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.
- Kiselev AR, Gridnev VI. Oscillatory processes in vegetative regulation of cardiovascular system. Saratov J Med Sci Res 2011; 7(1): 34-39. Russian. https://elibrary.ru/item.asp?id=16909949.
- Kiselev AR, Karavaev AS, Gridnev VI, 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.
- Kiselev AR, Bespyatov AB, Posnenkova OM, et al. Internal synchronization of the main 0.1-Hz rhythms in the autonomic control of the cardiovascular system. Human Physiology 2007; 33(2): 188–193. http://dx.doi.org/10.1134/S0362119707020089.
- Kiselev AR, Gridnev VI, Karavaev AS, et al. Evaluation of five-year risk of lethal outcome and development of cardiovascular disorders in patients with acute myocardial infarction on basis of 0.1-Hz rhythms synchronization in cardiovascular system. Saratov J Med Sci Res 2010; 6(2): 328-338. Russian. https://elibrary.ru/item.asp?id=15279658.
- Neufeld IW, Kiselev AR, Karavaev AS, et al. Peculiarities of indexes of autonomic regulation of blood circulation and heart rate variability in perimenopausal women. Annaly Aritmologii 2014; 11(2): 98-108. Russian. http://dx.doi.org/10.15275/annaritmol.2014.2.4.
- Kiselev AR, Gridnev VI, Karavaev AS, et al. Individual approach to antihypertensive drug selection in hypertensive patients based on individual features of autonomic cardiovascular dysfunction. Arterial Hypertension 2011; 17(4): 354-360. Russian. https://elibrary.ru/item.asp?id=17023979.
Received 26 January 2017. Accepted 22 February 2017.
© 2017, Skazkina V.V., Borovkova E.I., Kulminsky D.D., Shvartz V.A.
Corresponding author: Vladimir A. Shvartz. Address: Department of Surgical Treatment for Interactive Pathology, Bakulev Scientific Center for Cardiovascular Surgery, 135, Rublevskoe shosse, Moscow, 410028, Russia. E-mail: shvartz.va@ya.ru.