Влияние пролонгированного светового воздействия на вегетативную регуляцию сердечного ритма

Биологические науки

ВЛИЯНИЕ ПРОЛОНГИРОВАННОГО СВЕТОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВЕГЕТАТИВНУЮ РЕГУЛЯЦИЮ СЕРДЕЧНОГО РИТМА

А.,

Кафедра анатомии, физиологии и гистологии, *****@***ru

,

зав. каф. клинических дисциплин, д. м.н.

Тамбовский государственный университет имени , Тамбов,

Показано, что интенсивный свет в течение 10 дней воздействия вызывает изменения регуляции сердечного ритма, зависящие от исходного состояния вегетативного равновесия организма человека и сохраняющиеся на протяжении еще 9 дней после светового воздействия.

Ключевые слова: вариабельность сердечного ритма, интенсивный свет.

Целью исследования явилось изучение процессов вегетативной регуляции СР после пролонгированного светового воздействия у лиц юношеского возраста.

Материалы и методы

В исследование включено 35 человек (юноши и девушки) в возрасте от 17 до 24 лет (20,3±1,7). Регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) проводилась с использованием аппаратно-программного комплекса CONAN (НПО «Информатика и компьютеры», Москва) для электрофизиологических исследований. Запись ЭКГ проводилась в состоянии спокойного бодрствования в утренние часы до и после 30 минут действия интенсивного света (ИС), на 3-й, 5-й, 7-й и 9 дни светового воздействия, а также на 1-й, 3-й, 5-й, 7-й и 9-й дни последействия. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) у испытуемых контрольной группы регистрировали в состоянии относительного покоя, после 30 минут спокойного бодрствования, на 3-й, 5-й, 7-й, и 9 дни исследования при отсутствии дополнительного воздействия ИС.

Оценка ВСР проводилась с использованием методов временного и спектрального анализа. Изучались следующие показатели: длительность RR интервалов (RR сред., мс), ЧСС (частота сердечных сокращений, уд. мин.), SDNN (стандартное отклонение, мс), RMSSD (квадратный корень из суммы квадратов разности величин последовательных пар интервалов NN, мс), VLF (Very Low Frequency - мощность в % очень низкочастотных компонентов ВСР), LF (Low Frequency - мощность в % низких частот), HF (High Frequency - мощность в % высоких частот) и соотношение LF/HF, характеризующее вегетативный баланс. В качестве источника ИС использовалась лампа «Golite» (Apollo Health, Inc, USA).

Статистическую обработку полученных данных осуществляли с помощью стандартных методов, в рамках которых определяли средние значения анализируемых показателей (М), их стандартное отклонение (SD) и t-критерий Стъюдента, с использованием пакета программ Statistica 6.0 (StatSoft, USA).

Результаты исследования

Статистическая обработка показателей временного и спектрального анализа, зарегистрированных до начала 10-дневного светового сенсорного воздействия, показала значительный разброс значений LF/HF, свидетельствующий о наличии выраженной разницы по балансу вегетативных влияний на СР внутри исследуемой выборки, что вероятно повлияло на результаты исследования в общей группе. Динамика показателей ВСР в группах испытуемых с разным исходным состоянием системы регуляции СР в состоянии спокойного бодрствования при пролонгированном световом воздействии представлена в таблице 1 и при его отсутствии в таблице 2.

Таблица 1. Динамика показателей ВСР в группах испытуемых с разным исходным состоянием системы регуляции в состоянии спокойного бодрствования при пролонгированном световом воздействии.

Этапы исследования	RR ср, мс	ЧСС, уд. мин	SDANN, мс	RMSSD, мс	pNN50, %	VLF, %	LF, %	HF, %	LF/HF, у. е.
Световое воздействие	1 фон	M±s	829,82± 114,73	73,29 ±10,49	63,65 ±29,45	55,16 ±32,67	32,92 ±23,49	22,71 ±5,92	34,42 ±4,60	42,87 ±8,07	0,85 ±0,27
1 свет	M±s	876,97 ±124,38	69,32 ±10,38	66,21 ±25,73	59,29 ±28,18	37,44 ±22,39	20,77 ±6,77	34,60 ±4,80	44,63 ±8,37	0,82 ±0,24
­D%	5,68***	-5,42***	4,02	7,49	13,73**	-8,45**	0,52	4,11*	-3,53
3	M±s	845,18 ±141,80	72,50 ±12,80	57,41 ±26,89	51,39 ±31,45	32,35 ±24,36	21,59 ±6,66	34,10 ±5,01	44,31 ±8,43	0,82 ±0,26
­D%	1,85	-1,08	-9,80*	-6,84	-1,76	-4,93	-0,93	3,36	-3,53
5	M±s	832,71 ±124,95	73,09 ±11,21	59,06 ±26,33	55,94 ±35,42	31,09 ±24,41	20,81 ±5,91	34,11 ±5,33	45,08 ±8,69	0,80 ±0,27
­D%	0,35	-0,27	-7,21	1,41	-5,56	-8,37	-0,90	5,16*	-5,88
7	M±s	794,00 ±124,23	77,03 ±13,14	52,32 ±23,53	46,37 ±32,50	26,25 ±15,39	23,32 ±6,32	34,05 ±4,79	42,64 ±9,19	0,86 ±0,29
­D%	-4,32*	5,10	-17,80**	-15,94*	-20,26**	2,64	-1,08	-0,54	1,18
9	M±s	848,91 ±110,23	71,41 ±9,58	57,09 ±24,36	52,46 ±28,24	33,89 ±23,59	20,35 ±5,02	34,55 ±4,37	44,22 ±7,68	0,86 ±0,29
­D%	2,30	-2,57	-10,31	-4,89	2,86	-10,39	0,38	3,15	1,18
Последействие	1	M±s	811,94 ±141,41	74,32 ±12,22	58,85 ±32,63	55,34 ±38,31	32,68 ±24,42	21,00 ±5,39	34,81 ±4,03	44,19 ±8,01	0,83 ±0,23
D%	-2,15	1,41	-7,54	0,33	-0,73	-7,53	1,13	3,08	-2,35
3	M±s	787,91 ±105,93	77,03 ±10,99	55,41 ±22,84	49,67 ±29,14	28,05 ±12,25	22,18 ±5,28	34,38 ±4,57	43,45 ±7,48	0,83 ±0,22
­D%	-5,05**	5,10*	-12,95	-9,95	-14,79	-2,33	-0,12	1,35	-2,35
5	M±s	832,65 ±111,94	72,88 ±10,52	57,12 ±22,39	52,81 ±32,04	33,08 ±23,78	21,38 ±5,56	34,32 ±5,97	44,30 ±8,54	0,82 ±0,26
­D%	0,34	-0,56	-10,26	-4,26	0,49	-5,86	-0,29	3,34	-3,53
7	M±s	836,94 ±121,72	72,65 ±10,54	58,18 ±20,90	53,12 ±29,37	33,29 ±23,35	22,07 ±5,92	32,98 ±5,66	44,95 ±8,24	0,77 ±0,25
­D%	0,86	-0,87	-8,59	-3,69	1,12	-2,82	-4,18	4,85*	-9,41
9	M±s	830,47 ±142,78	74,00 ±13,34	55,26 ±25,29	52,13 ±34,21	30,79 ±24,52	22,31 ±6,23	33,39 ±5,85	44,29 ±8,04	0,79 ±0,26
­D%	0,08	0,97	-13,18	-5,49	-6,47	-1,76	-2,99	3,09	-7,06

Примечание: 1-9 - дни исследования; статистическая достоверность по сравнению с исходным состоянием * - при р≤0,1; **- при р≤0,05; ***- при р≤0,01. D% рассчитаны по отношению к показателям, зарегистрированным до начала сенсорного воздействия.

Таблица 2. Динамика показателей ВСР в группах испытуемых с разным исходным состоянием системы регуляции в состоянии спокойного бодрствования при отсутствии светового воздействия в течении 9 дней.

Этапы исследования	RR ср, мс	ЧСС, уд. мин	SDANN, мс	RMSSD, мс	pNN50, %	VLF, %	LF, %	HF, %	LF/HF, у. е.
При отсутствии светового воздействия	1 фон	M±s	811,72± 121,06	75,16 ±12,03	51,69 ±23,71	46,43 ±28,29	26,75 ±11,75	20,03 ±6,60	35,30 ±6,37	44,03 ±7,47	0,85 ±0,22
1 свет	M±s	836,25 ±123,90	73,16 ±11,31	56,72 ±33,95	52,58 ±43,83	27,66 ±11,12	20,45 ±4,05	34,75 ±6,33	44,15 ±6,04	0,83 ±5,50
­D%	3,02	7,73	9,73	13,25	3,40	2,09	-15,58	0,27	-2,35
3д	M±s	840,72 ±128,49	72,63 ±12,12	58,63 ±26,22	54,34 ±32,28	33,27 ±13,56	21,22 ±6,14	33,52 ±5,36	45,14 ±8,56	0,78 ±0,24
­D%	3,57	-3,37	13,43	17,04	24,37	5,94	-5,04	2,52	-8,24
5д	M±s	833,00 ±142,25	73,53 ±12,71	53,94 ±21,92	47,71 ±27,61	28,82 ±11,16	22,30 ±7,02	33,61 ±5,78	44,00 ±8,59	0,80 ±0,29
­D%	2,62	-2,17	4,35	2,76	7,74	11,33	-4,79	-00,7	-5,88
7д	M±s	840,84 ±105,95	72,16 ±13,66	56,59 ±21,28	52,56 ±30,95	33,25 ±13,05	21,11 ±6,30	33,55 ±4,49	45,65 ±8,95	0,79 ±0,22
­D%	3,59	-3,99	9,48	13,20	24,29	5,39	-4,96	3,68	-7,06
9д	M±s	832,74 ±123,63	73,23 ±11,33	56,39 ±21,84	51,48 ±28,37	32,24 ±13,79	21,25 ±6,67	33,95 ±4,26	44,43 ±8,92	0,82 ±0,26
­D%	2,59	-2,57	9,09	10,88	20,52	6,09	-3,82	0,91	-3,53

В общей группе отмечалось отсутствие стабильности и статистической достоверности измеряемых показателей ВСР, что не позволило сделать выводы о пролонгированном влиянии света на динамику показателей ВСР.

Учитывая исходное состояние вегетативного равновесия, испытуемые были разделены на две подгруппы. В первую подгруппу вошли лица с преобладанием симпатического тонуса (6 человек; LF/HF >1), во вторую - с выраженным доминированием активности парасимпатической регуляции СР (10 человек; LF/HF <1). Были выявлены статистически значимые различия фоновой регуляции СР между этими двумя подгруппами. Первая подгруппа характеризовалась достоверно более высокой симпатической активностью (по показателям LF%, р≤0, LF/HF≤0,00000), более низким уровнем парасимпатических влияний на СР RMSSD, р≤0,001, pNN50, р≤0,00008, HF%, р≤0,00000) (табл. 3) по сравнению со второй подгруппой молодых людей.

Таблица 3 Среднегрупповые значения показателей ВСР в исходном состоянии спокойного бодрствования в группах симпатотоников и выраженных ваготоников

исследуемые показатели ВСР	симпатотоники (M±SD)	выраженные ваготоники (M±SD)	р
RR ср., мс	783,00±107,34	890,60±102,73	0,065
ЧСС, уд. мин	77,50±10,63	67,80±7,96	0,055
SDANN, мс	50,17±11,19	72,00±28,65	0,098
RMSSD, мс	26,49±9,72	73,41±26,49	0,001
pNN50, %	9,61±1,17	51,40±16,44	0,000
VLF, %	31,57±2,72	19,17±3,76	0,000
LF, %	38,43±0,52	29,15±2,93	0,000
HF, %	29,99±3,24	51,69±4,24	0,000
LF/HF, у. е.	1,3±0,16	0,57±0,09	0,000

Примечание: статистическая достоверность (р) по сравнению с симпатотониками.

Динамика характеристик ВСР под влиянием пролонгированного светового воздействия в двух подгруппах испытуемых представлена на рисунках 1 – 5.

Как видно из рисунка 1, в подгруппе выраженных ваготоников сразу после первого 30 минутного сеанса фототерапии отмечалась тенденция к повышению LF/HF на 14% (p≤0,1), которая сохранялась на протяжении всего периода исследования, достигая максимума на 9-й день светового воздействия (в среднем по подгруппе рост LF/HF на 22,81% при p≤0,06). Весь период последействия сохранялось более высокое значение соотношение LF/HF по сравнению с исходным состоянием.

В подгруппе с исходным преобладанием СНС после первого сеанса ИС наблюдалось снижение соотношения LF/HF на 23,08% (p≤0,01), которое сохранялось до 5 дня светового воздействия (рис. 1). На 7 день отмечалось некоторое повышение этого показателя по сравнению с предыдущим днем исследования, однако сниженное значение соотношения LF/HF после светового воздействия сохранялось до последнего дня последействия (динамика LF/HF составляла 32,31%, при p≤0,002)

В период контрольных записей значение вегетативного баланса в обеих группах отличалось нестабильностью, отмечалось как его повышение, так и снижение (таблица 4-5).

Таблица 4 Динамика показателей ВСР у испытуемых с исходно преобладающей активностью симпатической нервной системы в состоянии спокойного бодрствования при отсутствии светового воздействия в течении 9 дней.

Этапы исследования	RR ср, мс	ЧСС, уд. мин	SDANN, мс	RMSSD, мс	pNN50, %	VLF, %	LF, %	HF, %	LF/HF, у. е.
При отсутствии светового воздействия	1 фон	M±s	838,83± 68,99	71,67 ±6,02	43,50 ±9,57	33,85 ±6,53	16,86 ±10,32	18,89 ±5,20	38,45 ±3,08	42,52 ±3,65	0,91 ±0,09
1 свет	M±s	825,33 ±67,76	71,50 ±5,09	47,17 ±10,13	33,82 ±7,96	13,84 ±7,21	21,86 ±1,71	38,54 ±3,23	39,61 ±2,82	0,98 ±0,17
­D%	-1,61	-0,24	8,44	-0,09	-17,91	15,72	0,23	-6,87	7,69
3д	M±s	810,50 ±146,96	75,67 ±13,59	46,83 ±6,34	30,88 ±9,49	13,78 ±12,22	23,13 ±4,57	39,12 ±4,78	39,76 ±5,56	0,94 ±0,15
­D%	-3,38	5,58	7,66	-8,77	-18,27	22,45	1,74	-6,49	3,29
5д	M±s	825,33 ±61,12	72,50 ±5,05	45,00 ±4,89	32,09 ±6,89	14,69 ±10,86	25,17 ±8,37	34,54 ±6,44	40,29 ±2,52	0,86 ±0,14
­D%	-1,61	1,16	3,45	-5,19	-12,87	33,25	-10,17	-5,24	-5,49
7д	M±s	859,50 ±80,17	70,17 ±6,43	44,33 ±8,02	34,53 ±14,34	16,61 ±7,52	23,83 ±3,71	36,79 ±1,81	40,38 ±3,95	0,93 ±0,15
­D%	2,46	-2,09	1,91	2,01	-1,48	26,15	-4,32	-5,03	2,19
9д	M±s	796,33 ±171,30	77,83 ±16,62	40,00 ±5,89	23,91 ±12,32	8,82 ±4,63	25,63 ±6,97	39,08 ±5,69	33,63 ±8,03	1,12 ±0,27
­D%	-5,07	8,59	-8,05	-29,36	-47,69	35,68	1,64	-20,91*	21,98

Таблица 5. Динамика показателей ВСР у испытуемых с исходно выраженной преобладающей активностью парасимпатической нервной системы в состоянии спокойного бодрствования при отсутствии светового воздействия в течении 9 дней.

Этапы исследования	RR ср, мс	ЧСС, уд. мин	SDANN, мс	RMSSD, мс	pNN50, %	VLF, %	LF, %	HF, %	LF/HF, у. е.
При отсутствии светового воздействия	1 фон	M±s	786,75± 122,77	77,63 ±13,84	52,50 ±28,47	58,26 ±37,43	30,58 ±21,02	17,12 ±3,76	32,83 ±5,74	48,59 ±8,22	0,74 ±0,28
1 свет	M±s	813,38 ±125,72	75,00 ±12,88	54,88 ±28,17	53,65 ±37,13	33,29 ±21,77	19,01 ±4,24	32,47 ±5,97	46,87 ±8,05	0,75 ±0,21
­D%	3,38	-3,39	4,53	-7,91	8,86	11,04	-1,09	-3,54	1,35
3д	M±s	835,63 ±91,50	71,63 ±7,15	70,88 ±15,04	74,14 ±22,19	38,29 ±11,98	17,36 ±4,83	30,06 ±4,06	53,52 ±6,16	0,55 ±0,14
­D%	6,21	-7,73	35,01*	27,26	25,21	1,40	-8,44	10,15	-25,68
5д	M±s	841,25 ±174,03	73,25 ±13,69	55,38 ±17,08	65,56 ±37,81	41,08 ±20,98	18,04 ±3,17	32,36 ±5,09	48,02 ±7,84	0,67 ±0,20
­D%	6,93	-5,64	5,49	12,53	34,34	5,37	-1,43	-1,17	-9,46
7д	M±s	868,00 ±125,65	69,63 ±12,45	65,88 ±18,70	69,83 ±23,78	39,09 ±14,36	18,21 ±4,98	30,53 ±3,99	51,94 ±6,24	0,59 ±0,15
­D%	10,33	-10,31	25,49	19,86	27,83	6,37	-7,01	6,89	-20,27
9д	M±s	847,88 ±115,93	72,25 ±9,35	65,00 ±23,20	68,11 ±23,66	42,73 ±18,84	16,19 ±4,61	32,90 ±3,40	51,11 ±4,71	0,63 ±0,09
­D%	7,77	-6,93	23,81	16,91	39,73	-5,43	0,21	5,19	-14,86

Динамика HF волн в группе выраженных ваготоников характеризовалась некоторым снижением на протяжении периода светового воздействия, однако достоверных значений не достигала (рис. 2). Действие ИС на LF волны спектрального диапазона также существенных изменений не оказало, хотя как видно на рисунке 3 отмечалось некоторое повышение их мощности.

В группе симпатотоников период светового воздействия характеризовался постепенным достоверным повышением HF волн, сохраняющийся до последнего дня последействия (рис. 2). Статистически значимое снижение LF частот спектрального диапазона наблюдалось после 30 минутного действия ИС и на 1 день последействия. Общая картина динамики низких частот свидетельствует о незначительном изменении данного показателя в течение всего периода исследования (рис. 3).

Наиболее выраженные изменение мощности VLF частот после длительного светового воздействия мы наблюдали в группе с исходным преобладанием симпатической активности. Как видно на рис. 4 уже после первого дня действия света отмечается снижение VLF% на 14%, которое на 3 день достигает достоверных значений (p≤0,006). Пониженный уровень мощности очень низких частот сохраняется до последнего дня светового воздействия и поддерживается весь период последействия (рис. 4). В группе выраженных ваготоников динамика мощности VLF характеризовалась некоторыми колебаниями показателя, как во время светового воздействия, так и после его завершения, что не позволило выявить существенных изменений данного показателя (рис. 4).

На рис. 5 и 6 представлена динамика временных показателей ВСР после светового воздействия, которая демонстрирует относительную стабильность показателей ЧСС и SDNN в группе выраженных ваготоников. В первый день исследования отмечалось достоверное снижение ЧСС (на 4,4% при р≤0,009), но в последующие дни светового воздействия и с 1 по 7 день последействия значение ЧСС было стабильно выше исходного уровня, с значимым повышением (р≤0,1) на 3 и 5 дни последействия (рис. 5). Общая ВСР по показателю SDNN практически не изменяется на протяжении периода исследования, только на 3 день наблюдалась тенденция к снижению SDNN (р≤0,1) на 18,9%, с восстановлением его значений уже на 5 день светового воздействия. Как видно на графике с 3 дня последействия отмечалось снижение SDNN, однако статистически значимого уровня данный показатель не достигает (рис. 6).

Относительной стабильностью характеризовалась и динамика ЧСС в группе симпатотоников. На рис 5 наблюдается некоторое снижение ЧСС относительно исходного уровня уже после кратковременного действия ИС. На 5 день светового воздействия отмечались тенденции к снижению ЧСС (р≤0,1) и только на 9 день последействия мы зафиксировали достоверное снижение данного показателя на 3,7% (р≤0,03). Динамика SDNN была направлена в сторону уменьшения данного показателя, с достижением статически значимых изменений общей вариабельности на 7 день светового воздействия (р≤0,003) (рис. 6). Следует отметить, что на протяжении всего периода исследования значение ЧСС и SDNN не поднимались выше исходного уровня.

Результаты исследования по выявлению особенностей регуляции СР при пролонгированном световом воздействии свидетельствовали об изменении показателей ВСР в группах, выделенных по исходному вегетативному балансу. Наиболее выраженная ответная реакция со стороны вегетативной нервной системы наблюдалась в группе симпатотоников. Пролонгированное действие света вызывало смещение вегетативного баланса в сторону повышения активности парасимпатической нервной системы, что особенно ярко отражали спектральные показатели ВСР. Полученные изменения вегетативного баланса сохранялись до последнего дня исследования, что свидетельствует о значительном влиянии ИС на механизмы вегетативной регуляции СР. Группа ваготоников характеризовалась менее выраженными изменениями спектральных и временных показателей, однако имеющиеся тенденции позволяют сделать вывод о некотором смещении вегетативного баланса, за счет снижения активности парасимпатической нервной системы и повышения активности симпатической нервной системы. Следовательно, пролонгированное световое воздействие оказывало гомеостатическое действие на уровень функционирования синусового узла, а также способствовало нормализации деятельности сердечно-сосудистой системы в целом, достигавшейся различными путями, определяемыми индивидуальными особенностями хронотропной активности сердца.

Полученные результаты мы объясняем наличием многочисленных связей супрахиазматических ядер (СХЯ) гипоталамуса с различными областями головного мозга, в частности, со структурами среднего мозга [4], таламусом, экстрапирамидными образованиями [1], эпифизом, гипофизом, элементами двигательной системы и вегетативными центрами [2]. Устойчивость эффектов пролонгированного светового воздействия, очевидно, связана с наличием связей зрительных центров с лимбической системой [1], поскольку известно, что эмоции обладают длительным последействием, а при повторных раздражениях их продолжительность существенно увеличивается [3].

Таким образом, ИС в течение 10 дней воздействия вызывал смещение показателей ВСР, свидетельствующие об изменении процессов вегетативного обеспечения СР, зависящие от исходного состояния вегетативного равновесия и сохраняющиеся на протяжении еще 9 дней после светового воздействия. Материалы и выводы проведенного исследования являются актуальными для практического внедрения в различных отраслях производства, для разработки методов немедикаментозной оптимизации и повышения работоспособности организма человека.

Список использованной литературы:

1.  , Бейер ядра гипоталамуса и организация суточного периодизма // Хронобиология и хрономедицина под ред. . М., Триада-Х. 2000.С. 50-64.

2.  , Пишак организация фотопериодической системы головного мозга // Успехи физиологических наук. 2003. Т. 34. №4. С. 37 – 53.

3.  Судаков системных механизмов мозга // Успехи физиолог. наук. 1996. Т.27. №2. С.3 – 27.

4.  Bons N., Combes A., Szafarczyk A., Assenmacher I. Efferences extrahypothalamiques du noyau suprachiasmatique chez le ral // С. R. Acad. Sci. Ser.V. 297. № 6. P. 347-350.