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

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.