее объективных критериев оценки позволяет разработать целенаправленные методики управления функциями отдельных органов и систем в конкретных условиях существования человека [1, 3, 5].
Вегетативная нервная система (ВНС) является важнейшей регуляторной структурой человеческого организма, поддерживающей гомеостаз его внутренних сред в различных условиях существования и обеспечивающей процессы адаптации [2, 6, 7]. Дисфункциональные расстройства ВНС сопровождаются развитием астено-невротических нарушений, снижением физической и умственной работоспособности человека, нарушением биоритмов, иммуносупрессией, функциональными расстройствами со стороны внутренних органов и систем [4, 7]. Проживание населения в условиях загрязнения среды обитания химическими токсикантами техногенного происхождения является дополнительным стрессовым фактором, приводящим к напряжению/истощению адаптационно-компенсаторных механизмов, разбалансированности функций ВНС [6, 7]. Исследование вариабельности сердечного ритма на основе анализа данных кардиоинтервалографии позволяет с достаточной точностью оценить степень напряжения механизмов адаптации, особенности функционирования разных звеньев вегетативной регуляции (ВР) (регуляторного, адаптационного и гуморально-метаболического) и использовать полученные данные для разработки технологий коррекции, основанных на принципах обратной биологической связи.
Цель исследования: для разработки технологий, основанных на принципах биологической обратной связи, установить объективные критерии выявления контингента детей с функциональными нарушениями вегетативной нервной системы, ассоциированными с повышенным содержанием ароматических углеводородов в крови.
Материалы и методы исследования
В рамках исследования проведена оценка ВР у 218 детей в возрасте 6-7 лет (группа наблюдения), проживающих в условиях воздействия техногенных химических факторов и, сравнительно, у 100 детей того же возраста, проживающих в относительно благоприятных условиях (группа сравнения). Группы не имели отличий по гендерному признаку. Оценка состояния ВР проведена на основании анализа результатов кардиоинтервалографии (КИГ) и электрокардиографии (ЭКГ), расчета индексов Кердо и Квааса. Стандартная кардиоинтервалография по Баевскому выполнялась с помощью программно-аппаратного кардиоинтервалографа «Нейро-МВН-Нейро-Софт» г. Иваново, Россия (регистрационное удостоверение № 98/219-91, приказ МЗ и СР № 735 от 30.10.2006 г). Электрокардиографическое исследование проводилось на 6-канальном электрокардиографе Cardiovit AT-2 (SCHILLER) по стандартной методике.
Определение ароматических углеводородов в биосубстратах (кровь) осуществлялось методом капиллярной газовой хроматографии и парафазного анализа в соответствии с методическими указаниями (МУК 4.1.763-4.1.779-99; МУК 4.1.2102-4.1.2116-06). Все исследования выполнялись с использованием газового хроматографа (модели 6890, 6890N, 6850, 7890A, Регистрационный номер 15118-07, страна производитель США), аппаратно-программного комплекса «Хроматэк-Кристалл-5000» (№ ФСР 2009/04091, ТУ 9443-004-12908609-99).
Математическую обработку осуществляли с помощью непараметрических методов статистики с построением и анализом двумерных таблиц сопряженности; метода однофакторного дисперсионного анализа; методов линейного и нелинейного регрессионного анализа. Для оценки достоверности полученных результатов использовали критерий Фишера, критерий Стьюдента, χ²-квадрат. Различия полученных результатов считали статистически значимыми при р < 0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе проведенного исследования было установлено, что содержание бензола в крови детей группы наблюдения достигало 0,004 ± 0,0002 мг/дм³, что превышало референтный уровень (0,0 мг/дм³; р < 0,001) и показатель группы сравнения (0,0002 ± 0,0001 мг/дм³, р < 0,001). Содержание этилбензола в группе наблюдения составляло 0,003 ± 0,0001 мг/дм³ и было выше как референтного (0,0 мг/дм³; р = 0,009), так и группы сравнения (0,0004 ± 0,0001 мг/дм³; (р < 0,001). Содержание в крови толуола в группе наблюдения достигало 0,001 ± 0,0005 мг/дм³, что достоверно превышало референтный уровень (0,0 мг/дм³; р < 0,001) и показатель группы сравнения (0,0002 ± 0,0001 мг/дм³, р < 0,001). Таким образом, у детей группы наблюдения содержание ароматических углеводородов (бензола, этилбензола и толуола) в крови от 5 до 20 раз превышало показатели группы сравнения (р = 0,001-0,009) и референтный уровень (табл. 1).
Таблица 1
Содержание химических токсикантов в крови детей, проживающих в различных санитарно-гигиенических условиях среды обитания, мг/дм³ (М ± m)
|
Показатель |
Основная группа |
Группа сравнения |
Референтный предел |
р |
|
Бензол |
0,004 ± 0,0002 |
0,0002 ± 0,0001 |
0,0 |
< 0,001 |
|
Этилбензол |
0,003 ± 0,0001 |
0,0004 ± 0,0001 |
0,0 |
< 0,001 |
|
Толуол |
0,001 ± 0,0005 |
0,0002 ± 0,0001 |
0,0 |
< 0,001 |
Примечание. р - достоверность различий основной группы и группы сравнения.
Сравнительный анализ показателей вариабельности сердечного ритма показал, что у детей группы наблюдения имело место выраженное напряжение механизмов ВР (табл. 2). Амплитуда моды (АМо), характеризующая состояние активности симпатического звена ВНС, в группе наблюдения составляла 40,67 ± 1,02 %, что на 30 % превышало как показатель группы сравнения (28,89 ± 2,87 %, р = 0,036), так и физиологическую норму (р ≤ 0,001). Индекс напряжения, отражающий активность компенсаторных механизмов ВР, в группе наблюдения более, чем на 10 % превышал показатель группы сравнения (108,68 ± 14,24 у.е. против 96,92 ± 12,86 у.е., р ≤ 0,001) и уровень физиологической нормы (94,0 ± 15,0 у.е., р ≤ 0,001).
Таблица 2
Состояние вегетативной регуляции у детей с различным уровнем содержания ароматических углеводородов в крови, (М ± m)
|
Показатели КИГ |
Физиологическая норма |
Группа наблюдения |
Группа сравнения |
р |
|
АМо ( % ) |
27,00 ± 1,00 |
40,67 ± 1,02 |
28,89 ± 2,87 |
0,036 |
|
ИН (у.е. ) |
94,00 ± 15,00 |
108,68 ± 14,24 |
96,92 ± 12,86 |
≤0,001 |
|
Мо (с) |
0,62 ± 0,03 |
0,88 ± 0,06 |
0,60 ± 0,07 |
0,93 |
|
Дх (с) |
0,23 ± 0,05 |
0,74 ± 0,04 |
0,38 ± 0,02 |
0,87 |
Примечание. р - достоверность различий показателей сравниваемых групп.
Показатель моды (Мо), отражающий состояние гуморально-метаболического звена ВР, в группе наблюдения более чем на 30 % превышал аналогичный в группе сравнения (0,88 ± 0,06 и 0,60 ± 0,07 с соответственно, р = 0,93), а вариационный размах (Дх), характеризующий активность парасимпатического звена ВНС, был на 90 % выше группы сравнения (0,74 ± 0,04 с против 0,38 ± 0,02 с, р = 0,87). В целом, в группе наблюдения количество детей с симпатикотонией (54,7 %) в 2,9 раза превышало показатель группы сравнения (18,6 %, р ≤ 0,001), а число детей с эйтонией (28,1 %) было в 1,8 раза ниже (50 %, р ≤ 0,001). При дозированной физической нагрузке в группе наблюдения нарастание активности гуморально-метаболического и симпатического звеньев адаптационно-компенсаторных механизмов ВНС имело минимальный характер и не превышало 15 %, в то время как в группе сравнения было в 2,8 раза выше и достигало 40 % (р ≤ 0,001).
Анализ данных электрокардиографического обследования показал, что частота сердечных сокращений у детей группы наблюдения составляла 92,13 ± 9,52 уд. в мин, что достоверно выше показателя группы сравнения - 80,13 ± 7,15 уд. в мин (р = 0,001) и согласуется с данными КИГ, свидетельствующими о более выраженном симпатическом влиянии ВНС у детей с повышенным содержанием ароматических углеводородов в крови. Несмотря на то, что средняя продолжительность основных комплексов и интервалов ЭКГ у детей сравниваемых групп не имела статистически значимых отличий (р=0,063...0,99), однако в ходе изучения индивидуальных показателей было установлено, что вариант «физиологической нормы» процессов возбуждения и проведения в миокарде встречался у детей группы наблюдения в 1,9 раза реже, чем в группе сравнения (29,9 % против 55,9 %, р ≤ 0,001), (табл. 3).
Таблица 3
Характеристика процессов возбудимости и проводимости миокарда у детей с различным уровнем содержания ароматических углеводородов в крови, (доля детей, %)
|
Характеристика |
Группа наблюдения |
Группа сравнения |
р |
|
Физиологическая норма |
29,9 |
55,9 |
≤ 0,001 |
|
Нарушения синусового ритма: |
70,1 |
44,1 |
≤ 0,001 |
|
Синусовая тахикардия |
48,2 |
10,8 |
≤ 0,001 |
|
Синусовая брадикардия |
7,2 |
14,8 |
0,023 |
|
Синусовая брадиаритмия |
10,5 |
16,6 |
0,11 |
|
Неполная блокада правой ножки пучка Гиса |
4,2 |
1,9 |
0,29 |
Примечание. р - достоверность различий показателей сравниваемых групп.
Доминирующим типом патологии процессов возбуждения и проведения в миокарде, в обеих исследуемых группах, являлись нарушения синусового ритма, которые в группе наблюдения встречались в 1,6 раза чаще, чем в группе сравнения (70,1 и 44,1 % соответственно, р ≤ 0,001) и носили преимущественно характер синусовой тахикардии (48,2 % против 10,8 % в группе сравнения, р ≤ 0,001). В группе сравнения синусовая тахикардия, синусовая брадикардия и синусовая брадиаритмия встречались с одинаковой частотой (10,8; 14,8 и 16,6 %, р = 0,39...0,72).
Для определения резервных возможностей сердечно-сосудистой системы был проведен расчет индекса выносливости Квааса (физиологическая норма для детей 6-7 лет - 21-23 у.е.), увеличение которого свидетельствует о снижении ее резервных возможностей. В ходе исследования установлено, что в группе наблюдения этот показатель составил 23,41 ± 1,28 у.е., а группе сравнения - 21,78 ± 1,16 у.е. (р = 0,45), что не имело достоверных отличий с возрастной нормой (р = 0,27-0,72), однако в группе наблюдения детей с индексом выносливости Квааса ≥ 25 у.е. было 20,9 %, в то время как в группе сравнения - только 5,9 % (р = 0,001).
В ходе дальнейшего исследования установлена достоверная связь вероятности развития напряженной симпатикотонии с повышенным содержанием в крови ароматических углеводородов (вклад бензола - 48 %, этилбензола - 23 %, толуола - 13 %; 9,32 ≤ F ≤ 127,32; р ≤ 0,001-0,0001). Вероятность формирования гипореактивности парасимпатического звена ВНС достоверно связана с повышенным содержанием в крови бензола и этилбензола (вклад бензола - 32 %, этилбензола - 14 %; 9,32 ≤ F ≤ 10,43; р ≤ 0,001-0,0001), а вероятность развития гипореактивности гуморально-метаболического звена - с повышенным содержанием толуола (вклад толуола 27 %, F = 28,14, р = 0,02). Установлено, что вероятность снижения активности адаптационно-компенсаторных механизмов ВНС достоверно связана с повышенным содержанием бензола и этилбензола (вклад бензола - 31 %, этилбензола - 22 %; 24,04 ≤ F ≤ 36,17; р ≤ 0,01-0,03). Кроме того, установлена достоверная связь развития синусовой тахиаритмии с повышенным содержанием бензола и этилбензола, вклад бензола составил 29 %, этилбензола - 37 % (30,6 ≤ F ≤ 33,18; р ≤ 0,004-0,008). Кроме того установлено, что снижение резервных возможностей сердечно-сосудистой системы при нагрузке достоверно связано с повышенным содержанием толуола, вклад которого составляет 27 % (F = 29,24; р ≤ 0,0001).
Заключение
Результаты проведенного исследования свидетельствуют о наличии у детей с повышенным содержанием в крови ароматических углеводородов нарушений вегетативной реактивности по гиперсимпатикотоническому типу. На основании полученных данных сформулированы критерии выявления контингента детей с функциональными нарушениями вегетативной нервной системы, детерминированными повышенным содержанием ароматических углеводородов в крови:
- гиперсимпатикотонический тип вегетативной реактивности;
- повышение активности гуморально-метаболического звена более чем на 30 %;
- повышение активности парасимпатического звена более чем на 90 %;
- минимальное (< 15 %) нарастание активности гуморально-метаболического и симпатического звеньев адаптационно-компенсаторных механизмов вегетативной реактивности при стандартной дозированной нагрузке.
Установленные критерии могут быть использованы для разработки технологий, основанных на принципах обратной биологической связи, для коррекции у детей вегетативных нарушений, детерминированных повышенным содержанием ароматических углеводородов в крови.
Статья опубликована при финансовой поддержке гранта в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (соглашение 14.В37.21.05.70).
Рецензенты:
Лебедева Т.М., д.м.н., профессор, заведующая кафедрой общественного здоровья и здравоохранения ГБОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия имени Е.А. Вагнера» Минздрава соцразвития России, г. Пермь;
Нурисламова Т.В., д.б.н., заведующая лабораторией методов газовой хроматографии ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», г. Пермь.
Работа поступила в редакцию 26.11.2012.