Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

Биоуправление параметрами вариабельности ритма сердца и уровень серотонина у молодых лиц Ненецкого автономного округа и Архангельской области

Кривоногова Е.В. 1, 2 Поскотинова Л.В. 1, 2 Дёмин Д.Б. 1, 2 Ставинская О.А. 1
1 ФГБУН Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН, Архангельск
2 Институт медико-биологических исследований САФУ им. М.В. Ломоносова, Архангельск
Проведен анализ изменений вегетативной регуляции ритма сердца при биоуправлении параметрами ритма сердца и уровня серотонина в сыворотке крови у молодых лиц в возрасте 14–17 лет Ненецкого автономного округа и Архангельской области. У девушек и юношей Ненецкого автономного округа содержание серотонина выше, чем у девушек и юношей Архангельской области. Успешность биоуправления параметрами ритма сердца у девушек и юношей Ненецкого автономного округа сопровождается значительным увеличением барорефлекторной активности, что свидетельствует о роли серотонина в повышении барорефлекторной чувствительности. У молодых лиц Ненецкого автономного округа и Архангельской области при успешном биоуправлении снижается активность надсегментарных отделов вегетативной регуляции ритма сердца.
биоуправление параметрами ритма сердца
Север
серотонин
вегетативная нервная система
1. Биоуправление: Теория и практика. – Новосибирск: Наука. Сиб.отд-ние. – 1988. – 162 с.
2. Вишневский В.В., Рагульская М.В., Файнзиль-
берг Л.С. Влияние солнечной активности на морфологические параметры ЭКГ сердца здорового человека // Журнал радиоэлектроники. – 2002. – № 12. – С. 3–12.
3. Михайлов В.М. Вариабельность ритма сердца: опыт практического применения метода. – 2-е изд., перераб. и доп. – Иваново: Иван. гос. мед. академия. – 290 с.
4. Способ коррекции вегетативных дисбалансов с помощью комплекса для обработки кардиоинтервалограмм и анализа вариабельности сердечного ритма «Варикард 2.51», работающего под управлением компьютерной программы ISCIM 6.1 (BULD 2.8), с использованием биологической обратной связи: патент 2317771 РФ, МПК А61В5/0452. /
Л.В. Поскотинова, Ю.Н. Семенов; Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН. № 2006110652/14; Заяв. 03.04.2006; Опубл.27.02.2008. – Бюлл. № 6.
5. Савченко О.Н., Стрельцова Н.А. Влияние 5,6-окситриптамина и разных световых режимов на гипоталамо-гипофизарно-гонадную систему самок крыс // Физиол. журн. СССР. – 1987. – Т. 73, № 4. – С. 480–482.
6. Сметанкин А.А. Метод биологической обратной связи по дыхательной аритмии сердца – путь к нормализации центральной регуляции дыхательной и сердечно-сосудистой систем // Журн. Биол.обратная связь. – 1999. – № 2. – С. 3–14.
7. Сороко С.И., Трубачев В.В. Нейрофизиологические и психофизиологические основы адаптивного биоуправления – СПб.: Политехника-сервис, 2010. – 607 с.
8. Ставинская О.А. Содержание серотонина в крови у жителей Ненецкого автономного округа и Архангельской области в сравнении с показателями иммунологической реактивности //Экология человека. – 2010. – № 10. – С. 53–57.
9. Судаков К.В. Системное построение функций человека. – М.: ИНФ им. П.К.Анохина РАМН, 1999. – 15 с.
10. Хаснулин В.И. Геофизические факторы и реакции человеческого организма // Гелиогеофизические факторы и здоровье человека. – Новосибирск, Типография НГМУ, 2007. – С. 67–83.
11. Хаснулин В.И., Хаснулина А.В., Волкова Т.В. Здоровье человека на Севере, электромагнитный механизм синхронизации эндогенных и внешних ритмов // Налоги и экономика. – 2005. – № 3(63). – С. 175–177.
12. Eddahibi S., Adnot S.The serotonin pathway in pulmonary hypertension // Arch. Mal. Coeur. Vaiss. – 2006. – Vol. 99. – P. 621–625.
13. Impaired serotonergic regulation of heart rate may underlie reduced baroreflex sensitivity in an animal model of depression / C.M. Hildreth, J.R. Padley, P.M. Pilowsky,
A.K. Goodchild // Am J Physiol Heart Circ Physiol. – 2008. –
P. 474–80.
14. Lehrer Paul M. Heart Rate Variability Biofeedback Increases Baroreflex Gain and Peak Expiratory Flow/ Paul M. Lehrer, Evgeny Vaschillo, Bronya Vaschillo // Psychosomatic Medicine. – 2003. – P. 796–805.

Функциональное биоуправление с использованием биологической обратной связи (БОС) широко применяется для коррекции патологических состояний организма, задержек психического развития, психоэмоциональных расстройств, а также моделирования и активизации собственных защитных механизмов и резервных возможностей организма с помощью интеграции его психических и физиологических функций [1, 6, 7]. При БОС-тренингах происходят адаптационные перестройки, которые затрагивают регуляторные системы организма. Ведущим свойством функциональной системы любого уровня организации является принцип саморегуляции [9]. Суть саморегулирования состоит в направленном на достижение конкретного результата управления органами и процессами их функционирования в организме по принципу обратных связей. Функцию каналов связи могут выполнять рецепторы, нервные клетки, биологические активные вещества и др. Нервная и гуморальная регуляция функций тесно взаимосвязаны и образуют единую нейрогуморальную регуляцию. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) является отражением комплекса различных влияний внешней среды и рассматривается как достаточно объективный маркер приспособительных реакций [3]. Симпато-адреналовая и парасимпатическая система с их гормонами и медиаторами-катехоламинами является одной из нейрогуморальных систем организма, осуществляющей интеграцию деятельности человека в меняющихся условиях существования, в частности, в экстремальных. Серотонинергическая система участвует в регуляции сердечно-сосудистой и пищеварительной систем, регулирует мышечный тонус, чувствительность фоторецепторов и механорецепторов, нарушения в ее функционировании приводят к серьезным патологиям [12]. Таким образом, цель данной работы заключалась в выявлении характера изменений параметров вариабельности ритма сердца при БОС-тренинге в зависимости от уровня серотонина в сыворотке крови у молодых лиц Ненецкого автономного округа и Архангельской области.

Материалы и методы исследования

Обследовано 30 девушек и 31 юноша Ненецкого автономного округа (НАО) и 56 девушек и 27 юношей Архангельской области (АО). Все обследованные лица в возрасте 14-17 лет были практически здоровые и относились к I и II группе здоровья. Средний возраст у девушек НАО составил 15,2 ± 1,04, у девушек АО - 15,9 ± 0,9, у юношей НАО - 15,46 ± 1,1, у юношей АО - 16,4 ± 1,6. Исследования проходили с соблюдением норм биомедицинской этики. Испытуемым предъявляли задание - сеанс адаптивного биоуправления, который проводили по авторской методике Л.В. Поскотиновой и Ю.Н. Семенова (патент №  2317771) [4]. Суть методики в том, чтобы с помощью дыхания активизировать вагусные влияния на ритм сердца. В качестве управляемого параметра вариабельности сердечного ритма (ВСР) использовали ТР, мс2 (total power, суммарная мощность спектра ВСР), отражающий вагусные влияния на ритм сердца. В процессе обследуемый так подбирает свое состояние, чтобы повышались значения ТР, мс2. Рекомендовалось сочетать спокойное дыхание с акцентом на выдох, мышечное расслабление и представление приятных образов.

В сеансе адаптивного биоуправления по параметрам ВСР учитывали три этапа. 1 этап: регистрация параметров ВСР в покое (5 мин); 2 этап: адаптивное биоуправление параметрами ВСР (5 мин); 3 этап: регистрация параметров ВСР в покое (5 мин).

Оценка состояния вегетативной нервной системы осуществлялась по показателям ВСР, оцениваемых с применением аппаратно-программного комплекса «Варикард» (г. Рязань). Использовали временной и спектральный виды анализа: ЧСС - частота сердечных сокращений, SDNN (standard deviation of the NN interval - суммарный эффект вегетативной регуляции кровообращения), RMSSD (the square root of the mean squared differences of successive NN intervals - тонус парасимпатического отдела), pNN50 (активность парасимпатического звена вегетативной регуляции), индекс напряжения регуляторных систем (SI - stress-index), ТР, мс2 (суммарная мощность спектра ВСР), показатели HF % (мощность в высокочастотном диапазоне 0,4-0,15 Гц, отражает активность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы), LF % (мощность в низкочастотном диапазоне 0,15-0,04 Гц, ассоциируется с барорецепторной функцией регуляции артериального давления, которая осуществляется с участием как парасимпатической, так и симпатической вегетативной иннервации), VLF % (мощность в сверхнизкочастотном диапазоне 0,04-0,015, связана с влиянием надсегментарных отделов вегетативной нервной системы, эндокринных или гуморальных факторов на синусовый узел). Критериями эффективности БОС-тренинга являлись стабилизация или снижение индекса напряжения (SI) в сочетании с увеличением суммарной мощности спектра ВСР (ТР, мс2). Уровень серотонина определяли в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа с помощью набора «Serotonin ELISA» (Германия). Нормативные значения уровня серотонина в сыворотке крови для девушек составляют 80-450 нг/мл, для юношей 40-400 нг/мл. Статистическая обработка материалов проводилась с помощью программ Statistica 5.5. В связи с тем, что подавляющее большинство исследуемых параметров не имеют нормального распределения, в представленной работе они описаны медианой и 25, 75 перцентилями. Достоверность различий между группами определялись с использованием метода Манна-Уитни. Статистическая значимость различий исследуемых величин при биоуправлении к фону определялись с использованием метода Вилкоксона. Различия считали значимыми при уровне p < 0.05.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ уровня серотонина в сыворотке крови у молодых лиц Ненецкого автономного округа и Архангельской области выявил более высокие концентрации серотонина у девушек и юношей НАО. Так, содержание серотонина в крови у юношей НАО составил 339,8 (295,1; 382,5) нг/мл, а у юношей АО - 91,3 (80,1; 98,3) нг/мл. Концентрация серотонина у девушек НАО составляет 365,8 (287,3; 455,5) нг/мл, у девушек АО - 99,4 (80,6; 210,2) нг/мл. Аналогичная картина была обнаружена и у взрослого населения: у жителей Ненецкого автономного округа уровень серотонина значимо выше, чем у жителей, проживающих в Архангельской области [8].

Сравнительный анализ исходных значений параметров вариабельности ритма сердца у девушек НАО и АО не выявил достоверных различий (табл. 1). В процессе биоуправления частота сердечных сокращений практически не меняется, повышается общий тонус вегетативной нервной системы (SDNN), тонус парасимпатического отдела (RMSSD, pNN50), общая суммарная мощность спектра TP, мощность низкочастотного (LF %) компонента спектра ВСР, снижаются мощности сверхнизкочастотного (VLF %) и высокочастотного (HF %) компонентов спектра ВСР, индекс напряжения SI у девушек независимо от места проживания (табл. 1). После прекращения БОС-тренинга значения параметров ВСР возвращаются к исходным значениям. Корреляционный анализ показал, что уровень серотонина положительно коррелирует с мощностью низкочастотного (LF %) компонента спектра ВСР (r = 0,36, p = 0,001). По данным спектрального анализа ВСР у девушек НАО при биоуправлении выявлены существенно более высокие значения показателя низкочастотного компонента спектра ВСР по сравнению с девуш- ками АО.

При сравнении фоновых значений вариабельности ритма сердца в покое у юношей НАО и АО также не выявлено достоверных различий (табл. 2). Во время сеанса биоуправления отмечается повышение RMSSD, pNN50, SDNN, спектральных характеристик ритма сердца LF %, TP и снижение индекса напряжения (SI). У юношей НАО, как и у девушек НАО, наблюдается более значительное повышение мощности низкочастотного компонента (LF %) при БОС-тренинге. У юношей выявлена отрицательная корреляционная связь уровня серотонина с мощностью сверхнизкочастотного компонента (VLF %) спектра ВСР (r = -0,28, p = 0,03). У юношей НАО при БОС-тренинге наблюдается более значимое снижение VLF % по сравнению с юношами АО.

Таблица 1

Параметры вариабельности сердечного ритма у девушек Ненецкого автономного округа и Архангельской области (Ме (25;75))

Показатели

Ненецкий автономный округ

Архангельская область

Фон

БОС-тренинг

После БОС-тренинга

Фон

БОС-тренинг

После БОС-тренинга

ЧСС, мс

83,3
(80,7; 86,5)

81,9 (77,8;88,4)

84,8 (79,2;88,3)

80,1 (73,1;88,1)

79,5 (74,6;87,4)

81,3 (73,4;88,8)

RMSSD, мс

37,4 (27,7;44,4)

43,8 (34,9;54,1)

p1,2 = 0,0001

36,1 (27,7;44,3)

37,8 (29,1:50,2)

46,59 (35,9;60,4)

p4,5 = 0,0001

35,7 (24,3;49,6)

рNN50

19,1 (8,7;31,05)

27,1 (16,8;33,1)

p1,2 = 0,01

19,8 (9,9:31,6)

17,5 (7,0;36,9)

25,4 (14,6;41,6)

p4,5 = 0,02

16,7 (4,5;31,3)

SDNN, мс

45,8 (36,2;55,3)

70,1 (57,4;88,1)

p1,2 = 0,0001

50,6(43,4;59,1)

48,4 (36,7;62,2)

74,0 (59,9;87,3)

p4,5 = 0,0001

46,8 (35,1;60,5)

TP, мс2

2049,5 (1296,6;2626,7)

4455,5 (3221,3;6405,7)

p1,2 = 0,0001

2375 (1887,9;3229,9)

2231,8 (1434,5;3360,4)

4351,5 (3184,0;5481,7)

p4,5 = 0,0001

2280,1 (1221,9;3456,9)

SI

122,6 (93,4;233,7)

62,8 (47,2;96,8)

p1,2 = 0,0001

110,3 (90,8;157,2)

116,1 (70,2;207,9)

63,1 (39,5;92,7)

p4,5 = 0,0001

132,3 (66,3;231,3)

HF %

49,7 (38,7;54,8)

17,8 (12,9;23,4)

p1,2 = 0,0001

41,4 (27,7;48,9)

44,2 (34,6;55,4)

35,8 (17,7;57,7)

p4,5 = 0,0001

41,2 (31,4;49,1)

LF %

32,7 (28,7;39,5)

71,5 (60,7;82,2),

р1,2 = 0,0001, p2,5 = 0,03

43,6 (33,0;52,2)

36,5 (27,5;43,9)

53,4 (33,5;74,2)

p4,5 = 0,0001

39,4 (33,4;47,1)

VLF %

16,7 (11,3;22,1)

6,2 (3,9;11,5),

p1,2 = 0,0001

13,7 (9,5;21,6)

16,5 (11,8:22,1)

8,8 (5,6;12,8)

p4,5 = 0,0001

17,4 (10,7;22,1)

 

Таблица 2

Параметры вариабельности сердечного ритма у юношей Ненецкого автономного округа и Архангельской области (Ме(25;75))

Показатели

Ненецкий автономный округ

Архангельская область

Фон

БОС-тренинг

После БОС-тренинга

Фон

БОС-тренинг

После БОС-тренинга

ЧСС, мс

79,6 (70,4;87,8)

78,2
(72,3; 83,9)

80,1 (72,8;87,6)

78,2 (72,2;85,5)

80,1 (74,9;85,6)

80,1(73,8;85,8)

RMSSD, мс

32,2 (21,7;56,5)

40,3 (32,4;56,8)

p1,2 = 0,003

29,8 (21,3;53,5)

36,9 (31,1;49,8)

45,1 (34,5;52,5)

p4,5 = 0.006

35,1 (26,1;42,6)

рNN50

13,9 (4,2;47,6)

20,5 (9,4;37,5)

11,3 (4,1;40,4)

20,7 (12,3;30,4)

25,6 (13,3;34,6), p4,5 = 0,03

15,9 (6,6;26,6)

SDNN, мс

44,2 (34,9;64,9)

76,8 (61,07;96,6)

p1,2 = 0,0001

45,5 (34,3;66,1)

44,8 (36,4;63,1)

70,1 (57,1;100,6)

p4,5 = 0,001

49,2 (36,4;57,2)

TP, мс2

1798,5 (1088,9;3468,1)

5093,7 (3472,6;7891,9)

p1,2 = 0,0001

2029,7 (1266,5;3896,2)

1841,7 (1233,1;2706,6)

4174,1 (2923,8;5713,5)

p4,5 = 0,0001

2259,2 (1268,1;3331,9)

SI

145,0 (67,4;238,0)

62,2 (27,1;89,6)

p1,2 = 0,0001

140,1 (54,2;250,5)

118,9 (69,6;193,6)

70,1 (33,6;94,4)

p4,5 = 0,0001

134,8 (69,9;191,1)

HF %

44,7 (21,7;57,9)

12,5 (6,9;22,2)

p1,2 = 0,0001

28,5 (18,4;48,3)

46,3 (29,7;51,9)

20,8 (15,7;35,8)

p4,5 = 0,003

31,9 (21,2;42,5)

LF %

36,5 (28,9;54,1)

78,6 (57,5;85,8)

p1,2 = 0,0001

52,9 (35,1;62,5)

39,7 (33,9;52,1)

64,2 (54,3;72,1)

p4,5 = 0,0001

50,6 (39,8;55,8)

VLF %

14,9 (10,1;20,5)

7,32 (3,89;9,86)

p1,2 = 0,0001, p2,5 = 0,01

16,1 (11,3;23,5)

13,5 (10,2;17,2)

10,3 (6,2;15,9)

p4,5 = 0,04

16,2 (12,1;19,4)

Повышение мощности низкочастотного (LF %) компонента ВСР связывают также и с замедлением частоты дыхания во время биологической обратной связи [14]. Рост LF % указывает также на активное включение вазомоторного центра в процессе регулирования сосудистого тонуса. Система регуляция сосудистого тонуса включает в себя чувствительность рецепторов растяжения в стенках аорты и сонных артерий, активность вазомоторного центра, модулирование активности синоатриального узла блуждающим нервом, гормоны, нейромедиаторы, биологически активные вещества. Успешность биоуправления параметрами ритма сердца у девушек НАО на фоне более высокого уровня серотонина сопровождается значительным увеличением барорефлекторной активности, что свидетельствует о роли серотонина в повышении барорефлекторной чувствительности. В здоровом организме при нормальных условиях серотонин вызывает сокращение гладкомышечных клеток сосудов за счет активации S2-серотонинергических рецепторов [13]. Это объясняется, главным образом, в прямой активации гладкой мускулатуры или усилением ответа на другие нейрогуморальные медиаторы. Сосудорасширяющий ответ на серотонин рассматривается в основном на уровне артериол. Он может быть связан с выпуском других эндогенных вазодилататоров, прямой релаксации гладкой мускулатуры сосудов, торможение адренергических нервных импульсов или высвобождения эндотелий-зависимого релаксирующего фактора. При низких концентрациях серотонин усиливает сосудосуживающий ответ на другие вазоактивные вещества.

Таким образом, достижение успешного биоуправления параметрами ритма сердца у молодых лиц, проживающих на разных климато-географических территориях, достигается разными механизмами. При проживании на Севере у жителей эволюционно сложились механизмы функционирования систем к конкретным внешним условиям. На Крайнем Севере организм человека в большей мере подвержен действию космических факторов (гелиогеофизические факторы и метеорологические), чем в средних и низких широтах; здесь также особый режим освещенности и более низкие температуры [11]. Под влиянием солнечного света в дневное время в эпифизе вырабатывается серотонин и подавляется синтез эндогенного мелатонина из серотонина [5]. Выявлена четкая взаимосвязь электрической активности сердца и мозга с уровнем геомагнитной активности в высоких широтах [2, 10]. В регуляции ритма сердца участвуют все «этажи» нейрогуморального управления физиологическими функция- ми ‒ от подкорковых центров продолговатого мозга до гипоталамо-гипофизарного уровня вегетативной регуляции и коры головного мозга. Таким образом, при проведении БОС-тренинга с целью повышения вагусной активности на ритм сердца необходимо учитывать особенности нейрогуморального соотношения, реактивности регуляторных систем в разных климато-географических условиях проживания человека.

Выводы

1. У девушек и юношей Ненецкого автономного округа содержание серотонина в сыворотке крови выше, чем у девушек и юношей Архангельской области.

2. У девушек и юношей Ненецкого автономного округа и Архангельской области при успешном биоуправлении снижается активность надсегментарных структур вегетативной регуляции ритма сердца.

3. Успешность биоуправления параметрами ритма сердца у девушек и юношей НАО на фоне более высокого уровня серотонина сопровождается увеличением низкочастотной части спектра ВСР, что свидетельствует о роли серотонина в повышении барорефлекторной чувствительности.

Работа поддержана грантом № 12-У-4-1019 Президиума УрО РАН.

Рецензенты:

Бебякова Н.А., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой медицинской биологии и генетики Северного государственного медицинского университета, г. Архангельск;

Совершаева С.Л., д.м.н., профессор, заведующая кафедрой нормальной физиологии и восстановительной медицины Северного государственного медицинского университета, г. Архангельск;

Гладилин Г.П., д.м.н., профессор, зав. кафедрой клинической лабораторной диагностики ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздравсоцразвития России, г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 06.06.2012.


Библиографическая ссылка

Кривоногова Е.В., Кривоногова Е.В., Поскотинова Л.В., Поскотинова Л.В., Дёмин Д.Б., Дёмин Д.Б., Ставинская О.А. Биоуправление параметрами вариабельности ритма сердца и уровень серотонина у молодых лиц Ненецкого автономного округа и Архангельской области // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 11-1. – С. 25-29;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30439 (дата обращения: 09.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074