Введение
Мера наказания в виде лишения свободы занимает ведущую роль в сфере стрессогенных факторов [1]. По уровню негативного воздействия на регуляторные системы организма пенитенциарный (тюремный) стресс сравним с утратой близкого родственника, уничтожением собственного жилого помещения, разрушающими последствиями стихийных бедствий [2]. Основу негативного влияния психического характера у несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях ФСИН России составляет явление тюремной депривации [3]. Тюремная депривация в совокупности с рядом характерных для учреждений уголовно-исполнительной системы факторов ведет к развитию пенитенциарного стресса, проявляющегося, прежде всего, в виде функционального напряжения физиологических систем жизнеобеспечения организма [4]. Информативным маркером выявления признаков эмоционального и функционального напряжения вследствие тюремной депривации является состояние сердечно-сосудистой системы организма [5]. Вариабельность сердечного ритма — это естественные изменения интервалов между сердечными сокращениями нормального синусового ритма сердца, которые являются универсальным показателем функционального состояния организма при любом виде деятельности [6]. Основу метода составляет регистрация последовательного ряда кардиоинтервалов (R—R) с последующим математическим анализом многоуровневой структуры влияния вегетативной нервной системы на сердечно-сосудистую систему [7]. Изменения сердечного ритма и показателей вазомоторного сосудистого центра являются важным звеном в адаптации организма к условиям внешней и внутренней среды, что открывает возможности для использования характеристик сердечного ритма и показателей гемодинамики, выражающихся в адекватной реакции организма на ортостатическое воздействие, для оценки функционального состояния организма в целом [8].
Цель исследования — изучение воздействия тюремной депривации на приспособительные регуляторные механизмы вегетативной нервной системы несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях ФСИН России.
Материал и методы
Для оценки предрасположенности к неинфекционным заболеваниям сердечно-сосудистой системы и нарушению работы вегетативной нервной системы изучены данные вариабельности сердечного ритма у 39 несовершеннолетних осужденных мужского пола. Средний возраст обследуемой группы составил 17±1 год.
Все несовершеннолетние осужденные были ознакомлены с целью и задачами исследования, с их стороны было получено информированное согласие на участие в исследовании.
Регистрация ЭКГ-сигнала осуществлялась с помощью комплекса Варикард 2.51 во II стандартном отведении. При анализе интервалокардиограмм применялась программа «Иским-6». В качестве способа определения исходного вегетативного тонуса была принята интепретация показателей вариабельности сердечного ритма и типов регуляции сердечного ритма на основе интервалокардиограмм, зарегистрированных в течение 5 мин строго в горизонтальном положении лежа на спине [9]. Оценка показателей вариабельности сердечного ритма проводилась в соответствии с рекомендациями рабочей группы Европейского общества кардиологов и Североамериканского общества кардиостимуляции и электрофизиологии [10]. В основу интерпретации данных анализа вариабельности ритма сердца положено представление о наличии центрального и автономного контуров управления сердечным ритмом, среди которых выделяют четыре типа вегетативной регуляции: I тип — умеренное преобладание центральной регуляции; II тип — выраженное преобладание центральной регуляции; III тип — умеренное преобладание автономной регуляции; IV тип — выраженное преобладание автономной регуляции (табл. 1) [9].
Таблица 1. Распределение типов регуляции сердечного ритма автономного и центрального контуров вегетативной нервной системы
| Тип регуляции сердечного ритма | Критерии отбора типов вегетативной регуляции сердечного ритма | Интерпретация полученных данных вариабельности сердечного ритма | |
| I | SI >100 усл.ед. | VLF >240 мс2 | Умеренное преобладание симпатической и центральной регуляции сердечного ритма, снижение активности автономного контура регуляции. Умеренное напряжение регуляторных систем организма |
| II | SI >100 усл.ед. | VLF <240 мс2 | Выраженное преобладание симпатической регуляции сердечного ритма. Резкое увеличение активности центральной регуляции над автономной. Сниженное функциональное состояние регуляторных систем. Состояние вегетативной дисфункции |
| III | 25 | VLF >240 мс2 | Умеренное преобладание парасимпатической активности. Баланс автономного и центрального контура вегетативной регуляции в физиологической норме. Оптимальное состояние регуляторных систем организма |
| IV | SI <25 усл.ед. | VLF >500 мс2 TP >8000—10 000 мс2 | Выраженное преобладание парасимпатического отдела вегетативной нервной системы над симпатическим. Этот тип регуляции может иметь как патологический, так и физиологический характер, а также может отражать состояние переутомления, перенапряжения или различных дисфункций синусного узла и нарушение ритма и проводимости |
Применяли следующие показатели:
— HR (уд/мин) — частота пульса, отражает средний уровень функционирования систем кровообращения [9];
— MxDMn (мс) — разность между максимальным и минимальным значениями кардиоинтервалов, отражает максимальную амплитуду регуляторных влияний вегетативной нервной системы [9];
— SDNN (мс) — стандартное отклонение полного массива кардиоинтервалов, отражает суммарный эффект вегетативной регуляции кровообращения, значения 40—80 мс составляют норму реакции [11];
— SI (усл.ед.) — стресс-индекс регуляторных систем, отражает степень преобладания центральных механизмов регуляции над автономными в вегетативной нервной системе, в норме значения 80—150 усл.ед. [11];
— Мо (мода) — начальное значение диапазона наиболее часто встречающихся R—R интервалов;
— AMo50 (%/50 мс) — амплитуда моды, условный показатель активности симпатической регуляции вегетативной нервной системы [9];
— TP (мс2) — суммарная площадь спектра показателей HF (мс2); LF (мс2); VLF (мс2); ULF (мс2), отражает суммарный абсолютный уровень активности регуляторных систем, имеет значения нормы в диапазоне 800—1500 мс2 [8];
— HF (мс2) — значение суммарной мощности спектра высокочастотного компонента вариабельности сердечного ритма, отражает уровень активности парасимпатического звена вегетативной регуляции;
— LF (мс2) — значение суммарной мощности спектра низкочастотного компонента вариабельности ритма сердца, отражает уровень активности вазомоторного центра нервной системы;
— VLF (мс2) — значение суммарной мощности спектра очень низкочастотного компонента вариабельности сердечного ритма, отражает уровень активности симпатического звена вегетативной регуляции преимущественно надсегментарных отделов;
— ULF (мс2) — значение суммарной мощности ультранизкочастотного компонента спектра.
Оценка показателей вариабельности сердечного ритма у несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях проводилась с использованием ортостатической пробы. Основу ортостатической пробы составлял ЭКГ-сигнал, который регистрировался одномоментно и однократно в первой половине дня в отдельном помещении без постороннего шума общей продолжительностью 11 мин: индекс напряжения (ИН) исходного фона (ИНфон) — 5 мин строго в горизонтальном положении лежа на спине, под головой небольшой мягкий плоский валик; переходный период — 1 мин; ИН в ортостазе (ИНорт) — 5 мин в положении стоя).
Формулы расчета:
ИН=АМо/2·Мо·MxDMn;
ИНфон=АМофон/2·Мофон·MxDMnфон;
ИНорт= АМоорт/2·Моорт·MxDMnорт [12].
По данным ортостатической пробы к исходному вегетативному фону определялась вегетативная реактивность, т.е. реакция автономной нервной системы, возникающая на внешние и внутренние раздражители с учетом исходного вегетативного тонуса из расчета отношения ИНорт к ИНфон, регистрируемому в положении лежа по формуле: ИНорт/ИНфон.(табл. 2) [12].
Таблица 2. Распределение типов вегетативной реактивности по данным анализа вариабельности ритма сердца у несовершеннолетних осужденных в зависимости от индекса напряжения исходного фона
| Исходный вегетативный тонус | Вегетативная реактивность | |||
| асимпатикотоническая | нормальная | гиперсимпатикотоническая | ||
| Ваготония | ИНфон <30 усл.ед. | <1,1 | 1,1—3,0 | >3,0 |
| Нормотония | ИНфон 30—60 усл.ед. | <1,0 | 1,0—2,5 | >2,5 |
| ИНфон 61—90 усл.ед. | <0,9 | 0,9—1,8 | >1,8 | |
| Симпатикотония | ИНфон 91—160 усл.ед. | <0,7 | 0,7—1,5 | >1,5 |
| Гиперсимпатикотония | ИНфон >160 усл. ед. | <0,5 | 0,5—1,2 | >1,2 |
Статистическая обработка данных проведена с применением пакета прикладных программ Excel 2013 и SPSS 22.0. Использовались стандартные методы вариационной статистики, включающие вычисление средних арифметических, стандартных отклонений, стандартных ошибок среднего. Оценка достоверности различий средних осуществлялась с помощью U-критерия Манна—Уитни. Различия при уровне значимости p<0,05 расценивались как достоверные.
Результаты и обсуждение
В ходе анализа данных вариабельности ритма сердца несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях I и IV тип регуляции ритма сердца был установлен у 7,7% обследованных, 17,9% обследованных относились к группе с преобладанием II типа вегетативной регуляции ритма сердца, 66,7% осужденных имели III тип вегетативной регуляции ритма сердца (рис. 1).
Рис. 1. Распределение типов вегетативной регуляции ритма сердца несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях ФСИН России.
Несовершеннолетние осужденные с умеренным и выраженным преобладанием центральной регуляции сердечного ритма (I и II тип) отстают по уровню зрелости регуляторных систем от сверстников с преобладанием автономной регуляции (III и IV), что отражается на функциональном состоянии и адаптационно-приспособительных возможностях организма [9, 13, 14]. Из этого следует, что несовершеннолетние осужденные с I и II типом вегетативной регуляции сердечного ритма более предрасположены к развитию неинфекционных заболеваний сердечно-сосудистой системы. Высокий показатель (66,7%) умеренного преобладания автономной регуляции сердечного ритма (III тип вегетативной регуляции) свидетельствует о наличии у этой группы несовершеннолетних осужденных достаточных компенсаторных возможностей организма, что является признаком устойчивости к развитию патологий сердечно-сосудистой системы [9, 15].
I тип вегетативной регуляции ритма сердца характеризуется умеренным повышением симпатического тонуса вегетативной нервной системы, что подтверждается данными временны́х и спектральных показателей сердечного ритма. При этом необходимо отметить, что частота сердечных сокращений находится в физиологическом диапазоне (HR=75,7±12,7 уд/мин), SDNN и AMo50 умеренно повышены, а SI превышает физиологические значения. В спектральном анализе прослеживается умеренно низкая величина TP, а LF-волны преобладают над HF, LF, VLF- и ULF-волнами.
При II типе вегетативной регуляции ритма сердца наблюдается выраженное повышение частоты сердечных сокращений (HR=80,7±3,1 уд/мин), SDNN имеет патологически низкие значения (26,8±4,6 мс) и AMo50 значительно превышает физиологическую норму (101,2±21,3 мс). SI имеет патологически высокое среднее значение (752,2± 292,5 усл. ед.), что свидетельствует об избыточной активации компенсаторных механизмов гуморально-метаболического характера.
Тип III вегетативной регуляции ритма сердца является оптимальным анатомо-физиологическим маркером работы вегетативной нервной системы (табл. 3, 4).
Таблица 3. Среднегрупповые значения временного анализа вегетативной регуляции ритма сердца (ВР) у несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях
| Показатель вариабельности ритма сердца | I тип ВР (n=3) | II тип ВР (n=7) | III тип ВР (n=26) | IV тип ВР (n=3) |
| HR, уд/мин | 75,7±12,7 | 80,7±3,1 | 63,5±1,5## | 60,1±3,3# ‡ |
| MxDMn, мс | 227,3±21,0 | 123,0±17,1* | 356,2±15,5* ## | 279,9±23,0* # ‡‡ |
| SDNN, мс | 51,3±1,1 | 26,8±4,6* | 76,8±3,5* ## | 60,5±5,1* # ‡ |
| AMo50,%/50 мс | 50,3±8,6 | 101,2±21,3 | 31,8±1,5# | 42,4±42,4* |
| SI, усл.ед. | 134,6±8,8 | 752,2±292,5* | 50,0±4,0** ## | 187,7±54,9* # ‡‡ |
Примечание. Здесь и в табл. 4: * — p<0,05; ** — p<0,01 для сравнения с I типом ВР; # — p<0,05; ## — p<0,001 для сравнения со II типом ВР; ‡ — p<0,05; ‡‡ — p<0,01; ‡‡‡ — p<0,001 для сравнения с III типом ВР.
Таблица 4. Среднегрупповые значения спектрального анализа вегетативной регуляции ритма сердца (ВР) у несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях
| Показатель вариабельности ритма сердца | I тип ВР (n=3) | II тип ВР (n=7) | III тип ВР (n=26) | IV тип ВР (n=3) |
| TP, мс2 | 2434,0±38,4 | 744,7±205,2* | 5591,3±481,3* ‡‡‡ | 4468,2±606,0* # ‡ |
| HF, мс2 | 810,3±136,8 | 228,7±72,3* | 2391,8±278,5** ‡‡‡ | 1818,1±256,0* # |
| LF, мс2 | 917,3±216,5 | 319,8±106,4 | 1879,6±234,0‡‡‡ | 1683,8±320,5* # |
| VLF, мс2 | 395,3±92,6 | 117,0±25,7* | 884,8±142,8‡‡‡ | 663,3±95,6* # ‡ |
| ULF, мс2 | 310,3±170,6 | 78,8±2,8 | 435,1±83,9°° | 360,5±55,8# |
При IV типе вегетативной регуляции ритма сердца установить высокую вариативность сердечного ритма, который носит «патологический» или «физиологический» характер, возможно только при динамическом анализе вариабельности сердечного ритма и проведении функциональных проб. При этом у лиц с выраженным преобладанием автономной регуляции сердечного ритма могут наблюдаться при многократных одномоментных исследованиях признаки патологических изменений функции проводимости сердечной мышцы, когда показатели TP >8000—10 000 мс2, VLF>500 мс2 и SI<25 усл.ед. [9].
По данным анализа исходного вегетативного фона было установлено, что 10,3% несовершеннолетних осужденных имели состояние умеренного преобладания симпатического канала автономной нервной системы (симпатикотония), 17,9% — состояние выраженного преобладания симпатической вегетативной нервной системы (гиперсимпатикотония), большинство (51,3%) — состояние умеренного соотношения вегетативного баланса анатомо-физиологических систем организма (нормотония), 20,5% несовершеннолетних осужденных — состояние преобладания парасимпатической автономной нервной системы (ваготония) (рис. 2).
Рис. 2. Распределение несовершеннолетних осужденных по типам исходного вегетативного фона (по данным анализа вариабельности ритма сердца).
Нормальная вегетативная реактивность прослеживалась у 38,5% несовершеннолетних осужденных, что может дать основания о предположении включения физиологических адекватных приспособительных возможностей организма к факторам пенитенциарного отбывания наказания [12, 16]. Гиперсимпатикотоническая вегетативная реактивность наблюдалась у большинства (46,2%) обследуемых, что свидетельствует о наличии у несовершеннолетних осужденных адаптационных возможностей, которых находятся на пределе физиологического порога организма. Асимпатикотоническая вегетативная реактивность у несовершеннолетних осужденных составила 15,4%, что может быть индикатором истощения регуляторных систем организма вследствие чрезмерного воздействия раздражающих внешних и внутренних факторов окружающей среды (рис. 3).
Рис. 3. Распределение несовершеннолетних осужденных по типам вегетативной реактивности.
Выводы
Таким образом, при проведении поперечных (одномоментных и однократных) исследований вегетативного баланса у несовершеннолетних осужденных выявлено, что исходный вегетативный тонус в покое у несовершеннолетних осужденных характеризовался преимущественно (66,7%) умеренным преобладанием автономной регуляции сердечного ритма (III тип ВР), что свидетельствует о наличии достаточных компенсаторных возможностей организма и является признаком устойчивости адаптационных механизмов у несовершеннолетних осужденных в воспитательных колониях.
У 1/3 несовершеннолетних обнаруживаются патологические типы вегетативной реактивности, среди которых пристального внимания заслуживают гиперсимпатикотонический тип (17,9%), который говорит о нарушении режима сна и бодрствования, и ваготонический тип (20,5%), который в своем патологическом варианте свидетельствует о возможности развития синдрома усталых надпочечников.
При анализе вегетативной реактивности показано, что у несовершеннолетних осужденных преобладает гиперсимпатикотонический тип вегетативной реактивности (46%) в ответ на ортостатическую пробу. В то время как нормальный тип отмечается лишь у 39% подростков. Гиперсимпатикотоническая реакция может привести к эндокринному истощению симпатоадреналовой системы организма, что является предпосылкой вегетативного дисбаланса и предрасположенности к срыву адаптационных механизмов у отдельных индивидуумов. А наличие у 15% несовершеннолетних осужденных асимпатикотонической реакции на ортостаз говорит о парадоксальной реакции и также указывает на формирование синдрома усталости надпочечников.
С учетом малочисленности обследованных групп целесообразными будут дальнейшие исследования вегетативной регуляции организма несовершеннолетних осужденных на более статистически многочисленных группах.
Таким образом, в настоящем исследовании с учетом типов исходного вегетативного тонуса и типов вегетативной реактивности сделана попытка изучить воздействие тюремной депривации на приспособительные регуляторные механизмы вегетативной нервной системы методом вариабельности ритма сердца с тем, чтобы выяснить уровень неблагоприятного влияния пенитенциарного стресса на молодой организм несовершеннолетних осужденных, отбывающих наказание в воспитательных колониях Федеральной службы исполнения наказаний России.
Участие авторов: концепция и дизайн исследования — А.А. Бурт; сбор и обработка материала — И.Ю. Сандалов; статистическая обработка данных — А.А. Бурт, И.Ю. Сандалов; написание текста — А.А. Бурт, И.Ю. Сандалов; редактирование — А.А. Бурт.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interest.