Кардио-ИТ

Качество в кардиологии
Медицинские Информационные Технологии
Рабочая группа

Оценка периода медленных колебаний суммарного процента фазовой синхронизации контуров вегетативной регуляции кровообращения здоровых испытуемых в покое

пн, 03/20/2017 - 19:41 -- admin
Год: 
CID: 
e0103
Авторы: 
Сказкина В.В., Боровкова Е.И., Кульминский Д.Д., Шварц В.А.
Тип статьи: 
Язык основного текста статьи: 
Резюме: 
Изучена динамика суммарного процента фазовой синхронизации низкочастотной регуляции сердца и сосудов у 12 здоровых добровольцев в возрасте около 20 лет. Во время эксперимента испытуемый находился в положении сидя и дышал произвольно. Общая длина записи составляла 120 минут. Впервые выявлены колебания суммарного процента фазовой синхронизации c характерным периодом около 1000 секунд.
Цитировать как: 
Сказкина В.В., Боровкова Е.И., Кульминский Д.Д., Шварц В.А. Оценка периода медленных колебаний суммарного процента фазовой синхронизации контуров вегетативной регуляции кровообращения здоровых испытуемых в покое. Кардио-ИТ 2017; 4(1): e0103. [Skazkina VV, Borovkova EI, Kulminsky DD, Shvartz VA. Estimation of the period of slow oscillations of the total percentage of phase synchronization of contours of vegetative regulation of blood circulation in healthy subjects at rest. Cardio-IT 2017; 4(1): e0103.]
DOI: 
10.15275/cardioit.2017.0103

Введение

В функционировании сердечно-сосудистой системы (ССС) важную роль играют механизмы нервной и гуморальной регуляции, исследование взаимодействия которых является актуальной задачей современной физиологии. Внешними проявлениями функционирования подобных регуляторных механизмов является возникновение различных периодических процессов в биологических сигналах, регистрируемых в ССС [1].

Одним из перспективных методов исследования состояния вегетативной регуляции ССС является определение степени синхронизованности низкочастотных (с частотой около 0,1 Гц) колебательных процессов в сердечном ритме и периферическом кровотоке. Для этой цели ранее был предложен новый показатель – суммарный процент фазовой синхронизации (индекс S) низкочастотных колебений в вариабельности ритма сердца (ВРС) и фотоплетизмограмме (ФПГ) [2], который имеет потенциальную значимость для клинической кардиологии. В частности, было выявлено, что наиболее высокая степень синхронизации низкочастотных колебаний в сердечном ритме и периферическом кровотоке характерна для здоровых молодых людей, тогда как у пациентов, перенесших инфаркт миокарда, ее уровень был значительно ниже [3], что ассоциировалось с повышенным риском фатальных сердечно-сосудистых событий [4]. Возможности клинического использования индекса S изучались и у дургих категорий пациентов [5, 6].

Однако изучение свойств суммарного процента фазовой синхронизации низкочастотных колебаний в ССС до этого выполнялось только на коротких записях (около 10 минут) биологических сигналов [2-5]. Особый интерес вызывает медленная динамика колебаний данного вегетативного показателя, что требует регистрации многочасовых записей биологических сигналов. Помимо длительного эксперимента, анализ сигналов биологической природы, которым свойственная зашумленность, нестабильность и нелинейность, требует использования специальных подходов нелинейной динамики и статистики.

В данной работе медленная динамика суммарного процента фазовой синхронизации низкочастотных колебаний в ССС была исследована с помощью двухчасовых записей кардиоинтерваллограммы (КИГ) и фотоплетизмограммы (ФПГ). Подобные исследования могут дать фундаментальные представления об особенностях гуморальных влияний на систему вегетативной регуляции сердца и сосудов.

 

Материал и методы

В ходе экспериментов была проведена синхронная запись кардиоинтерваллограммы (КИГ) и фотоплетизмограммы (ФПГ) сосудов у 12 добровольцев (5 женщин, 7 мужчин) в возрасте около 20 лет. Все испытуемые не имели каких-либо патологий ССС, а также других хронических заболеваний.

Регистрация КИГ и ФПГ проводилась при помощи многоканального электроэнцефалографа-анализатора ЭЭГА-21/26 «Энцефалан-131-03» модель 10 (НПКФ «Медиком-МДТ», Россия) с комплектом стандартных датчиков. Частота дискретизации составляла 250 Гц, разрядность – 14 бит, полоса пропускания по всем каналам 0,05-100 Гц. Общая длина записи составляла 120 минут (2 часа). Каналы ФПГ регистрировали сигнал с трех участков тела испытуемого: дистальная фаланга безымянного пальца правой руки, дистальная фаланга второго пальца левой ноги и мочка правого уха.

Эксперименты проводили в первой половине дня. Исследования у девушек проводили в межменструальный период. Во время эксперимента испытуемый находился в положении сидя и дышал произвольно.

Периодичность медленных ритмов оценивали на основе автокорреляционных функций (АКФ).

 

Результаты и обсуждение

В представленном исследовании в ходе анализа двухчасовых записей условно здоровых молодых людей в состоянии покоя была впервые выявлена значительная изменчивость степени фазовой синхронизации низкочастотных колебаний в хронотропной регуляции сердца и регуляции сосудистого тонуса во времени. Это явление проявляется в высокоамплитудных колебаниях зависимости от времени суммарного процента фазовой синхронизации – индекс S. Характерный период этих колебаний хорошо виден при визуальном анализе зависимостей S(t) (рисунок 1), составляя порядка 1000 секунд.

Для исследования периодичности полученных зависимостей была определена АКФ в диапазоне от -2000 до 2000 секунд. Данная мера позволила подтвердить колебания с периодом около 1000 секунд в динамике индекса S. В качестве примера на рисунке 2 представлена АКФ для одного из S(t).

Полученные результаты могут быть причиной изменения дизайна исследований индекса S в клинической практике. В частности, наличие медленных колебаний в 1000 и более секунд обусловливает необходимость увеличения продолжительности регистрации КИГ  и ФПГ для оценки значений индекса S и выраженности его медленной динамики, обсуловленно, возможно, гуморальной регуляцией кровообращения.

 


Рисунок 1. Зависимости индекса S от времени для  ФПГ, регистрируемых с ноги (а), руки (б) и уха (в), у испытуемого №3.

 


Рисунок 2. Зависимость АКФ от времени сдвига для S(t).

 

Заключение

В ходе исследований динамики качества фазовой синхронизации низкочастотных колебаний в ВРС и ФПГ были впервые выявлены ее колебания c характерным периодом около 1000 секунд. Изучение механизмов, вызывающих появления таких осцилляций, является предметом дальнейших исследований.

 

Конфликт интересов

Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ МД-3318.2017.7. и гранта РФФИ № 16-32-00326. 

Библиографический список: 
  1. Киселев А.Р., Гриднев В.И. Колебательные процессы в вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы. Саратовский научно-медицинский журнал 2011; 7(1): 34-39. https://elibrary.ru/item.asp?id=16909949.
  2. Kiselev A.R., Karavaev A.S., Gridnev V.I., et al. Method of estimation of synchronization strength between low-frequency oscillations in heart rate variability and photoplethysmographic waveform variability. Russ Open Med J 2016; 5: e0101. https://doi.org/10.15275/rusomj.2016.0101.
  3. Киселев А.Р., Беспятов А.Б., Посненкова О.М. и др. Внутренняя синхронизация основных 0,1 Гц-частотных ритмов в системе вегетативного управления сердечно-сосудистой системой. Физиология человека 2007; 33(2): 69-75. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1748699.
  4. Киселев А.Р., Гриднев В.И., Караваев А.С. и др. Оценка пятилетнего риска летального исхода и развития сердечно-сосудистых событий у пациентов с острым инфарктом миокарда на основе синхронизации 0,1 Гц-ритмов в сердечно-сосудистой системе. Саратовский научно-медицинский журнал 2010; 6(2): 328-338. https://elibrary.ru/item.asp?id=15279658.
  5. Нейфельд И.В., Киселев А.Р., Караваев А.С. и др. Особенности показателей вегетативной регуляции кровообращения и вариабельности сердечного ритма у женщин в перименопаузе. Анналы аритмологии 2014; 11(2): 98-108. http://dx.doi.org/10.15275/annaritmol.2014.2.4.
  6. Киселев А.Р., Гриднев В.И., Караваев А.С. и др. Персонализация подхода к назначению гипотензивной терапии у больных артериальной гипертензией на основе индивидуальных особенностей вегетативной дисфункции сердечно-сосудистой системы. Артериальная гипертензия 2011; 17(4): 354-360. https://elibrary.ru/item.asp?id=17023979
Об авторах: 

Сказкина Виктория Викторовна – студент магистратуры, кафедра динамического моделирования и биомедицинской инженерии, ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», Саратов, Россия. http://orcid.org/0000-0001-9380-8292.
Боровкова Екатерина Игоревна – ассистент, кафедра динамического моделирования и биомедицинской инженерии, ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», Саратов, Россия. http://orcid.org/0000-0002-9621-039X.
Кульминский Данил Дмитриевич – научный сотрудник, Саратовский Филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Саратов, Россия. http://orcid.org/0000-0002-3936-2813X.
Шварц Владимир Александрович – канд. мед. наук, научный сотрудник, Отделение хирургического лечения интерактивной патологии, ФГБУ «ННПЦССХ им. А.Н. Бакулева» Минздрава России, Москва, Россия. http://orcid.org/0000-0002-8931-0376

Поступила в редакцию 26 января 2017. Принята в печать 22 февраля 2017.

© 2017, Сказкина В.В., Боровкова Е.И., Кульминский Д.Д., Шварц В.А.

Ответственный автор: Шварц Владимир Александрович. Адрес для переписки: Отделение хирургического лечения интерактивной патологии, ФГБУ «ННПЦССХ им. А.Н. Бакулева» Минздрава России, 135, Рублевское шоссе, Москва, 121552, Россия. E-mail: shvartz.va@ya.ru.