Автореферат: Взаимодействие центральных и периферических механизмов формирования респираторно-зависимых колебаний в сердечно-сосудистой системе человека

Кислородная сатурация крови при контролируемом дыхании

Для оценки возможных эффектов влияния контролируемого дыхания на оксигенацию крови осуществлялся контроль кислородной сатурации крови (SpO₂). Усредненные за время регистрации данные SpO₂ для различных частот дыхательного ритма представлены в табл. 4. При частотах дыхательного ритма 0.1, 0.16 и 0.25 Гц величина SpO₂ достоверно увеличивалась по сравнению с дыханием с частотами 0.03, 0.05 и 0.07 Гц. При этом уровень кислородной сатурации крови был достоверно выше и по сравнению со спонтанным дыханием. При частотах дыхания 0.03, 0.05 и 0.07 Гц величина SpO₂ значимо не отличалась от таковой при спонтанном дыхании.

Таблица 4. Кислородная сатурация крови (SpO₂) при спонтанном и контролируемом дыхании (М ± m, n 29)

Примечание: *- различия достоверны по сравнению со спонтанным дыханием (p < 0.05)

В работах с контролируемым по частоте дыханием (Cooke et al. 1998; Taylor et al. 2001, Pinna et al. 2006) было показано, что частота дыхания значимо не влияет на усредненную ЧСС, которая остается практически постоянной в широком диапазоне частот дыхания. Однако, в наших условиях, изменение частоты дыхания вызывает достоверные изменения усредненной ЧСС (табл. 1). Так, при дыхании с частотой 0.05 и 0.07 Гц ЧСС оказывается достоверно ниже на 4 уд/мин (5%), а при частоте дыхания 0.25 Гц достоверно выше на 15 уд/мин (20%) по сравнению с ЧСС при спонтанном дыхании. Столь значительное увеличение ЧСС сопровождается зарегистрированным в этих условиях повышением сатурации крови кислородом (98.8% против 97.3%) (табл. 4). Достоверное увеличение уровня кислородной сатурации крови по сравнению со спонтанным дыханием также наблюдается и при частотах дыхания 0.1 и 0.16 Гц (98.5 и 98.8% соответственно). Однако при снижении частоты контролируемого дыхания с 0.25 до 0.16 Гц, ЧСС снижается до величины спонтанного дыхания (табл.1). В то же время перфузия кровью кожи пальца при контролируемом дыхании с частотой 0.25 Гц снижается на 18%, а при дыхании с частотой 0.16 Гц - на 24%, по сравнению с естественным дыханием. При этом в коже предплечья ПМ при контролируемом дыхании, напротив, достоверно не отличается от такового при спонтанном дыхании. Мы предполагаем, что обнаруженные особенности реакции со стороны ЧСС и периферического кровотока при частоте глубокого контролируемого дыхания 0.25 Гц, и, возможно, при более низких частотах, обусловлены гипокапническим эффектом гипервентиляции. Сочетание относительно высокой частоты дыхания и большой величины дыхательного объема (40% от максимальной экскурсии грудной клетки), очевидно, приводит к гипервентиляции. В результате увеличения дыхательного объема происходит снижение концентрации выдыхаемого СО₂, и увеличение кислородной сатурации (Bernardi et al. 1998, 2001; Badra et al. 2001; Pinna et al. 2006). Подтверждением этому в наших условиях является достоверное увеличение величины SpO₂. Увеличение концентрации О₂ в крови при произвольной гипервентиляции сопровождается гипокапнией, которая оказывает на сердечно-сосудистую систему более значимые физиологические эффекты, чем гипероксия. Снижение концентрации СО₂ и развивающийся алкалоз оказывают прямое и опосредованное влияние на сердце (тахикардия) и сосудистую систему (снижение артериального давления, скорости кровотока и увеличение общего периферического сопротивления) (Onrot et al. 1991; Pinna et al. 2006; Thijs et al. 2008). Таким образом, продемонстрированное нами изменение ЧСС и снижение скорости кровотока в коже может быть обусловлено указанными эффектами гипокапнии вследствие гипервентиляции.

Исследование зависимости амплитуды РСА и респираторно-связанных колебаний кровотока кожи от соотношения активности отделов автономной нервной системы испытуемых

Для исследования влияния симпатического и парасимпатического отделов автономной нервной системы испытуемых на амплитуду РСА и респираторно-зависимых колебаний скорости кровотока кожи при контролируемом дыхании исходная группа испытуемых исследования были разделена на две группы. Формальным критерием разделения служила медиана отношения LF/HF при спонтанном ритме дыхания (Ме 0.997). В первую группу (15 человек) были отнесены испытуемые с условно низкими значениями LF/HF ( 0.997), во вторую группу (14 человек) - испытуемые с условно высокими значениями LF/HF ( 0.997). Таким образом, испытуемые 1-й группы с низкими значениями LF/HF характеризовались формально высоким парасимпатическим, а испытуемые 2-й группы с высокими значениями LF/HF - формально высоким симпатическим тонусом (табл. 5).

Таблица 5. Параметры испытуемых в группах (М ± m)

Примечание: *- различия достоверны по сравнению с группой I (p < 0.05)

На рисунке 4 представлены результаты для амплитуды РСА в зависимости от соотношения активности отделов автономной нервной системы испытуемых. Достоверные различия в амплитуде РСА по группам проявляются при частотах контролируемого дыхания 0.03, 0.05 и 0.07 Гц. В этих случаях для группы испытуемых с низкими значениями LF/HF («условная» ваготония) наблюдаются достоверно более высокие значения амплитуды дыхательных колебаний, что может свидетельствовать о преимуществе вагусной активности в формировании РСА при частотах дыхательного ритма ниже 0.1 Гц. В группе «условных» симпатотоников более низкие значения РСА могут отражать антагонистические влияния симпатической нервной системы по отношению к парасимпатической. Наличие контроля РСА со стороны симпатического отдела автономной нервной системы подтверждается исследованиями Taylor et al. (2001).

Для периферического кровотока (рис. 5) амплитудно-частотные особенности респираторно-связанных колебаний определяются локальными особенностями сосудистой регуляции. Так, для микроциркуляторного кровотока кожи пальца при частоте дыхания 0.05 и 0.07 Гц амплитуда дыхательных колебаний, также как и для ВСР, достоверно выше у испытуемых с низкими значениями LF/HF (рис. 5). Однако при дыхании с частотой 0.25 Гц дыхательная волна, напротив, оказывается достоверно выше у испытуемых с высокими значениями LF/HF.

Рис. 4. Максимальные амплитуды респираторно-связанного компонента амплитудного спектра ВСР в зависимости от частоты контролируемого дыхания в группах испытуемых с различной преобладающей активностью отделов автономной нервной системы (М ± m). Символом * указаны достоверные различия между группами (p < 0.05).

Кроме того, обращает на себя внимание и различный характер зависимости амплитуды дыхательных колебаний кровотока от частоты дыхания. Для группы испытуемых с низкими значениями LF/HF характерна колоколообразная зависимость с максимумом в районе 0.05-0.07 Гц. Для испытуемых с высокими значениями LF/HF амплитуда дыхательных колебаний кровотока в зависимости от частоты дыхания практически не меняется, за исключением частоты 0.25 Гц, где она достоверно снижена. В микроциркуляторном кровотоке кожи предплечья достоверных различий в выраженности дыхательных осцилляций кровотока у исследуемых групп испытуемых не выявлено (рис. 5).

Учитывая специфику иннервации микрососудов кожи пальца и предплечья, указанные особенности формирования дыхательных осцилляций в микроциркуляторном кровотоке, в отличие от ВСР, будут определяться преимущественно симпатической нервной системой. Как известно, для микрососудов кожи акральных зон конечностей характерен больший симпатический тонус по сравнению с проксимальными отделами конечности (Mьck-Weymann 1996; Крупаткин А.И., Сидоров В.В., 2005).

Рис. 5. Максимальные амплитуды респираторно-связанного компонента спектра ПМ кожи пальца и предплечья в зависимости от частоты контролируемого дыхания в группах испытуемых с различной преобладающей активностью отделов автономной нервной системы (М ± m). Символом * указаны достоверные различия между группами (p < 0.05).

Для кровотока кожи предплечья достоверная разница отсутствует в связи с относительно слабой симпатической иннервацией, и здесь преимущественную роль играют пассивные механизмы передачи дыхательной волны (гидростатические механизмы распространения волн давления). Для кровотока кожи пальца существенную роль помимо пассивных механизмов играет нейрогенный компонент регуляции. Различия, наблюдаемые в группах с различными значениями LF/HF, в этом случае, по-видимому, отражают различную выраженность симпатического тонуса. В группе с высокими значениями LF/HF сильнее выражены вазоконстрикторные дыхательно-модулированные влияния со стороны симпатической нервной системы, которые, очевидно, в большей степени определяются не частотой, а глубиной дыхания. Поэтому амплитуда дыхательных осцилляций кровотока практически не зависит от частоты дыхания. Для испытуемых в группе с низкими значениями LF/HF симпатический тонус выражен в меньшей степени и не маскирует частотную зависимость, обусловленную пассивными механизмами передачи дыхательной волны.

Таким образом, в результате проведенного исследования продемонстрировано различие механизмов формирования дыхательных колебаний на уровне вариабельности сердечного ритма и микроциркуляторного кровотока. Респираторно-зависимые осцилляции сердечного ритма формируются предположительно на основе резонансного взаимодействия механизмов контроля ЧСС и артериального давления, что отражается в специфике зависимости амплитуды РСА от частоты дыхания. Формирование респираторно-зависимых колебаний в кровотоке кожи обусловлено нерезонансными механизмами, преимущественно респираторной модуляции артериального и венозного давления. Кроме того, для дыхательных колебаний периферического кровотока значимую роль играют вазомоторные рефлексы, контролируемые симпатическим отделом автономной нервной системы.

дыхание кровоток респираторный микроциркуляция

Выводы

1. Показано, что в условиях контролируемого дыхания зависимость амплитуды дыхательной модуляции сердечного ритма от частоты дыхания имеет колоколообразный характер с максимумом в диапазоне 0.07-0.1 Гц и демонстрирует резонансные свойства.

2. Выявлено, что при контролируемом дыхании с фиксированной глубиной отношение амплитуды респираторно-зависимых колебаний кровотока кожи к амплитуде колебаний кровотока на соответствующей частоте при спонтанном дыхании постоянно и не зависит от частоты дыхания. Это указывает на то, что в формировании дыхательных колебаний кровотока кожи отсутствуют резонансные механизмы.

3. Показано влияние автономной нервной системы на выраженность дыхательной модуляции сердечного ритма. В группе испытуемых с преобладанием активности парасимпатического отдела автономной нервной системы при частоте дыхательного ритма в диапазоне 0.03-0.07 Гц амплитуда дыхательной модуляции сердечного ритма выше, чем в группе испытуемых с преобладанием симпатической активности.

4. Выявлено, что выраженность респираторно-зависимых колебаний микроциркуляторного кровотока кожи зависит от локальных особенностей симпатической иннервации сосудов и активности отделов автономной нервной системы. Для кровотока кожи пальца, характеризующегося высокой плотностью симпатической иннервации, амплитуда дыхательных колебаний при частоте дыхания 0.05 и 0.07 Гц выше у лиц с преобладанием активности парасимпатического отдела автономной нервной системы. Для кровотока кожи предплечья, характеризующегося низкой плотностью симпатической иннервации, не выявлено различий в амплитуде дыхательных колебаний кровотока в зависимости от преобладающей активности отделов автономной нервной системы.

Основные положения диссертации опубликованы в изданиях

I. Рекомендованных ВАК РФ:

1. Тюрина М.Й., Красников Г.В., Пискунова Г.М., Танканаг А.В., Чемерис Н.К. Резонансно-подобное взаимодействие колебаний кровотока в микроциркуляторном русле кожи человека при контролируемом дыхании // Вестник новых медицинских технологий. -2010. -Т.ХVII. -№4. -С.15-17.

2. Тюрина М.Й., Красников Г.В., Танканаг А.В., Пискунова Г.М., Чемерис Н.К. Спектры девиации частоты сердечных сокращений человека при контролируемом дыхании // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. -2011. -№2(38). -С. 64-70.

3. Тюрина М.Й., Красников Г.В., Танканаг А.В., Пискунова Г.М., Чемерис Н.К. Формирование респираторно-зависимых колебаний скорости кровотока в микроциркуляторном русле кожи человека в условиях контролируемого дыхания // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. -2011. -№3(39). -С.31-37.

II. В других изданиях:

1. Кирилина, Т.В., Тюрина, М.Й., Красников, Г.В. Синхронизация колебаний кровотока как показатель баланса центральных и локальных механизмов регуляции в системе микроциркуляции кожи человека // Введение инновационных технологий в деятельность университета: Материалы XXXV научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава ТГПУ им. Л.Н. Толстого: В 2 ч. - Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2008. - Ч.1. -С.241-243.

2. Тюрина М.Й. Эффекты управляемого дыхания на уровне системы микроциркуляции в коже человека // Исследовательский потенциал молодых ученых: взгляд в будущее: Сборник материалов VI региональной научно-практической конференции аспирантов, соискателей и молодых ученых. - Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2010. -С. 363-365.

3. Тюрина М.Й., Красников Г.В. Респираторно-зависимые колебания микроциркуляторного кровотока кожи человека при произвольном дыхании // Биология - наука XXI века: Сборник тезисов 14-ой международной Пущинской школы-конференции молодых ученых в 2-х томах. - Пущино: М. типография «ИП Скороходов В.А.», 2010. -Т.1. -С. 186.

4. Алексеев В.С., Тюрина М.Й., Красников Г.В., Танканаг А.В., Пискунова Г.М., Чемерис Н.К. Частотно-зависимые эффекты произвольного дыхания на уровне микроциркуляторного кровотока кожи и регуляции ритма сердца у человека // Тезисы докладов XXI Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. -М. -Калуга: Изд-во «БЭСТ-принт», 2010. -С.19.

5. Тюрина М.Й., Красников Г.В., Танканаг А.В., Пискунова Г.М., Чемерис Н.К. Резонансное взаимодействие колебаний кровотока в системе микроциркуляции кожи у человека при управляемом дыхании // Тезисы докладов XXI Съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. -М. -Калуга: Изд-во «БЭСТ-принт», 2010. -С. 627-628.