Двухгодичное исследование очень низкочастотного спектра вариабельности ритма сердца в связи с изменениями компонентного состава тела девочек от 10 до 12 лет

Обоснование

Современные представления о сердечно-сосудистой системе как обобщенном индикаторе адаптивных реакций организма позволяют использовать анализ ритма сердечных сокращений для характеристики состояния механизмов регуляции физиологических функций, включая общую активность регуляторных механизмов, нейрогуморальную регуляцию сердца, активность автономной нервной системы и соотношение активностей ее симпатического и парасимпатического отделов [1]. Анализ вариабельности ритма сердца (ВРС) — это современная методология исследования и оценки состояния регуляторных систем организма [2]. Механизмы возникновения и изменения ВСР представляют существенный теоретический и практический интерес. Считается, что ведущую роль в формировании ВСР играют парасимпатические и симпатические влияния на сердце [3][4]. Общепринятым считается, что мощность диапазона высокочастотного спектра HF кардиоинтервалов обусловлена активностью вагуса [3][5]. Однако физиологическая природа волн ВРС, особенно низкочастотного диапазона спектра (LF и VLF), еще окончательно не раскрыта [4][6-8]. Р.М. Баевским с соавт. [3] были определены направления дальнейшего развития методов анализа ВРС, к которым относилось в том числе изучение медленных волн 2-го порядка (VLF) спектра сердечного ритма.

Сердечно-сосудистой системе, кроме выполнения гидродинамических функций, отводится роль согласующего звена во взаимоотношениях механизмов регуляции и информации с морфологическими структурами организма [цит. по: 8]. Хотя онтогенетическая динамика показателей вариабельности РС изучена достаточно хорошо [9-11], работы, посвященные изучению взаимосвязи показателей вариабельности РС и компонентного состава тела детей, носят единичный характер [12]. Особый интерес в этом отношении представляет период полового созревания, которому свойственны значительные морфофункциональные перестройки. По мнению многих авторов, 10-летний возраст у девочек является критическим [13], поскольку в нем усиливаются ростовые процессы многих морфометрических показателей, связанные с начальными стадиями полового созревания. Морфологические изменения во время пубертатного скачка роста могут служить своего рода моделью вариации компонентного состава тела и, в частности, жировой массы тела (ЖМТ) без каких-либо вмешательств в организм человека. Изучение взаимосвязи вариабельности сердечного ритма в связи с изменением компонентного состава тела, с показателями обмена веществ поможет понять физиологический смысл медленных волн 2-го порядка (VLF) спектра сердечного ритма и ответить на вопрос, обладают ли люди с более высокой спектральной мощностью VLF в спектре ВРС лучшей способностью «сжигать» жиры, более легко индуцируя процессы липолиза, чем люди с более низкой мощностью медленных волн сердечного ритма VLF.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Выявить содружественные изменения показателей VLF спектра вариабельности ритма сердца и компонентного состава тела у девочек в ходе двухгодичного исследования в возрастном промежутке от 10 до 12 лет.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Место и время проведения исследования

Место проведения. Исследование проводилось в Алтайском государственном университете на кафедре зоологии и физиологии.

Период исследования: сентябрь 2021 – сентябрь 2023 гг.

Изучаемые популяции (одна или несколько)

Изучалась одна популяция

Критерии включения: пол — женский, возраст — на первом этапе исследования возраст от 9 лет 6 месяцев до 10 лет 5 месяцев 29 дней.

Критерии исключения: не применялись. Состав обследуемой группы сокращался приблизительно на 10% в год вследствие выбытия девочек (переезда и т.п.).

Способ формирования выборки из изучаемой популяции (или нескольких выборок из нескольких изучаемых популяций)

Использован сплошной способ формирования выборки.

Дизайн исследования

Двухгодичное открытое неконтролируемое нерандомизированное одноцентровое исследование-наблюдение. Первый замер был проведен в сентябре 2021 г. Повторные исследования проводились с интервалом в один год.

Описание медицинского вмешательства (для интервенционных исследований)

В рамках исследования проводились антропометрия, биоимпедансометрия с изучением композитного состава тела человека, электрокардиография.

Методы

Антропометрические исследования включали измерение длины тела (ДТ), массы тела (МТ). Массо-ростовые отношения оценивались посредством использования индекса массы тела (ИМТ=МТ(кг)/ДТ(м²).

Для характеристики уровня полового развития использовалась комплексная фенотипическая оценка полового развития по J. Tanner [14]. При оценке степени полового созревания использовали методику Л.Г. Тумилович и соавт. [15], в основу которой положена цифровая (балльная) оценка степени развития каждого полового признака и их биологической значимости. Известно, что вторичные половые признаки появляются в строгой последовательности: вначале начинают развиваться молочные железы (телархе, Ма), затем происходит скачок роста, и появляется лобковое оволосение (пубархе, Р), далее — оволосенение в подмышечных впадинах (аксилархе, Ах), и только после этого возникает менархе (Ме) [14]. По половой формуле рассчитывали балл полового развития (БПР) (МаРАхМе) [15].

Компонентный состав тела оценивали при помощи аппарата для биоимпедансометрии АВС-01 «Медасс», который позволяет определять жировую массу в абсолютных (ЖМТ, кг) и относительных единицах (ЖМТ%), тощую безжировую массу, активную клеточную массу, массу скелетной мускулатуры, общее количество жидкости в организме, внеклеточную жидкость, основной обмен (ОО), удельный основной обмен (УОО), нормированный ОО (НОО) (ОО/кг тощей массы тела).

Исследование ВРС осуществляли с использованием электрокардиографа «Поли-спектр-8\ЕX» на пятиминутных записях с применением программного обеспечения фирмы «Нейрософт» (г. Иваново, РФ). Электроды накладывались в стандартных отведениях. Изучали спектральные показатели ВРС: VLF (мс², %) — мощность волн в диапазоне очень низких частот (0–0,04 Гц), LF (мс², %) — мощность волн в диапазоне низких частот (0,04–0,15 Гц), HF (мс², %) — мощность волн в диапазоне высоких частот (0,15–0,4 Гц), ТР (мс²) — общую мощность спектра.

Статистический анализ

Принципы расчета размера выборки

Размер выборки предварительно не рассчитывался.

Статистические расчеты были выполнены с использованием программного обеспечения SPSS 21.0. Принято, что показатели ВРС имеют лог-нормальное распределение [13], поэтому все показатели ВРС анализируются с применением непараметрических критериев. В таблицах и тексте количественные признаки, имеющие нормальное распределение, представлены в виде среднего арифметического (М), ошибки среднего (SЕ); величины с отличным от нормального распределением — в виде медианы (Ме) и перцентильного ранжирования (Q_25-75 — 25 и 75 перцентили). Выборки данных проверяли на нормальность распределения, для чего был использован критерий Шапиро-Уилка при уровне значимости р>0,05 для групп с N<30, критерий Колмогорова-Смирнова для групп с N>30. Для сравнения трех независимых групп с распределением, отличающемся от нормального, использовали критерий множественного сравнения Краскала-Уоллиса. При сравнении возрастных изменений применяли критерий Вилкоксона для зависимых выборок. Различия значений исследуемых параметров считали статистически значимыми при 95% пороге вероятности (р<0,05). Анализ корреляционных связей признаков проводили непараметрическим методом корреляции по Спирмену с расчетом коэффициента корреляции и уровнем р.

Этическая экспертиза

Протокол исследования был одобрен Локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО «Алтайский государственный университет» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, протокол №8 от 30.11.2023 г. Представители (родители) участников исследования подписали информированное согласие до включения в исследование и согласие для обработки персональных данных.

Результаты

На первом этапе исследования было обследовано 77 девочек в возрасте 10 лет. Продольные исследования осложняются тем, что состав обследуемой группы неизбежно меняется — сокращается приблизительно на 10% в год. Окончательной обработке подвергнуты результаты обследования 60 человек. Характеристика обследованных лиц представлена в таблице 1.

Основные результаты исследования

Взятый нами возрастной диапазон позволил получить широкое варьирование прироста показателя ИМТ (Ме — 0,55, Q_25-75 — 0,12–0,72, Min — -1,5, Max — 4,6 кг/м²) от 10 до 11 лет от отрицательных до положительных значений, что сопровождалось соответствующими изменениями ЖМТ в абсолютных (кг) и относительных единицах (%). У 50% девочек наблюдалась отрицательная динамика ЖМТ%, у 8% ЖМТ% не изменилась, у 42% наблюдался прирост ЖМТ%. Средний прирост относительной жировой массы тела составил (Ме) 0,0 % (Q_25-75 — -2,9÷3,0). Показатель дельт ЖМТ% в представленной выборке варьировал от -18% (Min) до +17% (Max). Мы разделили выборку на три группы: 1 — девочки, отрицательный прирост ЖМТ% у которых был менее 25-го центиля (<-2,9%), 2 — девочки, у которых прирост ЖМТ% находился в диапазоне от 25-го до 75-го центиля (-2,9÷3,0%), 3 — девочки, у которых прирост ЖМТ% был выше 75-го центиля (>3,0%). Погодовая динамика ЖМТ у девочек трех групп представлена в таблице 2. К 12 годам у девочек первой и второй групп увеличивалась ЖМТ, у девочек третьей группы не менялась. Девочки первой группы характеризовались максимальными темпами (8,3±1,18 см/год) годового прироста ДТ от 10 до 11 лет по сравнению со второй (6,4±0,32 см/год) и третьей (6,3±0,93 см/год) группами. Отрицательная динамика ЖМТ у девочек первой группы, возможно, связана с более высокими темпами роста.

Половая формула и балл полового развития девочек представлена в таблицах 3, 4. Из таблицы 4 видно, что у девочек первой группы минимальный, у девочек третьей группы — максимальный БПР. У девочек третьей группы к возрасту 12 лет наблюдается максимальное увеличение БПР (табл. 4), хотя различия не являются значимыми между группами.

Спектральные показатели ВРС в изученной выборке представлены в таблице 5. От 10 до 12 лет снижается общая мощность спектра (TP, мс²) за счет падения абсолютной мощности низкочастотной (LF, мс²) и высокочастотной (HF, мс²) составляющих в ВРС.

По результатам спектрального анализа ВРС выявлены изменения частотных составляющих колебаний ритма сердца (РС). В первой группе обнаружено статистически значимое преобладание абсолютной спектральной мощности диапазона очень медленных волн VLF (мс²) в спектре РС. К возрасту 11 лет в первой группе статистически значимо повышалась, а к возрасту 12 лет снижалась абсолютная (мс²) и относительная (%) мощность колебаний очень низкочастотной составляющей VLF в ВРС (табл. 6). В третьей группе, напротив, к возрасту 11 лет статистически значимо снижалась, а к возрасту 12 лет не изменялась абсолютная (мс²) мощность колебаний очень низкочастотной составляющей VLF в ВРС, относительная (%) мощность волн VLF снижалась к возрасту 11 лет, а затем повышалась к возрасту 12 лет.

Определенный интерес представляет изучение мощности диапазона VLF в его соотношении с общими показателями обмена, а также сопоставление показателей обмена веществ и ЖМТ%. В нашем исследовании показатель VLF (мс²) связан положительной умеренной связью с величиной ОО в возрасте 10 лет (r=0,314, р=0,013). В свою очередь в этом же возрасте показатель ЖМТ% связан отрицательной связью средней силы с показателем ОО (r=–0,681, р<0,001).

Показатель ОО в возрасте 10 лет связан положительными связями как с показателем БПР, так и с отдельными параметрами полового созревания: телархе (Ма), аксилархе (Ах) (табл. 7). К возрасту 11 лет связи между ОО и БПР, Ма усиливаются, а между ОО и Ах — ослабевают. В возрасте 12 лет появляется положительная корреляционная связь между ОО и пубархе (Р). Показатель нормированного ОО (ОО/кг ТМТ) связан отрицательными связями с показателем БПР и с отдельными параметрами полового созревания: Ма, Ах. Иными словами, чем более высокие темпы полового созревания наблюдаются у девочек, тем ниже у них интенсивность обмена веществ. К возрасту 11 лет эти связи между НОО и БПР, Ма также усиливаются, а между НОО и Ах ослабевают. В возрасте 12 лет показатель ЖМТ% связан отрицательной связью с показателем пубархе.

Дополнительные результаты исследования

Прирост дельт абсолютной мощности волн VLF (мс²) с увеличением дельт ЖМТ% описывается уравнением:

y = -38,59х – 55,54

(при достоверности аппроксимации данных 33%) (рис. 1).

Изменение VLF (мс²) на 33% связано с изменением ЖМТ% (R²=0,326, р<0,01). Величина R² указывает на умеренную силу связи между этими показателями. Из рис. 1 видно, что при увеличении дельт ЖМТ% снижается дельта абсолютной (VLF, мс²) мощности колебаний очень низкочастотной составляющей кардиоритма. Коэффициент корреляции (r=–0,571, р<0,001) также указывает на умеренную силу отрицательной связи между этими показателями. Прирост дельт относительной мощности волн VLF (%) с увеличением дельт ЖМТ% описывается уравнением: y = -0,761х + 2,432 (при достоверности аппроксимации данных 25%) (рис. 2).

Изменение VLF (%) на 25% связано с изменением ЖМТ% (R²=0,253, р<0,01). Из рис. 2 видно, что при увеличении дельт ЖМТ% снижается дельта относительной (VLF%) мощности колебаний очень низкочастотной составляющей кардиоритма. Коэффициент корреляции (r=–0,503, р<0,001) также указывает на умеренную силу отрицательной связи между этими показателями.

Обсуждение

Сопоставление с другими публикациями

Возраст позиционируется в качестве одной из потенциальных детерминант, значительно модифицирующих ВРС [16][17]. Полученные нами данные, касающиеся вариабельности РС в данном возрастном промежутке, воспроизводят ранее представленные результаты [18] — от 10 до 12 лет снижается общая мощность спектра (TP, мс²).

Полученные нами данные позволяют говорить о том, что лица с максимальной абсолютной спектральной мощностью диапазона очень медленных волн VLF (мс²) продемонстрировали большее снижение ЖМТ%. Абсолютная (мс²) и относительная (%) мощность колебаний очень низкочастотной составляющей VLF в ВРС демонстрируют увеличение в ответ на снижение ЖМТ% и, напротив, уменьшение в ответ на увеличение ЖМТ%. Хотя реакции VLF более выражены на уменьшение ЖМТ%, чем на ее увеличение. Полученные нами результаты согласуются с рядом исследований, посвященных изучению связи VLF-компоненты ВРС с метаболическими процессами в организме. J. Pumprla et al. обнаружили увеличение спектральной мощности очень низкой полосы частот VLF при бесконтактном радиочастотном воздействии на подкожный жир в брюшной полости, которое сопровождалось уменьшением окружности живота и снижением ЖМТ%. Пациенты с более высокой начальной мощностью VLF продемонстрировали значительно большее снижение окружности живота и ЖМТ% путем коррекции радиочастотным воздействием, чем те, которые имели более низкую начальную спектральную мощность VLF. Авторы объяснили полученные результаты тем, что более сильное снижение процентного содержания телесного жира после серии лечения наблюдалось у пациентов с более высоким начальным уровнем адипонектина, который коррелировал с мощностью VLF волн [19].

Возможно, более высокие значения VLF-компоненты спектра, отмеченные у девочек со снижением ЖМТ% к 11 годам, связаны с процессами образования и использования энергии, происходящими в организме в ходе пубертата. Действительно, по мнению ряда авторов, диапазон 20–30-секундных колебаний (VLF) отражает уровень основного обмена (что подтвердилось в нашем исследовании), терморегуляции, эрготропных функций [20]. Существует также мнение, что VLF является хорошим индикатором управления метаболическими процессами [21]. О тесной связи VLF-компоненты ВРС с метаболическими процессами в организме свидетельствуют исследования, в которых показано, что суточная динамика уровня концентрации в сыворотке крови гормона жировых клеток — лептина — полностью повторяет суточную динамику VLF-компоненты ВРС [21]. Известно, что в биологических системах существует тесная связь между информационными и энергетическими процессами как на уровне клетки, так и на системном уровне. Медленные колебания метаболических процессов в организме необходимы для передачи биохимической информации в виде концентрационных волн на макроскопические расстояния за время, которое на несколько порядков меньше, чем время диффузии. Такое быстрое прохождение биохимической информации — одно из необходимых условий функционирования организма [цит. по: 20]. Результаты исследования служат еще одним доказательством метаболического происхождения VLF-волн.

Ограничения исследования

Ограничением данного исследования является неравночисленность выборок лиц с различной погодовой динамикой ЖМТ. При увеличении объема выборки групп результаты исследования могут быть уточнены.

Направления дальнейших исследований

Планируется увеличение мощности исследования путем увеличения размера выборки.

Заключение

Взятый нами возрастной диапазон позволил получить широкое варьирование прироста показателя ЖМТ от отрицательных до положительных значений. Положительная динамика ЖМТ связана с относительно ускоренным половым созреванием, отрицательная — с более высокими темпами роста (вытягиванием в длину). Чем более высокие темпы полового созревания наблюдаются у девочек, тем ниже у них интенсивность обмена веществ. У девочек пубертатного возраста изменение композитного состава тела с уменьшением жировой массы связано с увеличением абсолютной (мс²) и относительной (%) мощности колебаний очень низкочастотной составляющей VLF в ВРС. Проведенные нами исследования подтверждают актуальность использования ВРС при оценке влияния изменения компонентного состава тела на деятельность сердечно-сосудистой системы.

Дополнительная информация

Источники финансирования. Работа выполнена по инициативе авторов без привлечения финансирования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Филатова О.В. — концепция и дизайн исследования, анализ и интерпретация данных, переработка первого варианта статьи на предмет важного интеллектуального содержания, окончательное утверждение рукописи; Шишкина Н.А. — получение, анализ и интерпретация данных, подготовка первого варианта статьи.

Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.

Благодарности. Авторы статьи выражают благодарность Ворониной Инне Юрьевне, доценту кафедры зоологии и физиологии АлтГУ за оказание технической помощи и помощи в переводе.