Autonóm szabályozás anorexia nervosa, elhízás, túlsúlyos emberek, sportolók esetében
1 Diplomamunka Autonóm szabályozás anorexia nervosa, elhízás, túlsúly, sportolók és normál testsúlyú személyeknél Andreas Oberascher által benyújtott doktori fokozat megszerzésére a grazi orvosi egyetemen az orvostudomány doktorának (Dr. med. Univ.) Fokozatán, a Pathophysiology és Immunológiai Intézet Élettani Humán Kutatóintézet, Weiz, egyetemi-prof- Dr. phil Maximilian Moser Assoz. Prof. Priv.-Doz. Sandra Holasek Graz, Mag.Dr.rer.nat, 2016. november 19
2 Nyilatkozat Becsületemre kijelentem, hogy a jelen munkát önállóan és külső segítség nélkül írtam, hogy a megadottakon kívül semmilyen más forrást nem használtam, és a szó szerint vagy a tartalmat mint olyan tartalmat jelöltem meg. Graz, 2016. november 16. Andreas Oberascher eh. I
7 Tartalomjegyzék Előszó. ii Köszönetnyilvánítás. iii összefoglaló. iv absztrakt. v Tartalomjegyzék. vi Szójegyzék és rövidítések. vii Az ábrák felsorolása. viii táblázatok listája. x 1 Bevezetés Az autonóm idegrendszer A mikrobiom és a mikrobiom-bél-agy tengely Kronobiológia Alvási stressz Gyakorlat és sport Táplálkozás Elhízás Anorexia nervosa Anyag és módszerek A vizsgálat megtervezése és eljárás Az elektrokardiográfia Szívfrekvencia változékonyság Hardver és mérési folyamat A kronokardiogram antropometria Statisztikai eredmények Megbeszélés Irodalomjegyzék Függelék CV vi
8 Szójegyzék és rövidítések EKG elektrokardiográfia NSC Nucleus suprachiasmaticus FSH follikulusstimuláló hormon LH luteinizáló hormon STH szomatotróf hormon BMI testtömegindex TG triglicerid HDL nagy sűrűségű lipoprotein LDL alacsony alacsony sűrűségű lipoprotein EEG mozgás EEG Electroencephalogram SS mozgalom Egg mozgás ERE Electroencephalogram SS mozgalom szünet LRH Energiaérzékelés és étkezési magatartás anorexia nervosa, elhízott, sportolóknál és normál testsúly-szabályozóknál Sinus arrhythmia QPA impulzus-légzés hányados SQ alvásminőség Hz Hertz ATP adenozin-trifoszfát vii
10 34. ábra: A nappali és éjszakai teljes variabilitás percentilis értékeinek dobozdiagramjai csoportos összehasonlításban 35. ábra: A vagális tónus százalékos értékeinek nappali és éjszakai diagramdiagramjai csoportos összehasonlításban 36. ábra: A szimpatikus tónus százalékos értékeinek nappali és éjszakai diagramdiagramjai csoportos összehasonlításban Nappali és éjszakai kvantensek csoportos összehasonlításban 38. ábra A pulzus-lélegző hányadosok nappali és éjszakai négyzetdiagramjai csoport-összehasonlításban 39. ábra A nappali és éjszakai alvásminőség százalékos értékeinek dobozdiagramjai csoportos összehasonlításban 40. ábra A nappali és éjszakai alvásidő abszolút értékeinek dobozdiagramjai csoportos összehasonlításban 41. ábra A pulzus a nappali vagális tónus függvényében (piros) és az éjszaka (kék) csoport-összehasonlításban 42. ábra A pulzusszám az lnlf függvényében nappal (piros) és az éjszaka (kék) csoportos összehasonlításban 43. ábra A pulzusszám a vegetatív hányados függvényében Nap (piros) és Na-nál cht (kék) csoport összehasonlításban ix
11 Táblázatok felsorolása 1. táblázat Az elhízás osztályozása a WHO kritériumai szerint 2. táblázat: Frekvenciatartományok és az intrinzik ritmusok hozzárendelése 3. táblázat: Extrasisztolés és anélküli személyek vizsgálata 4. táblázat: A pulzusok százalékainak mediánértékei nappali-éjszakai összehasonlításban 5. táblázat: A teljes variabilitás százalékainak mediánértékei egy nappali-éjszakai összehasonlításban 6. táblázat A légzőszervi aritmia százalékos aránya nappali és éjszakai összehasonlításban 7. táblázat: A szimpatikus tónus százalékának mediánértékei egy nappali és éjszakai összehasonlításban 8. táblázat: A vegetatív hányados százalékainak mediánértékei egy nappali-éjszakai összehasonlításban 9. táblázat: A pulzus-légzési hányados mediánértékei egy nappali-éjszakai összehasonlításban 10. táblázat: Az alvás időtartamának és az alvás minőségének medián értékei x
16 A pulzus vegetatív szabályozása A pulzus egy összetett hálózat része, amelyben a keringés, a légzés, a hőmérsékleti egyensúly, az anyagcsere és a pszicho-mentális kontroll áramkörök vesznek részt. Felnőtteknél percenként 60 és 80 ütés között van. A belső pulzusszám 120 ütés/perc. Ez a természetes frekvencia vegetatív tónussal van lefelé szabályozva az emberi szervezetben. A pulzus vegetatív szabályozását a szimpatikus és a parasimpatikus közvetíti. A szimpatikus idegrendszer a szívre hat: pozitív krónikus (növeli a pulzusszámot) pozitív inotrop (növeli a kontraktilitást) pozitív dromotrop (növeli a vezetési sebességet) pozitív batmotrop (pozitív ingerküszöböt csökkent) pozitív lusidotropikus (növeli a relaxáció sebességét) A parasimpatikusnak viszont negatív hatása van: csökkenti a pulzusszámot) negatív dromotrop (csökkenti a vezetési sebességet) A 3. ábra a vagus ideg elágazásait és a szívhez való kapcsolódását mutatja a cardiacum magnum ganglionon (Wrisberg ganglion) keresztül. (5) 3. ábra A vagus ideg és kapcsolata a Wrisberg ganglionhoz 15-én
A bél idegrendszere Az enterális idegrendszer a bélizmokba ágyazott idegsejtek hálózata. A gyűrű és a hosszanti izomréteg közötti myenterikus plexusból és a submucosa submucosalis plexusából áll. Ezen kívül vannak pacemaker sejtek, az úgynevezett Cajal sejtek. Az enterális idegrendszer a következő feladatokat látja el: Az emésztés ellenőrzése A transzport, a felszívódás és a szekréció szabályozása A gyomor-bélrendszeri véráramlás szabályozása Immunológiai funkciók A gerincvelő vagy az agy hatása nélkül is működik. Ha egy béldarab ki van téve, akkor az kb. 60 másodperces időtartam alatt autonóm módon összehúzódik (lásd 2.3.). Az enterális idegrendszer befolyásolható a szimpatikus és a parasimpatikus idegrendszer modulálásával. Az anatómiai hivatkozásokat a 4. ábra mutatja. 4. ábra Vagus ideg, celiacia plexus és a szomszédos struktúrák (5) A vagus ideg a nyelőcsőhöz dorzálisan vezet a hasi régió felé, és ott kommunikál a legnagyobb vegetatív ganglionnal, a celiaciával. Az 5. ábra a coeliakia ganglionját mutatja a vegetatív idegrendszer párosítatlan ágaival elölről a felső hasra. 16.
18 5. ábra A cöliákia ganglion és a vegetatív rész párosítatlan ágai (5) A 6. ábra a coeliakia ganglionját mutatja be a vegetatív idegrendszer párosított elágazásaival elölről a felső has felé. 6. ábra A cöliákia ganglion és a vegetatív rész párosított ágai (5) A vegetatív idegrendszer kölcsönhatásait a gyomor-bél traktus mikrobiomjával a következő fejezet ismerteti. 17-én
20 7. ábra A mikrobiom-bél-agy tengely (10) Számos tápanyag szolgál pre- vagy probiotikumként a mikrobióm számára. A táplálkozási terápiás beavatkozások ezért ésszerűnek tűnnek, és befolyásolhatják a mikrobiom bél-agy tengelyét és így a fent említett betegségeket (15) (16). Például a pszichiátriai betegségek (17) új terápiás lehetőségei az étrend vagy a pszichobiotikumok megváltoztatásával merülnek fel, amelyek antidepresszáns és szorongásoldó hatással bírnak (18). A bélben előforduló bizonyos baktériumtörzsek gyakorisága és működése a napi ritmus függvényében változik. Az egerek bélflóra például méregtelenítő funkciókat lát el a nap világos fázisaiban, míg a nap sötét fázisában élelmiszer-felhasználásra és energiaegyensúlyra használják. (19) A kronobiológia kutatási területe az ilyen időfüggő és visszatérő biológiai folyamatok szisztematikus vizsgálatára irányul. 19-én
36 12. ábra Az elhízás epidemiológiai fejlődése az Egyesült Államokban 1991 óta (34) A következő elhízási kísérő betegségek gyakrabban fordulnak elő: Szénhidrát-anyagcsere: glükóz tolerancia-rendellenesség, 2-es típusú cukorbetegség, terhességi cukorbetegség Zsír-anyagcsere: hiperlipidémia gyakran a szív- és érrendszeri betegségek fokozott kockázatával kombinálva Kardiovaszkuláris társbetegségek: ateroszklerózis, artériás magas vérnyomás, miokardiális infarktus, stroke, szívelégtelenség (tüdőödémához társulva) Tüdő szövődményei: alvási apnoe, megemelkedett rekeszizom (dyspnoához társulva). Emésztőrendszeri betegségek: reflux, steatohepatitis, kolecystitis, mozgásszervi rendszer, degeneratív lágyrész és kötőszöveti rendellenességek, osteoarthritis, osteoarthritis, osteoarthritis Köszvénydaganatos megbetegedések: prosztatarák, mellrák 35
38 Leukopenia, vérszegénység, thrombocytopenia alakulhat ki a vérben. Elektrolit zavarok. A transzaminázok, az amiláz, a lipáz és a vizelet tartalmának növekedése. Az összes fehérje, az albumin és a cink mennyiségének csökkenése. A szomatotropin növekedése. A leptin csökkenése. Ezenkívül a hipotalamusz hipofízis mellékvese kéreg tengelyének rendellenességei is előfordulhatnak a hipotalamusz hipofízis pajzsmirigy tengelyének és a hipotalamusz hipofízis ivarmirigy tengelyének rendellenességei. További lehetséges kóros és patofiziológiai változások az agyi rohamok, a nyelőcsőgyulladás, az EKG-változások, a pseudoatrophia cerebri és az oszteoporózis, amelyet a hosszú távú cachexia, az amenorrhoea hosszú időtartama és a relatív fizikai inaktivitás kedvez. (36) Pszichiátriai társbetegségek: Obszesszív-kompulzív zavar Szorongásos zavar Depresszió 37
45 A szupraventrikuláris extraszisztolák az Ő kötege fölött merülnek fel. A QRS komplex keskeny, de nem deformálódott. A 15. ábra egy szupraventrikuláris extrasystolát mutat az EKG-n. 15. ábra Szupraventrikuláris extraszisztolák A kamrai extraszisztolákkal ellentétben a szupraventrikuláris extraszisztolákat nem követik kompenzációs szünetek. Az izolált supraventrikuláris extrasystolák nem jelentenek kockázatot, azonban ha ezek hosszabb ideig jelentkeznek, vagy szédüléssel vagy légszomjjal járnak, további kardiológiai diagnosztikát kell kezdeni. A kamrai extraszisztolákban az ektópiás gerjesztés magukból a kamrákból származik. A QRS komplex szélesedik és deformálódik. A hely típus leírja az elektromos szív tengelyének irányát a frontális síkban, és a végtag vezetéseiből meghatározható az R hullámok maximuma segítségével. A mellkas légzés közbeni kitörése megváltoztatja a szív vektor csúcsát, így a légzési ritmus közvetett módon is mérhető az elektrokardiogramból. A 16. ábra az R hullám amplitúdójának változását mutatja a légzés útján. 44.
46 16. ábra Az R hullámok amplitúdómodulációja mély alvás közbeni légzéssel Az R és T hullám amplitúdóarányai az elektrokardiogramon felhasználhatók a relatív vagotonia és sympatheticotonia megbecsülésére. A T hullám amplitúdójának relatív növekedése az R hullámhoz képest túlnyomórészt vagotonikus hatásra utal. A 17. ábra az EKG morfológiáját mutatja szimpatetotonikus hatással a nap folyamán, összehasonlítva a mély alvás alatti vagotonikus hatású EKG-val. 17. ábra EKG napközben a mély alvás EKG-jához képest A pulzus változásainak elemzése maga az EKG-ból származó legpontosabb módszer a vegetatív rendszer moduláló hatásainak vizsgálatára. Ezeket pulzus-variabilitásnak vagy az Univ.-Prof. Dr. Phil Maximilian Moser nemrégiben a szívritmus rugalmasságának nevezte. 45
48 19. ábra A pulzus a lengés gyakoriságával ingadozik. A regenerálódás állapotában, például mély alvás vagy meditáció közben, a szív és a légzés aránya 4: 1 arányú. (lásd 2.3) A szív és a tüdő közös fáziskapcsolatot használ a koordinációhoz. Az energiafogyasztás minimálisra csökken, és elindulnak a regeneráció és az öngyógyítás folyamatai. Speciális légzési technikákkal a pulzusszám kifejezetten befolyásolható a légzéssel. 6 ütemű légzéssel a légzési sebességet szándékosan a 0,1 Hertz tartományba tolják, ami a baroreceptor reflex alapfrekvenciája. Ezen a szalagon rezonancia és így a légzés és a keringési ritmus harmonizációja található. 47
50 illusztráció másodperc a ritmusból a Qi Gong gyakorlat során A véráramlás ritmusa A simaizmok természetes frekvenciája körülbelül 0,0167 Hz, ami percenként egy összehúzódásnak felel meg. A gyomor-bél traktus perisztaltikája vagy a nyálkahártya és a bőr áramlása, és így a hőszabályozás ezzel a gyakorisággal zajlik. A pulzus változékonyságában ez a véráramlás fokozott aktiválásával válik láthatóvá. A 22. ábra a véráramlást mutatja az alvás REM fázisában. 22. ábra 1 perces ritmus a REM alvás alatt 49
56 Illusztráció A 26. ábra az ESAN-vizsgálat egyik alanyának 28 órás kronokardiogramját mutatja. Illusztráció óra egy teszt személy kronokardiogramja 55
59 30. ábra A teljes szívfrekvencia-variabilitás és a légzőszinusz-aritmia időbeli lefolyása A 31. ábra a pulzusszámot mutatja az idő függvényében. A számítás az elektrokardiogram RR-intervallumain alapszik. 31. ábra A pulzus időbeli lefolyása A 32. ábra a pulzus-légzés hányados (QPA) időbeli lefutását mutatja. A pulzus-légzés hányadosa a pulzus és a légzés arányát jelenti, és leírja, hogy a szív milyen gyakran ver egy légzési ciklus alatt. Egészséges emberek alvás közbeni értéke 4: 1 a regeneráció és a gyógyulás jele (lásd 2.3). 32. ábra Pulzus-légzési hányados az idő múlásával 58
64 Az 5. táblázat a teljes pulzus változékonyságának százalékos értékeit mutatja az 5 csoport nappali és éjszakai összehasonlításában. SDNN_wach_perz [ms] Medián SDNN_schlaf_perz [ms] Medián anorexia Pat 43,80 57,50 Normál súly 54,20 49,50 Túlsúly 54,90 53,60 Elhízott 20,70 25,40 Sportolók 86,75 84,45 Összesen 49,30 53.80 5. táblázat A teljes variabilitás százalékainak mediánértékei a nappali-éjszakai összehasonlításban A 6. táblázat a légzőszervi aritmia százalékos értékeit mutatja az 5 csoport nappali és éjszakai összehasonlításában. logrsa_wach_perz [lg ms] Medián logrsa_schlaf_perz [lg ms] Medián anorexia Pat 43,30 49,90 Normál súly 57,50 60,70 Túlsúly 55,65 53,35 Elhízott 25,50 23,10 Sportoló 85,05 84,10 Összesen 62, 40 54.70 6. táblázat: A légúti sinus arrhythmia százalékainak mediánértékei egy nappali és éjszakai összehasonlításban A 7. táblázat a szimpatikus tónus percentilis értékeit mutatja az 5 csoport nappali és éjszakai összehasonlításában. lnlf_wach_perz [ln ms ^ 2] Medián lnlf_schlaf_perz [ln ms ^ 2] Medián anorexia Pat 17,70 50,80 normál súly 71,30 60,80 túlsúly 47,10 52,65 elhízott 36,10 24,30 sportoló 85,40 84, 00 Összesen 46.60 53.30 7. táblázat A szimpatikus tónus százalékainak mediánértékei egy nappali és éjszakai összehasonlításban 63
65 A 8. táblázat a vegetatív hányadosok percentilis értékeit mutatja az 5 csoport nappali és éjszakai összehasonlításában. VQ_wach_perz [1] Medián VQ_schlaf_perz [1] Medián anorexia Pat 27.70 48.60 normál testsúly 51.80 37.20 túlsúly 51.90 45.80 elhízott 73.00 53.80 női sportolók 27.80 45.60 összesen 45.30 44.40 8. táblázat: A vegetatív hányados százalékainak mediánértékei a nappali-éjszakai összehasonlításban A 9. táblázat a pulzus-légzés hányados abszolút értékeit mutatja az 5 csoport nappali és éjszakai összehasonlításában. QPA_wach_abs [1] QPA_schlaf_abs [1] Medián medián anorexia Pat 5,73 4,15 Normál súly 5,62 4,05 Túlsúly 5,95 3,71 Elhízott 6,00 4,34 Sportoló 5,10 3,45 Összesen 5,65 3,99 9. táblázat: A pulzus-légzés hányados mediánértékei egy nappali és éjszakai összehasonlításban A 10. táblázat az alvás időtartamának és az alvás minőségének százalékos értékeit mutatja az 5 csoport nappali és éjszakai összehasonlításában. Az alvás időtartama [h] Medián SQ_perz [%] Medián anorexia Pat 8,54 40,30 Normál súly 8,10 32,10 Túlsúly 8,00 41,50 Elhízott 8,83 54,10 Sportolók 8,08 37,60 Összesen 8,25 40.30 10. táblázat: Az alvás időtartamának és az alvás minőségének középértékei 64
66 A 33. ábra mutatja az 5 csoport pulzusának százalékos értékeit a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy dobozos ábrán. 33. ábra: A szívfrekvencia százalékos értékeinek nappali és éjszakai diagramdiagramjai csoportos összehasonlításban 65
67 A 34. ábra az 5 csoport teljes pulzusváltozásának percentilis értékeit mutatja a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy box-diagramban 34. ábra: A nappali és éjszakai teljes variabilitás percentilis értékeinek dobozdiagramjai csoportos összehasonlításban 66
68 A 35. ábra az 5 csoport vagális tónusának százalékos értékeit mutatja be a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy box-diagramban. 35. ábra: A vagális tónus percentilis értékeinek nappali és éjszakai diagram-diagramjai csoportos összehasonlításban 67
A 36. ábra az 5 csoport szimpatikus tónusának százalékos értékeit mutatja a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy dobozdiagramban. 36. ábra A szimpatikus tónus percentilis értékeinek nappali és éjszakai diagramdiagramjai csoportos összehasonlításban 68
70 A 37. ábra az 5 csoport vegetatív hányadosának százalékos értékeit mutatja a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy dobozos ábrán.
71 A 38. ábra mutatja az 5 csoport pulzus-légzési hányadosainak abszolút értékeit a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy dobozos ábrán. 38. ábra A pulzus-légzési hányadosok nappali és éjszakai box-diagramjai csoportos összehasonlításban 70
72 A 39. ábra az 5 csoport alvásminőségének percentilis értékeit mutatja a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy dobozos ábrán. 39. ábra Az alvásminőség százalékos értékeinek nappali és éjszakai értékeinek dobozdiagramjai csoportos összehasonlításban 71
73 A 40. ábra az 5 csoport alvási időtartamának abszolút értékeit mutatja a nappali és az éjszakai összehasonlításban egy dobozban