Математический анализ ритма сердечных сокращений в эксперименте

Математический анализ сердечного ритма в практике спорта высших достижений

Математический анализ ритма сердечных сокращений в эксперименте

Математический анализ сердечного ритма в практике спорта высших достиженийВ.И.Нечаев, В.Н.Коновалов, В.К.Грязнов, ПНИЛ РГАФК г.Москва, ОГИФК г.Омск, ИХФЧ РАН п.ЧерноголовкаМатематическая обработка вариабельности сердечного ритма (ВСР) позволяет получить целый набор математико-статистических характеристик. Эти характеристики сердечного ритма используются при решении исследовательских задач для изучения физиологических сдвигов, определяющих изменения функционального состояния субъекта. Однако, для практической работы спортивного врача, тренера и самого спортсмена достаточно иметь 2-3 хорошо знакомых и понятных для них количественных показателя, интегрально отражающих функциональное состояние спортсмена и предопределяющих его спортивные результаты. Наличие таких показателей позволяет легко отслеживать динамику подготовленности спортсмена при текущих обследованиях.Состояние организма можно описать тремя параметрами: 1 – уровнем функционирования системы, 2 – функциональным резервом, 3 – степенью напряжения регуляторных механизмов [1].Из математико-статистических характеристик сердечного ритма уровень функционирования организма, как системы (уровень адаптации) определяется значением моды (Мо). Мода это “наиболее часто встречаемый” интервал в исследуемой совокупности 100-200 кардиоинтервалов. Регистрируемая обычно тренерами частота сердечных сокращения в покое (ЧССпокоя) тесно связана с модой; чем выше значение моды, тем ниже ЧССпокоя. С ростом тренированности от этапа к этапу растет величина моды и снижается ЧССпокоя.Другой показатель уровня тренированности, определяющий аэробную производительность и хорошо знакомый спортсменам и тренерам – максимальное потребление кислорода (МПК) в мл/кг? мин. Этот показатель так же может быть оценен из ВСР в простом дыхательном тесте. Для этого в период записи кардиоинтервалов ритм дыхания спортсмена синхронизируется с ритмом сердца и задается компьютером при помощи команд на экране монитора. С помощью специальной методики расчета такой прием позволяет в необременительной для спортсмена форме, практически ежедневно получать значения МПК косвенным методом, но с достаточно высокой степенью достоверности.Об уровне функционального резерва организма можно судить оценивая пульсовую реакцию спортсмена на функциональную пробу – любое стандартное “возмущающее” воздействие, способное вызвать сдвиги внутренней среды организма. На такое “возмущение” организм реагирует мобилизацией функциональных резервных механизмов, сглаживающих и компенсирующих возможные нарушения гомеостаза[2].Наш многолетний опыт работы со спортсменами высокого класса показывает, что при соответствующей интерпретации функциональные резервы регуляторных систем организма наиболее просто можно оценить по пульсовой реакции на орто-клиностатическую пробу (смена положения тела – “лежа”-“стоя”-“лежа”). Подобную пробу (Рис.1) можно проводить с помощью любой модели персонального пульсомера, обладающего функцией памяти.Данная проба отражает скорость и экономичность процесса врабатывания, а так же динамику послерабочего восстановления. При переутомлении/перетренировке и снижении функционального резерва время “поиска” нового (более высокого) уровня функционирования затягивается [3]. Орто-проба позволяет так же четко определить “цену” данной стандартной “работы” для организма (в виде пульс-суммы за определенный отрезок времени. Физиологическая “цена” стандартной пробы характеризует функциональные возможности спортсмена на период исследований [4].Для измерения степени напряжения функциональных систем из характеристик ВСР создан ряд интегральных показателей несущих существенную информацию о функциональном состоянии организма в целом. В спортивно-медицинской практике наибольшее распространение получил “индекс напряжения” регуляторных систем организма или “индекс напряжения” (ИН) Р.М.Баевского [5]. Отчасти это видимо обусловлено удачным названием показателя – понятным по смыслу для тренеров и спортсменов; чем выше индекс, тем выше напряжение организма.где Мо – (мода) – “наиболее часто встречающееся значение длительности кардиоинтервалов” (строго говоря, если разбить временной диапазон от 0 до 2,5 сек на короткие отрезки времени t=0,05сек, то Мо – это центр отрезка шириной t, в который попадает наибольшее количество интервалов), при этом это количество есть АМо – амплитуда моды, RR – разброс кардиоинтервалов (разность между максимальным и минимальным кардиоинтервалами). Напомним, что мода характеризует активность эндокринного “канала” регуляции, амплитуда моды отражает активность симпатического, а разброс кардиоинтервалов – парасимпатического отделов вегетативной нервной системы.1200 – В послерабочий период (через 1,5ч после “работы”: Переменный бег 12х1000, выше соревновательной скорости2230 – Вечером , перед сном830 – Утром, после сна(3-х кратное тестирование в один день “нагрузочного микроцикла”)
Утром, после сна(Состояние “недовосстановления”)
Утром, после сна(Состояние, близкое к “оптимуму”, после “восстановительного” микроцикла)

Рис.1 Примеры реакций организма на орто-клиностатическую пробу в различном функциональном состоянии (спортсменка Т., мсмк, марафонский бег, личный рекорд 2:31.29).

Такой интегральный показатель функционального состояния организма несомненно более удобен для практической работы тренера, чем отдельные характеристики ВСР. Однако, согласно исследованиям [6], ИН лишь в 70% случаев позволяет получить правильное представление о функциональном состоянии спортсмена.

Наш опыт работы со спортсменами, тренирующимися “на выносливость” (кмс, мс, мсмк в стайерском и марафонском беге, спортивной ходьбе, триатлоне, биатлоне) так же подтверждает это. На наш взгляд индекс перестает “работать” в строго определенных ситуациях: перетренировке (или остром переутомления спортсмена по “парасимпатическому” типу) [4,7,8].

В таких случаях ИН дает информацию диаметрально противоположного направления и теряет свое смысловое значение.

В тренировочном процессе спортсменов высших квалификаций “на выносливость” подобные ситуации возникают довольно часто.

После каждой тяжелой тренировки или соревнований в последующие 3-5 дней идет активное восстановление организма, сопровождающееся по нашим наблюдениям и данным других авторов [4,7,9] перевозбуждением парасимпатического отдела нервной системы.

Частота пульса в покое становится на 4-8 уд/мин ниже прежней, характерной для данного человека. В сердечном ритме появляются как очень короткие, так и исключительно длинные кардиоинтервалы, а их разность (RR) становится нетипично большой по величине.

В результате этого знаменатель в формуле для расчета ИН значительно увеличивается, а сам индекс снижается. Получается алогичная картина: утром в день тяжелого старта спортсмен имеет индекс напряжения 70, а на следующий день он падает до 20.

При подобной ситуации корреляционное облако RR интервалов (скатерграмма) меняет форму с вытянутого эллипса на рассеянное образование большого диаметра [9], что трактуется , как вариант дезадаптации [8]. В то же время, диагностируя состояние организма по ИН Баевского можно сделать заключение о резком улучшении функциональных возможностей атлета, что явно противоречит физиологии тренировки.

С нашей точки зрения это можно объяснить следующим образом. Как известно [1,3] вклад в разброс кардиоинтервалов вносят как дыхательные, так и более медленные составляющие сердечного ритма.

Отсюда, одни и те же значения RR могут достигаться как за счет большого разброса величины интервалов при выраженной дыхательной периодике и низкой амплитуде медленных волн, так и за счет вариационного размаха, который полностью определяется медленно волновыми процессами при пренебрежимо малой дыхательной составляющей.

На определенных этапах перенапряжения усиление медленных волн начинает определять рост суммарной синусовой аритмии, что и ведет к росту RR [1,3]. Согласно концепции Р.М.

Баевского [1], большая амплитуда медленных волн и непериодических составляющих при невысокой амплитуде дыхательной волны говорит о том, что организм вынужден пользоваться услугами “центрального надсмотрщика” (ЦНС), так как возможностей автономной регуляции не хватает, чтобы обеспечить должный уровень адаптации.

То есть адаптационные механизмы человека значительно напряжены или перенапряжены. Напротив при низкой амплитуде медленных волн и высокой амплитуде дыхательных волн уровень адаптации высокий так, что вмешательства ЦНС не требуется. С точки зрения величины RR и, соответственно, значения ИН, результат в этих двух случаях может быть одинаков.

Однако, как мы видим величина RR может определяться факторами, которые при оценке функционального состояния физиологически трактуются, как противоположные [1,3].Это положение послужило причиной того, что мы решили ввести модифицированный индекс напряжения (МИН), в котором вклад медленных и непериодических составляющих “выброшен” из RR. Таким образом МИН определяется только дыхательной составляющей сердечного ритма, “выраженность” которой согласно концепции Р.М.Баевского [1] собственно и определяет насколько удовлетворительно состояние адаптации организма.

Технически это осуществляется при помощи хорошо известного метода цифровой фильтрации применявшегося и ранее [3] для разделения дыхательных и медленных волн. Таким образом модифицированный индекс напряжения (МИН) определялся аналогично ИН Р.М.

Баевского, с той лишь разницей, что его расчет проводится после “вычитания” медленных компонент из исходного временного ряда кардиоинтервалов. При этом должны быть повышены требования к методу фильтрации.

Например, хорошо известный метод скользящего среднего [3] к сожалению слишком чувствителен к выбору интервалов усреднения и, следовательно вносит ненужную неоднозначность в определение МИН. В данной работе для сглаживания процесса мы применяли менее уязвимый с этой точки зрения биномиальный фильтр [10].

В качестве дополнительного контроля правильности выделения медленных компонент может служить последовательное применение спектрального анализа к преобразованному временному ряду. На рис.2 приведены результаты последовательного сглаживания исходной ритмограммы и соответствующие каждому этапу сглаживания графики для спектральной амплитуды.

Нам кажется, что описанный выше метод позволяет избежать трудностей с интерпретацией ИН в случаях, когда основной вклад в сердечный ритм дают медленные волны с высокой амплитудой, давая возможность количественно оценивать состояние при помощи МИН.

Рис.2 Автокорреляционная функция (1) и спектр (2) ритма сердца спортсменки В. (мсмк, марафон) в результате последовательного выделения дыхательных волн(а), 1-й-медленной (б) и 2-й медленной (в) волн.

В подтверждение вышесказанного, приводим в качестве примера результаты анализа сердечного ритма высококвалифицированной бегуньи на сверхдлинные дистанции. Запись ритмограммы производилась в разные периоды времени, когда в ритме сердца наблюдалась либо выраженная дыхательная, либо медленная периодика (табл.1)

Например, когда в ритмограмме спортсменки отмечались высокоамплитудные медленные волны (вариант А), величина МИН, значительно отличалась от значения традиционного ИН. А когда в ритмограмме спортсменки наблюдалась высокая амплитуда дыхательных волн (вариант Б), различия в величинах ИН и МИН были несущественны.

Таблица 1

Характеристика периодических составляющих сердечного ритма у квалифицированной бегуньи на сверхдлинные дистанции.

Вариант АВариант Б
ИН9319
МИН57525
МВ-19,8 сек13,2 сек
МВ-223,5 сек27,4 сек
T068,6 сек77,7 сек
3,8 сек3.2 сек

Таким образом, предложенный выше подход к интегральной оценке функционального состояния спортсменов по параметрам ритма сердца представляется более рациональным.

Нам кажется, что несмотря на очевидную зависимость определения модифицированного индекса от выбранного метода фильтрации, дополнительное знание МИН наряду с ИН дает возможность не только расширить возможности количественно-качественной оценки функционального состояния, но и частично прояснить вопрос о применимости ИН для количественно-качественной оценки функционального состояния спортсменов на основе метода Баевского.

Авторы выражают благодарность М.И.Кулишу и А.С.Филимонову за плодотворные обсуждения и помощь при разработке технических средств для регистрации сердечного ритма.

Литература

1. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М.: Медицина, 1979. -298с.

2. Кассиль Г.Н., Вайсфельд И.Л., Метлина Э.Ш., Шрейберг Г.Л., Гуморально-гормональные механизмы регуляции функций при спортивной деятельности.-М.:Наука, 1978. – 198с.

3. Ритм сердца у спортсменов: под общей редакцией Баевского Р.М. и , Мотылянской Р.Е. – М.:Физкультура и спорт, 1986. – 144с.

4. Граевская Н.Д., Совместная работа врача и педагога (тренера) в управлении тренировочным процессом// Спортивная медицина. – М.: Медицина, 1984. – с.201-209.

5. Баевский Р.М. К проблеме оценки степени напряжения регуляторных систем организма. // Адаптация и проблемы общей патологии. Новосибирск, 1974, т.1. – с.44-48.

6. Дембо А.Г., Земцовский Э.В., Спортивная кардиология. – Ленинград:Медицина, 1989.

7. Бутченко Л.А., Предпаталогические состояния и патологические изменения при нерациональных занятиях спортом// Спортивная медицина. – М.: Медицина, 1984. – с.152-169.

8. Дембо А.Г., Земцовский Э.В., О значении исследований сердечного ритма в спортивной медицине. -Теория и практика физической культуры, 1980, N3, с.13-15.

9. Коновалов В.Н., Нечаев В.И., Барбашев С.В., Марафон: теория и практика.-Омск, 1991.-163с.

10. P. Marchand, L. Marmet, Binomial smoothing filter: A way to avoid some pitfalls of least-squares polynomial smoothing, Rev.Sci.Instrum., 1983, v.54, No.8, p.1034-1041.

Источник: http://lib.sportedu.ru/GetText.idc?TxtID=844

Индивидуальные и групповые показатели ритма сердца при его опосредованном управлении Горшкова Марина Николаевна

Математический анализ ритма сердечных сокращений в эксперименте

к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1 Ритм сердца и его физиологические характеристики .8 стр.

1.2 Физиологические аспекты регуляции ритма сердца 12 стр.

1.3 Проблема произвольного управления ритмом сердца..18 стр.

1.4 Влияние физических нагрузок на частоту и ритм сердечных сокращений .23 стр.

1.5 Методы анализа ритма сердца 28 стр.

ГЛАВА 2. Методика и организация исследований

2.1 Регистрация ритма сердца при использовании дозированных нагрузок 35 стр.

2.2 Регистрация ритма при использовании акустических воздействий 37 стр.

2.3 Математический анализ ритма сердечных сокращений в эксперименте

ГЛАВА 3. Результаты исследований

3.1 Ритм сердца во время дозированной нагрузки определенной мощности 41 стр.

3.2 Характеристика сердечного ритма, ориентированного на его параметры, указанные в первой серии экспериментов 44 стр.

3.3 Результаты исследований ритма сердца при нагрузке, равной 50% от нагрузки первой серии 56 стр.

3.4 Результаты исследований ритма сердца при ступенчато меняющейся нагрузке 64 стр.

3.5 Результаты исследований управления ритмом сердца средствами его акустической имитации 74 стр.

ГЛАВА 4. Обсуждение результатов .88 стр.

Выводы 97 стр.

Литература

Физиологические аспекты регуляции ритма сердца

Известно, что в миокарде кроме сократительных, или рабочих, волокон имеется особая система мышечных единиц, обладающих способностью к генерации спонтанной ритмической активности, распространению возбуждения ко всем мышечным слоям и координации последовательности сокращения камер сердца (Н.А.

Агаджанян др., 2001). Эти специализированные мышечные волокна составляют проводящую систему сердца, в которой возникает, а затем и распространяется, возбуждение, ведущее к его сокращению. Проводящая система состоит из анатомически контурированного, специфического, интракардиального образования.

Узлы проводящей системы состоят из густой отграниченной сети клеток, тесно связанных со скоплением нервных и волокнистых элементов, образующих синоатриальный узел (узел Киз-Флека) или главный центр автоматии сердца – пейсмекер первого порядка с различной возбудимостью головной и хвостовой его частей (М. Р.

Сапин, З.Г. Брыксина, 1995).

Любое внешнее влияние вызывает изменение ритма сердца, осуществляемое через узел Киз-Флека пейсмейкерной системы сердца (В.И. Прошева, 1998), для которого характерны единый ритм и полная синхронизация отдельных элементов. По данным И.В. Мухиной и др. (2001), существуют две гипотезы синхронизации. Согласно первой гипотезе, представленной в свое время Р.М.

Баевским (1968, 1984), в результате изменения различных биофизических условий роль пейсмекера переходит от одной клетки синусного узла к другой, в то время как остальные подавлены. Если функцию берут на себя клетки верхней части синусного узла (высоковозбудимые), то длительность сердечного цикла (ДСЦ) уменьшается.

При брадикардии пейсмекерную функцию выполняет нижняя часть синусного узла, а в условиях физиологической нормы – клетки центральной его части, причем в процессе синхронизации не последнюю роль играет парасимпатическое управление.

Кроме того, общий ритм пейсмекерной ткани и сердца в целом формируется в результате биоэлектрического взаимодействия между элементами пейсмекера, исходно разряжающимися в разных частотах, что приводит к образованию нового, промежуточного ритма (О.Е. Осадчий,1991; Н.А. Алипов, 1993).

От синоатриального узла возбуждение распространяется к рабочим клеткам миокарда предсердий диффузно и по специальным внутрисердечным проводящим пучкам. Оба потока достигают второго узла – не менее важного места, обладающего способностью генерировать импульсы, – атриовентрикулярного узла (Ашоф-Тавара). Он расположен в толще сердечной перегородки на границе предсердий и желудочков.

Узел состоит из трех обладающих собственной частотой возбуждения частей: верхней (предсердной), средней и нижней (желудочковой). Этот узел является пейсмекером второго порядка, и возбуждение через него в нормальных условиях может проходить только в одном направлении.

При этом импульсы задерживаются на 0,02-0,04с – феномен атриовентрикулярной задержки, что не противоречит закону одностороннего проведения импульсов по нерву. За это время успевает завершиться систола желудочков, и их волокна будут находиться в фазе рефрактерности, благодаря чему предсердия получают достаточное время для проталкивания в желудочки содержащейся в них крови.

Третий уровень, обеспечивающий ритмическую активность сердца, расположен в пучке Гиса и волокнах Пуркинье (А.М.Сигал, 1958). Пучок Гиса, как известно, берет начало от предсердно-желудочкового узла и образует две ножки: правую (более длинную), являющуюся как бы продолжением всего пучка, – для правого желудочка, и левую (более короткую) – для левого желудочка.

Левая ножка отходит от общего пучка Гиса выше, чем правая, веерообразно распадаясь с самого своего начала и широко разветвляясь в эндокарде левой стенке перегородки своими поверхностными ветвями.

Другими ветвями она отправляется к передней и задней папиллярной мышце, а двумя более глубоко расположенными ветвями – к верхушке сердца, распадаясь на более мелкие ветви, а затем на густую сеть Пуркинье.

Правая ножка, расположенная в верхней своей трети поверхностно (под эндокардом), в средней проходит в толще перегородки, а в нижней вновь более поверхностно; позже она распадается на три ветви, а затем, как и левая, на густую сеть волокон Пуркинье, располагающихся под эндокардом обоих желудочков (Е.Б. Бабский, Л.С. Ульянинский,1970).

Центры автоматии, расположенные в проводящей системе желудочков, носят название пейсмекеров третьего порядка, и возбуждение по ножкам пучка Гиса направляется к верхушке сердца, куда по разветвлениям ножек и волокнам Пуркинье возвращается к его основанию.

В результате этого сокращение сердца в целом осуществляется в определенной последовательности: предсердия, верхушки желудочков и, наконец, их основания.

Деятельность сложнейшего центрального органа кровообращения – сердца – характеризуется в норме исключительной слаженностью и координированностью его механизмов, обеспечивающих нормальное кровообращение и непрерывное продвижение крови в одном направлении по сосудистой системе.

Импульсы возбуждения, ритмически возникающие в синоатриальном узле, передаются по проводящей системе с определенной скоростью, несколько задерживаясь в атриовентрикулярном узле, что и обусловливает точную последовательность в сокращениях обоих отделов сердца – предсердий и желудочков, их всегда неодновременное опорожнение и поэтому не вполне совпадающее по времени наполнение их кровью (Г.И.

Косицкий, 1977). Сокращения одноименных отделов сердца, правой и левой его половин, происходят синхронно и, чередуясь со стадией их расслабления, координированы с безупречно функционирующим в норме механизмом последовательного закрытия и открытия обеих пар (атриовентрикулярных и полулунных) клапанов.

Таков механизм автоматической работы следующих друг за другом сокращений сердца с систолой и диастолой, порождающих звуковые явления с паузами между ними, что складывается в тот или иной ритм сердца (РС), когда трехуровневый пейсмекер сердца образует свой ритмический рисунок (В.В. Парин и др., 1966 – 1969; Р.М. Баевский, 1984). В последние годы получены данные о том, что наряду с существованием внутрисердечного генератора РС имеется и генератор в центральной нервной системе – в эфферентных структурах сердечного центра продолговатого мозга (В.Г. Абушкевич и др., 2001; В.М. Покровский, 2005).

Отклонение от точности и правильности в чередовании сердечных сокращений независимо от того, констатируется ли оно на протяжении сравнительно короткого отрезка времени или более продолжительного, свидетельствует о нарушениях ритмической деятельности сердца, т.е. об аритмии (В.М. Зациорский, С.К. Сарсания, 1968). Сердечные аритмии, возникающие вследствие нарушения различных функций сердечной мышцы, но главным образом функции возбудимости и проводимости, отличаются значительным многообразием.

Влияние физических нагрузок на частоту и ритм сердечных сокращений

В результате мышечной деятельности прирост частоты сердечных сокращений (ЧСС) имеет первостепенное значение в механизме повышения минутного объема кровообращения, которым обеспечивается кровоснабжение органов и тканей в процессе мышечной деятельности (S. Robinson, 1938; Э. Адольф, 1971).

Однако, при чрезмерной ЧСС, начинает страдать кровенаполнение сердца, что диктует необходимость поправки на критическую частоту пульса. У спортсменов она более высока (210-220 уд/мин), чем у нетренированных (180 уд/мин), хотя в патологических ситуациях (пароксизмальная тахикардия) максимально возможная ЧСС может достигать 360 уд/мин, как было отмечено еще И.Б Темкиным (1974).

Увеличение ЧСС при мышечной деятельности зависит от ряда факторов – пола, возраста, степени мышечного напряжения и интенсивности мышечной работы, положения тела, эмоционального фона и уровня тренированности, существенным образом формирующего реакции ЧСС на физические нагрузки (В.С.

Фарфель, 1949; Э.В.Земцовский, 1995; H. Lollgen, 1999; Солонин Ю.Г., 1999). Одно из проявлений тренированности – «брадикардия покоя», обеспечивающая выполнение работы меньшим приростом ЧСС (по сравнению с нетренированными) (Н.Д. Граевская, 1975; П.П. Озолинь, 1984; Н.М. Амосов., 1985).

Очень важна степень мышечного напряжения, сопровождающаяся определенным уровнем проприоцептивной афферентации, обусловливающей по механизму моторно-висцеральных рефлексов закономерные изменения сердечного ритма (М.Р. Могендович, 1969,1972; Р. Гранит, 1973).

Причем ведущая роль в этом механизме принадлежит безусловным рефлексам, на базе которых могут образовываться и условные (В.И.Бельтюков,1961).

Механизм моторно-кардиальных рефлексов, таким образом, представляет собой одну из форм приспособления сердца к конкретным условиям мышечной деятельности, с дальнейшей дифференциацией и экономизацией реакций в виде прироста ЧСС. Естественно, что мобилизация сердца находится в определенной зависимости от активизации проприоцепции (F.

Sagberg, 1985; A.J. Gelsema et аl, 1985; H.Lowell Stone, 1986). Тяжелая работа в большей степени активирует проприоцептивную афферентацию, которая опосредованно через центральную нервную систему обусловливает и больший прирост ЧСС, необходимый для выполнения этой работы (А.Я. Рыжов, 1984; В.Д. Сутула и др., 1996; Д.Л. Оглоблин, 2005).

Упражнения с отягощениями также увеличивают ЧСС как и интенсивный бег, хотя кислородный запрос, необходимый для полноценного кровоснабжения работающих скелетных мышц, мозга и миокарда при силовых упражнениях значительно меньший (А.Б. Гандельсман 1963; Л.А. Виру, 1998).

Если интенсивность работы не достигает предельных значений, то ЧСС линейно зависит от уровня потребления кислорода и, таким образом, по сдвигам ЧСС можно с определенными допущениями оценивать уровень энергетических затрат при выполнении разнообразных упражнений (В.М. Волков, 2003).

В оценке динамики ЧСС обязателен учет положения тела (позы), являющегося результатом статических постуральных напряжений мышц (Ю.В. Мойкин и др.,1987; А.Я. Рыжов, 1984,). роль в приспособлении вегетативных функций к меняющимся условиям, связанным с переменой позы, принадлежит моторному и вестибулярному анализаторам (В.И. Бельтюков, 1961).

В пассивной антиортостатической позе гравитационный прилив крови повышает давление в черепно-мозговых сосудах, а также в аорте и каротидных синусах, обусловливая депрессорный рефлекс, проявляющийся также урежением ритма сердечных сокращений.

В активной антиортостатической позе включается еще один рефлекторный механизм-напряжение скелетной мускулатуры, при котором активация проприоцептивной афферентации обусловливает учащение сердечной деятельности (прессорный моторно-24 кардиальный рефлекс), противодействуя в той или иной степени урежению сердечных сокращений.

Таким образом, сила гравитации и компенсаторных механизмов (мышечная деятельность) в конечном итоге определяет величину физиологических сдвигов в организме при антиортостатической позе (К.Л. Гейхман, М.Р. Могендович, 1977).

Момент восстановительного периода после физической нагрузки, когда ЧСС временно становится меньше исходной (т.е. уровня покоя), получил название «отрицательной фазы» (Б.М. Казаков и др., 1974; Р.А. Калюжная и др., 1980; Н.А. Панов, П.А. Филеши, 1981).

«Отрицательная фаза» пульса свойственна вполне здоровым людям, систематически занимающимся физической культурой и спортом, в большинстве случаев работоспособность человека во время «отрицательной фазы» пульса оказывается выше исходной (Н.М. Амосов и др.

, 1985), что важно для оптимального построения тренировочного цикла.

Роль нервного механизма, регулирующего вегетативные функции, особенно важна в начальный, пусковой период мышечной деятельности и по окончании работы (восстановительный период). Установка вегетативной иннервации на новый уровень в пусковом периоде происходит быстро, т. к.

обусловливается включением ряда форм афферентации а также определенным условнорефлекторным компонентом.

В восстановительном же периоде возвращение вегетативных функций к уровню покоя происходит значительно медленнее, что позволяет считать, иннервационный механизм возвращения ЧСС к исходному состоянию более инертным, чем механизм включения в работу.

В этом плане следует отметить феномен «отрицательной фазы пульса», исследование проблемы которого занимает значительный период времени (Г. Дришель, 1960; Г.З.Чуваева, 1963; И.А. Аршавский, 1967; И.Х. Вахитов, 1999).

Регистрация ритма при использовании акустических воздействий

Во 2-й серии экспериментов с ориентацией испытуемых на воспроизведение усредненных ДСЦ (по 1-й серии), мощность их работы составила 131,889±3,964 Вт, что существенно ниже, нежели в первой серии, на 18,111±3,964 Вт (рис. 5 А).

При этом визуально воспроизводимая средняя ДСЦ по всей работе была равна 0,561±0,007 с, статистически значимо не различаясь с аналогичным показателем 1-й серии исследований (рис. 5 Б; рис. 6).

испытуемых по данным 1-й (темные кружки) и 2-й (светлые) серий исследований в исходном состоянии (1), в начале (2), середине (3), конце работы (4) и при восстановлении (5) ДСЦ и показатель Мо снижаются в процессе работы, увеличиваясь при восстановлении, приближаясь к исходному уровню (табл. 1).

Значение аМо в начале работы несколько снижется, но к окончанию и при восстановлении проявляет тенденцию к увеличению. ИН снижается с началом работы, восстанавливаясь в ее середине практически до исходного уровня, с последующим возрастанием и некоторым снижением в процессе послерабочего восстановления.

Дисперсии ДСЦ в начале работы была свойственна тенденция к повышению, с последующим снижением к концу работы и при восстановлении.

Вероятно, поэтому и коэффициент вариативности на первой минуте имеет тенденцию к увеличению, снижаясь к окончанию работы, и в период восстановления стабилизируется на уровне, близком к исходному.

Параметр автокорреляционной функции РС (r1) в начале работы возрастал, снижаясь во время ее окончания, сохраняя, однако, тенденцию к восстановлению (рис. 1).

Показатель Харста меняется волнообразно, при этом пиковая фрактальность ДСЦ (снижение Н) во 2-й серии исследований приходится на период окончания экспериментальной нагрузки.

Число лонгитудинальных связей между изменениями описанных выше показателей уменьшается с 11 в 1-й серии до 7 во 2-й, что мы склонны рассматривать как свидетельство снижения централизации в управлении сердцем.

Суммарная мощность спектра и мощность очень низкочастотного диапазона снижаются в течение работы, несколько возрастая при восстановлении (рис. 4). НЧ и ВЧ также имеют тенденцию к снижению в процессе работы, незначительно повышаясь после нее. Отношение НЧ/ВЧ снижается в начале и середине работы, возрастая при окончании и в период восстановления до уровня, превосходящего исходный (рис. 7). Число статистически значимых лонгитудинальных корреляций спектральных показателей возрастает с 4 в 1-й серии до 6 во 2-й. Рис. 7. Изменения спектральных показателей испытуемых во 2-й серии исследований в течение работы в исходном состоянии (1), в начале (2), середине (3), конце работы (4) и при восстановлении (5). Расшифровка рисуночных аббревиатур – раздел 2.3

Индивидуальный анализ РС выявляет изменения, характерные для ряда испытуемых данной статистической выборки. Тем более что среди них отчетливо просматриваются две группы.

В одной группе в 1-й серии исследований исходная ДСЦ существенно выше, чем во 2-й, в другой группе ДСЦ в 1-й серии ниже, чем во 2-й, что подтверждается данными индивидуального анализа. В 1-й серии исследований средняя ДСЦ испытуемого Т., 19 лет (рис.

8), по данным всей работы, составляет 0,501±0,008 с, причем в процессе работы она уменьшается, приближаясь на 3-й мин восстановления к исходному значению.

. Индивидуальные показатели ДСЦ испытуемого Т.

,19 лет, в 1-й (светлые столбцы) и во 2-й (темные) сериях в исходном состоянии (1), в начале (2), середине (3), конце работы (4) и при восстановлении (5) Мо снижается к моменту окончания работы, возрастая при восстановлении, АМо увеличивается в начале работы, со снижением к ее окончанию, и возрастанием при восстановлении (рис. 9). 5 50 4 ГіІ 40 І /W ЗО (Щ \ 20 1 м 10 І і! 4 N 0 п i._ F – «# 4 \fif 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Вариационные пульсограммы испытуемого Т., 19 лет, по результатам 1-й серии исследования в исходном состоянии (1), в начале работы (2), в середине (3), при окончании работы (4) и при восстановлении (5)

ИН возрастает в начале физической нагрузки, снижаясь в середине и увеличиваясь при ее окончании, в период восстановления данный показатель продолжает увеличиваться, превышая практически вдвое исходный уровень.

Значение дисперсии ДСЦ увеличивается к середине работы с последующим уменьшением до исходного уровня, коэффициент вариативности ДСЦ возрастает в течение работы, восстанавливаясь в послерабочий период.

Параметр (r1) автокорреляционной функции РС снижается до середины работы, переходя к моменту ее окончания в отрицательное значение, и возрастает при восстановлении, не достигая, однако, исходного значения.

Фрактальная размерность, характеризующаяся показателем Харста, снижается в начале работы, затем возрастает, достигая максимума к моменту ее окончания и вновь снижается в период восстановления.

Показатель ОЧ снижается в начале работы, возрастая в середине и снова снижаясь при ее окончании и восстановления. ОНЧ уменьшается в начале и середине работы, возрастая при ее окончании и на 3-й мин восстановления.

НЧ снижается в начале работы, возрастая в середине и вновь снижаясь при восстановлении, ВЧ возрастает в течение всей работы, снижаясь при восстановлении до исходного уровня, НЧ/ВЧ снижается в течение работы, возрастая при восстановлении.

Результаты исследований ритма сердца при ступенчато меняющейся нагрузке

В 1 и 2-й сериях исследований определено, что в процессе нагрузки количественные параметры РС, в частности, Х и Мо, достаточно изменчивы вследствие разноуровневой и разносистемной (simp. et vag.) его регуляции (табл. 1; рис.2).

В дальнейшем параметр взаимосвязи смежных интервалов (r1), обнаруживает закономерные изменения в виде последовательного снижения в процессе всей работы, что свидетельствует если не о доминировании парасимпатической нервной системы, то о явном снижении тонуса симпатической нервной системы в регуляции РС. Однако данные изменения не затрагивают фрактальность РС, вероятнее всего подчиняющуюся несколько другим механизмам регуляции сердца. Таким образом, ригидность, дисперсность и фрактальность РС проявляются по-разному на различных уровнях ЧСС, действуя однонаправленно, либо антагонистически. В целом же косвенное управление ритмом сердца посредством варьируемой физической нагрузки и ее психогенной имитации может быть расценено как своеобразный системный поиск полезного результата на основе обратной связи. Характер поиска (амплитуда, точность) определяется состоянием ВНС (симпатической и парасимпатической) с периодическим включением подкорковых центров управления РС.

Решение второй задачи предусматривало выявление характера согласования основных составляющих РС при работе с идеомоторно воспроизводимыми его параметрами.

Прежде всего, выяснилось, что в данной статистической выборке, за исключением одного испытуемого, изменения РС в целом оказались практически аналогичными 1-й серии, хотя величина непроизвольно задаваемой нагрузки (с ориентиром на ДСЦ) казалась существенно ниже предложенной в 1-й серии (рис.5).

Аналогичное 1-й серии учащение пульса при сниженной нагрузке мы рассматриваем как следствие эмоционального напряжения, обычно сопровождающего управление РС посредством физической работы, что видно по результатам первой серии экспериментов. Об этом также свидетельствуют показатели лонгитудинальной корреляции, характеризующие определенную сопряженность (параллелизм) изменений смежных интервалов (r1) и их фрактальности (Н).

В данном варианте управления РС выражен сенсорный компонент мышечной деятельности (М.Р. Могендович., 1972), осуществляющийся в виде моторно-висцеральных рефлексов различных уровней, от спинального до подкорково-коркового.

При этом налицо комбинированное воздействие на сердце нервно-мышечной и психогенной нагрузки, а также напряжения зрительной системы, что вызывает выраженный хронотропный эффект доминантной симпатикотонии, не смотря на сниженную, по сравнению с 1-й серией, физическую нагрузку.

Селективный анализ параметров спектра колебаний РС при идеомоторном воспроизведении нагрузки, вызывающей сдвиги ДСЦ, равные 50% от величины 1 й серии, позволяет определить тенденцию как к усилению влияния симпатического отдела вегетативной нервной системы на данный процесс, так и частично синхронизованному снижению тонуса симпатической и парасимпатической систем без выраженных супраспинальных воздействий (табл. 2;4; рис. 22).

Значения спектральных показателей ОЧ, ОНЧ и НЧ и ВЧ испытуемого Т., 20 лет, снижаются в процессе работы, увеличиваясь в послерабочий период, НЧ/ВЧ возрастает в начале и середине нагрузки, с последующим снижением.

При этом изменения ОЧ могут быть рассмотрены как свидетельство уменьшения влияния симпатического отдела нервной системы, ВЧ и НЧ – как ослабления влияния парасимпатического отдела на ритм сердечных сокращений.

Значения НЧ/ВЧ свидетельствуют об усилении влияния симпатического звена вегетативной нервной системы, прекращающегося в период восстановления (табл. 7; рис. 26).

Третья задача предусматривала проведение сравнительного анализа регуляции РС при идеомоторном воспроизведении ступенчато меняющейся нагрузки. В данном опыте, как нами было указано выше (раздел 3), при достаточно умеренной нагрузке (табл.

8) под косвенным контролем РС проявляется выраженное напряжение регуляторных механизмов нервной системы, в виде расхождения пульсовых характеристик заданного и контролируемого вариантов нагрузки.

Характерно, что в процессе эксперимента четко проявляется инициальная реакция централизации управления сердечным ритмом по данным статистического (Х; Мо) и автокорреляционного (r1) анализов. Однако, продолжающийся поиск оптимального соотношения параметров РС приводит к неоднозначным состояниям сердечно – сосудистой системы.

Указанный процесс, вероятнее всего, контролируется гипоталамусом, осуществляющим в данной ситуации влияние на РС симпатикотоничского типа. Однако это сопровождается компенсаторной активацией центров периферического контура регуляции РС посредством блуждающих нервов (по вышеуказанным параметрам).

Признаки же последующего снижения тонуса парасимпатической нервной системы на последнем рабочем этапе достаточно изменчивы, но в итоге носят явно компенсаторно-адаптивный (скорее габитуативный) характер, в целом свойственный поисковой деятельности функциональной системы регуляции РС. Полезным приспособительным результатом данной функциональной системы, вероятнее всего, является достижение вагосимпатического равновесия как наименее энергозатратного механизма регуляции ритма сердечных сокращений.

Источник: http://www.dslib.net/fiziologia/individualnye-i-gruppovye-pokazateli-ritma-serdca-pri-ego-oposredovannom.html

Методы анализа вариабельности ритма сердца – : путешествия, программирование, базы данных, строительство и ремонт

Математический анализ ритма сердечных сокращений в эксперименте

Предупреждение: данная статья должна рассматриваться не более чем черновик,а не как полноценное учебное пособие. Основное ее достоинство – сбор ведином месте разрозненной информации, на поиск и структурирование которойя потратил около года. Файл был сконвертирован из Word-версии, поэтому прошу извинить за ошибки в форматировании.

Беляев К.Р.

Учебное пособие

по выполнению лабораторного практикума по курсу
“Анализ и преобразование биомедицинских сигналов”

  1. Введение
  2. Небольшие случайные колебания длительности сердечного цикла (называемые также аритмия, ВРС– вариабельность ритма сердца, HRV– heart rate variability) в норме наблюдаются как у человека, так и у животных.

    Эти колебания вызваны сложным взаимодействием гемодинамических, электрофизиологических и химических процессов, происходящих в организме. В норме амплитуда колебаний составляет 5¸10% от длительности кардиоцикла и зависит от времени суток и состояния пациента.

    В настоящее время установлено, что анализ ВРС позволяет провести раннюю диагностику патологического состояния плода, обнаружить вегетативную невропатию у больных диабетом, оценить риск летального исхода инфаркта миокарда и т.д.

    Уменьшение степени ВРС у здорового человека рассматривают как признак напряженного состояния регуляторных процессов (стресса).

  3. Механизмы нервной регуляции ритма сердца
  4. Ритм сердца определяется свойством специализированных клеток проводящей системы сердца спонтанно активироваться, так называемым свойством сердечного автоматизма. Регуляция сердечного ритма осуществляется вегетативной нервной системой, центральной нервной системой и рядом гуморальных и рефлекторных воздействий.

    1. Свойство автоматизма
    2. Ритмические сокращения сердца возникают под действием импульсов, зарождающихся в нем самом. Это свойство называется автоматизмом.

      В нормальных условиях процессы спонтанной диастолической деполяризации, определяющие свойства автоматизма, наиболее быстро протекают в синусовом узле, который и задает ритм сердца.

      Обычная частота синусового импульсообразования – 60…100 импульсов в минуту, однако она может изменяться под влиянием медиаторов вегетативной нервной системы.

      В ритмической деятельности синусового узла выделяют синусовую тахикардию, брадикардию, нормокардию и аритмию. При синусовой тахикардии частота сердечных сокращений (ЧСС) превышает 90 ударов в минуту у взрослых и 160 ударов в минуту у детей.

      Причинами синусовой тахикардии может быть физическое или эмоциональное напряжение, воздействие медикаментозных препаратов и т.д. Синусовая брадикардия с частотой ритма менее 60 ударов в минуту может возникнуть в ответ на психогенные воздействия вследствие страха или боли.

      Синусовая брадикардия развивается также во время сна, у тренированных спортсменов, у лиц физического труда, при патологиях мозга, инфекционных заболеваниях и др. Синусовая аритмия устанавливается при различии между самым коротким и самым длинным интервалами сердечных сокращений в 0,15–0,16 секунд.

      Выделяют циклическую синусовую аритмию, связанную с актом дыхания, и синусовую недыхательную, нециклическую аритмию, которая может быть вызвана сердечной патологией, повышением внутричерепного давления, плевроперикардиальными спайками, гликозидами.

    3. Внутрисердечное (интракардиальное) регулирование ритма сердца
    4. Первым уровнем системы регуляции работы сердца является механизм внутрисердечного регулирования.

      Он связан с особыми свойствами самого миокарда и действует даже в условиях изолированного сердца по закону Франка-Старлинга: изолированное сердце при постоянной частоте сокращений может самостоятельно приспосабливать свою деятельность к возрастающей нагрузке, отвечая на нее увеличенным выбросом.

      Этот механизм включается при перемене положения тела, сопровождающейся изменением венозного возврата крови, остром увеличении объема циркулирующей крови (при переливаниях крови) и повышении периферического сопротивления.

    5. Механизмы экстракардиального регулирования ритма сердца

Экстракардиальные уровни регуляции работы обеспечиваются вегетативной и эндокринной системами. По скорости развития адаптивных процессов и их продолжительности механизмы регуляции сердечно-сосудистой системы делят на:

  1. механизмы кратковременного действия (барорефлексы, хеморефлексы, действие гормонов: адреналина, норадреналина, вазопрессина),
  2. механизмы промежуточного (по времени) действия (изменения транскапиллярного обмена, релаксация напряжения сосудов, ренин-ангиотензиновая система),
  3. механизмы длительного действия (регуляция внутрисосудистого объема крови и емкости сосудов).
    1. Иннервация сердца. Вегетативные механизмы регуляции ритма сердца
    2. Так как сердце обладает собственным автоматизмом, то влияние вегетативной нервной системы (ВНС) на ритм сердца является модулирующим, а не управляющим.

      Сердце иннервируется как симпатическими, так и парасимпатическими отделами ВНС. Симпатические воздействия обычно приводят к повышению ритма сердца, парасимпатические – к его понижению.

      Более подробно вопросы иннервации сердца изложены в [1].

      1. Афферентная иннервация сердца
      2. Афферентная (чувствительная, центростремительная) иннервация сердца осуществляется в основном миелинизированными волокнами, идущими в составе блуждающего нерва.

        Эти волокна начинаются в предсердиях и желудочках чувствительными окончаниями, реагирующими на активное напряжение (a-рецепторы) или пассивное растяжение (b-рецепторы). a-рецепторы возбуждаются при сокращении предсердий, а b-рецепторы в конце систолы желудочков.

        Возбуждение b-рецепторов предсердий приводит к торможению симпатического и активации парасимпатического отделов продолговатого мозга. Сигналы от a-рецепторов, наоборот, ведут к повышению симпатического тонуса.

        Другим типом афферентных систем, активно участвующих в регуляции ритма сердца, являются баро- и хеморецепторы. Барорецепторы расположены в стенках крупных внутригрудных и шейных артерий (область дуги аорты и каротидного синуса), а хеморецепторы – в аортальных (дуга аорты) и синокаротидных (разветвление общей сонной артерии) тельцах.

        Реакция на раздражение барорецепторов заключается в изменении ритма сердца и тонуса кровеносных сосудов таким образом, чтобы компенсировать изменение внутрисосудистого давления.

        Одним из проявлений барорефлекторной реакции является влияние фаз дыхания на частоту сокращений сердца: вдох сопровождается понижением давления в каротидном синусе и ускорением ритма, выдох – замедлением ритма.

        К хеморецепторным механизмам воздействия на сердечно-сосудистый центр можно отнести гуморальные изменения крови и геморецепторный рефлекс. Повышение парциального давления углекислого газа, понижение парциального давления кислорода и ацидоз приводят к повышению ритма сердца, обратные явления – к его понижению.

      3. Симпатическая иннервация сердца
      4. Медиатором симпатического нерва является норадреналин, взаимодействие которого с клетками сердца (кардиоцитами) ведет к повышению ЧСС.

        Воздействие может осуществляться либо непосредственно (через волокна, иннервирующие сердце), либо посредством катехоламинов (адреналина, норадреналина), выделяющихся в кровь из мозгового слоя надпочечников.

        Латентный период развития реакции на симпатические воздействия составляет 1-3 с, но для окончательного достижения новой ЧСС требуется 30-60 с. Так же медленно происходит и возврат к прежней ЧСС. В целом можно сказать, что симпатические влияния на сердце реализуются относительно медленно, но они относительно стойки и генерализованы.

      5. Парасимпатическая иннервация сердца
      6. Парасимпатическая иннервация осуществляется блуждающим нервом. Медиатором блуждающего нерва является ацетилхолин (АХ).

        Латентный период реакции на раздражение блуждающего нерва значительно короче симпатического – 200 мс, а постоянный уровень ЧСС достигается быстро – через несколько сердечных циклов.

        Восстановление ЧСС после прекращения стимуляции происходит в течение 15…20 с, что объясняется быстрой гидролизацией АХ в синусовом узле.

        Влияние блуждающего нерва на клетки синусового узла зависит от силы раздражения: при сильном — возникает эффект торможения, а при слабом — “парадоксальный эффект” (увеличение ЧСС). В целом, парасимпатические влияния характеризуются относительно быстрым эффектом и относительно скорым возвращением ЧСС к исходному уровню, а также большей избирательностью действия.

      7. Взаимодействие симпатического и парасимпатического отделов

Постоянное взаимодействие симпатических и парасимпатических влияний происходит на всех уровнях сегментарного отдела вегетативной нервной системы, однако оно не является простой суммой тормозящих и ускоряющих воздействий: при различной степени активности одного из отделов эффект другого отдела также будет различен.

Такой тип взаимодействия принято называть “функциональной синергией”. В нормальных условиях симпатическая и парасимпатическая системы постоянно находятся в динамическом взаимодействии, согласованно регулируя работу сердца для достижения полезного приспособительного результата.

При функциональном рассогласовании данных отделов, принято говорить о внутрисистемной и/или межсистемной дезинтеграции

.

  1. Регистрация ритмограммы
  2. Анализ вариабельности ритма сердца состоит в оценке тем или иным способом изменчивости длительности последовательных кардиоциклов на выбранном промежутке времени. Длительность кардиоциклов можно определить, например, по сигналу ЭКГ.

    Для этого выбирается характерная, хорошо различимая точка (R-зубец, максимум производной и т.п.), и определяется расстояние между этими точками для последовательных кардиоциклов (Рис. 1).

    Поскольку наиболее часто для этой цели используют R-зубец на ЭКГ, то полученные данные также называют RR интервалами. В работе [

    9] было показано, что местоположение выбранной точки должно определяться с точностью не хуже 0.01 с, иначе результаты анализа будут искажены.

    Последовательность RR интервалов называют ритмограммой. Ритмограмма является типичным дискретным сигналом: она существует только в определенные моменты времени, принимая произвольные значения по амплитуде.

    Расстояние между отсчетами ритмограммы является неравномерным по времени, поэтому в некоторых методиках ритмограмма интерполируется и передискретизируется с равномерным шагом.

    На практике результаты расчетов диагностических параметров в обоих случаях совпадают с точностью до случайной погрешности, однако данная процедура вносит дополнительную систематическую ошибку, связанную с выбором метода интерполяции.

    В настоящее время существуют различные аппараты, позволяющие зарегистрировать ритмограмму. Наиболее простые используют цифровые счетчики, срабатывающие по уровню ЭКГ сигнала.

    При превышении сигналом установленного уровня, текущее значение счетчика передается на выход устройства и отсчет начинается сначала.

    Более сложные системы (например, холтеровские мониторы) сохраняют в памяти весь сигнал ЭКГ или его участки и позволяют постфактум провести подробный анализ исходного сигнала.

  3. Подготовка данных к анализу
  4. В идеале анализ вариабельности ритма сердца должен проводиться на не зашумленных участках ЭКГ, при синусовом ритме и отсутствии аритмий. В реальных условиях получить такие участки необходимой длины довольно сложно. Поэтому проводят предобработку ритмограммы, в ходе которой удаляют из рассмотрения участки, соответствующие нарушениям ритма, шумам и артефактам на ЭКГ.

    Иногда в ходе предобработки проводится коррекция ритмограммы, заключающаяся в удалении из нее одного или нескольких отсчетов, не характерных для рассматриваемого участка, и постановки на их место усредненных (или интерполированных) значений. Как правило, подобной процедуре подвергается пара, состоящая из короткого интервала RR (отвечающего экстрасистоле) и следующего за ним длинного интервала (Рис. 2).

    Разумеется, коррекция ритмограммы допустима лишь при определенных условиях. Так замена экстрасистол допустима если их не слишком много (не более 5% от общего количества интервалов) и на участке отсутствуют куплеты и пароксизмы тахикардии.

    В противном случае нарушения ритма становятся гемодинамически значимыми, меняют характер работы всей сердечно-сосудистой системы и искажают ритмографическую картину. В этом случае рассматриваемый участок просто признается негодным для дальнейшего анализа.

    Необходимо также помнить, что исключение участков записи и последующая “сшивка” соседних участков искажает ритмическую картину RR интервалов, что влияет на результаты спектрального анализа ритмограммы.

    Существуют два основных подхода к предобработке ритмограммы: выделение непригодных для анализа участков на стадии анализа ЭКГ и формирования ритмограммы, и предобработка сформированной ранее ритмограммы при помощи логического анализа величин интервалов RR. Первый подход более предпочтителен, т.к. для анализа может быль использована вся информация об ЭКГ, и не только об RR интервалах.

    Статистический анализ ритма сердца

    В настоящее время существует много методов количественного анализа вариабельности ритма сердца.

    Их можно разбить на две основные группы: методы анализа во временной области (time domain) и методы анализа в частотной области (frequency domain).

    Все методы, как правило, базируются на результатах измерения RR интервалов между последовательными QRS комплексами нормального синусового ритма (так называемые NN–интервалы) и реализуются на отфильтрованных ритмограммах.

    Среди методов анализа во временной области можно выделить два направления: статистические методы, основанные на оценке различных статистических характеристик последовательности RR интервалов, и геометрические методы, заключающиеся в оценке формы и параметров гистограммы распределения RR интервалов. Распространен анализ как коротких (5–10 минут), так и длительных (сутки) участков ритмограммы.

    Спектральные методы применяются для выявления характерных периодов в динамике RR интервалов, оценки вклада тех или иных периодических составляющих в общую динамику изменения сердечного ритма.

    В этих методах анализируемый участок рассматривается как единое целое, поэтому требования к качеству исходной последовательности гораздо выше, чем для временных методов.

    Поскольку подходящие участки ритмограммы длительностью более 5 минут удается получить довольно редко, распространен анализ коротких (2–5 минут) записей.

    1. Функция распределения случайной величены

При проведении анализа необходимо рассматривать ритмограмму как одномерный случайный процесс. Основной характеристикой одномерного случайного процесса является его функция распределения F(x), определяемая как вероятность того, что случайная величина X имеет значение, меньшее чем x: F(x) = P(X< x).

Функция распределения F(x) обладает следующими свойствами:

  1. ,
  2. F(x) монотонно не убывает, т.е. при x1

Источник: https://www.sites.google.com/site/konstbel/spisok-moih-publikacij/metody-analiza-variabelnosti-ritma-serdca

Диагностические возможности математического анализа ритма сердца (МАРС)

Математический анализ ритма сердечных сокращений в эксперименте

Понятие об электрической оси сердца и виды ее положения.

Направление ЭДС сердца в данный момент времени называется моментной электрической осью сердца. Направление этой оси во время деполяризации желудочков все время меняется.

При сложении всех этих моментных векторов по правилам сложения векторов, получают суммарный вектор, соответствующий среднему направлению ЭДС сердца в течение всего периода деполяризации.

Электрическая ось сердца – это суммарный вектор ЭДС сердца.

Электрическая ось образует угол с осью I стандартного отведения. Угол между электрической осью сердца и осью I ст. отведения , называется угол a. По величине этого угла судят о направлении ЭДС сердца во время деполяризации желудочков. Нормальное положение электрической оси условно считается при величине угла a от 0 до 90 градусов.

Различают различные физиологические варианты нормы: горизонтальное положение (от 0° до 30 °), нормальное положение (от 30° до 70°), вертикальное положение (от 70° до 90°). Это зависит, в частности, от типа конституции пациента – горизонтальное положение эл.

оси, и даже отклонение ее влево может быть при гиперстенической конституции, а вертикальное отклонение или умеренное отклонение вправо – при астеническом телосложении.

Для определения положения электрической оси следует запомнить следующие закономерности:

1).Если электрическая ось проецируется на положительную часть оси данного отведения, то в этом отведении регистрируется зубец R. 2).Когда электрическая ось проецируется на отрицательные части осей отведений, в этих отведениях преобладают отрицательные зубца Q и S. 3).

Проекция электрической оси сердца на ось данного отведения представляет собой алгебраическую сумму зубцов ЭКГ в этом отведении. 4).Если электрическая ось расположена параллельно оси данного отведения, то в этом отведении регистрируется зубец наибольшей амплитуды. 5).

Если электрическая ось расположена перпендикулярно оси данного отведения, то в этом отведении либо записывается изолиния, либо R=S. 6).При проекции электрической оси на отрицательную часть оси отведения в этом отведении отрицательные зубцы по сумме больше положительных.

Изменение ритма сердца – универсальная оперативная реакция целостного организма в ответ на любое воздействие внешней среды.

Однако традиционно измеряемая частота сердечных сокращений отражает особенности уже сложившегося гомеостатического механизма, в то время как процесс регуляции проявляется в функциях разброса, поэтому только исследование колебаний (вариаций, изменений, отклонений) сердечного ритма дает необходимую информацию для оценки качества адаптации.

Основоположником метода математического анализа ритма сердца (МАРС) является Роман Маркович Баевский, крупный исследователь в области космической медицины и биологии, благодаря его фундаментальным исследованиям этот метод шагнул в 80-е годы из закрытых исследовательских лабораторий в широкую практическую медицину.

С помощью этого метода можно оценить вариабельность сердечного ритма, сделать заключение о состоянии механизмов регуляции сердечно – сосудистой системы , соотнести тонус симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы и путем проведения физических проб сделать заключение о наличии функциональных резервов.

Исходными данными для метода МАРС служит ЭКГ, длительно зарегистрированная (не менее, чем в 100 последовательных кардиоинтервалах) в одном из стандартных отведений, у пациента в состоянии относительного покоя. Врач в дальнейшем проводит тщательный анализ данных продолжительности кардиоинтервалов. Существуют компьютерные варианты метода, с каждым годом все более усовершенствованные.

Показателем, имеющим наибольшую значимость при анализе ритма сердца, считается выраженность синусовой аритмии. Для того, чтоб иметь возможность оценить этот показатель, проводят построение кардиоинтервалограммы (КИГ) или ритмограммы.

На горизонтальную ось графика наносят порядковый номер кардиоинтервала, а на вертикальную – продолжительность каждого кардиоинтервала в секундах.

Таким образом, длительность кардиоинтервалов преобразуют в амплитуду, и изучая огибающую линию, соединяющую вершины кардиоинтервалов, изучают волновую структуру.

Дыхательная синусовая аритмия является следствием влияния фаз дыхания на продолжительность кардиоинтервалов: удлинение кардиоинтервалов связано с началом вдоха, а укорочение – с выдохом.

Учащение ритма на вдохе связывают с рефлекторным снижением тонуса блуждающего нерва в результате механических раздражений нервных окончаний в легочной ткани.

Дыхательные волны ритма сердца напрямую связаны с изменением ударного объема правого желудочка и с величиной ЦВД (центрального венозного давления). Амплитуда дыхательных волн возрастает при улучшении функционального состояния у практически здоровых молодых людей.

Это важный и информативный показатель. Дыхательные волны (ДВ, или HF – high fricuency) имеют период 3-5секунд, или одна волна за 3-4 удара сердца. Выраженная неравномерность дыхательных волн является свидетельством высокой “цены адаптации”.

Недыхательный компонент синусовой аритмии указывает на то, что система управления ритмом сердца является многозвеньевой. Различают два типа медленных волн : первого и второго порядков.

Происхождение медленных волн I порядка, с периодом 10-40 сек.

,связывают с активностью симпато – адреналовых механизмов регуляции, предполагая наличие надсегментарного осциллятора, работающего в непрерывном режиме и реализующего свои влияния на периферию через преганглионарные симпатические нейроны спинного мозга.

Это дает основание по амплитуде медленных волн оценивать состояние барорецепторных механизмов вегетативной регуляции. Отмечена высокая чувствительность медленных волн I порядка (МВI, или LF -low fricuency) к адаптационным перестройкам организма, контролируемым системами лимбико – ретикулярного комплекса.

Медленные волны большего периода – от 40 сек. до 2 мин.(медленные волны II порядка, или VLF – very low fricuency) рассматриваются также как результат церебральных влияний на ритм сердца..

Отмечено их увеличение у здоровых людей при умственном утомлении.

Они доминируют в спектре ритма сердца у больных с церебральными органическими и вегетативными расстройствами, существенно возрастая в ситуациях эмоционального стресса.

Для выявления волновой структуры ритма применяют спектральный анализ. Этот статистический метод исследования сердца представляет собой анализ дисперсий интервалов между сокращениями в различных диапазонах частот.

Мощность медленных волн II порядка отражает активность межсистемного уровня управления. Мощность медленных волн I порядка характеризует состояние подкорковых нервных центров (уровень внутрисистемного управления).

Мощность дыхательных волн характеризует активность автономного контура регуляции сердечного ритма, а их период позволяет судить о средней частоте дыхания.

На основании исходных данных и результатов построения ритмограммы, вычисляют индекс напряжения (ИН) регуляторных механизмов по Р.М.Баевскому.

При этом вычисляют следующие показатели:

Мо – наиболее часто встречающаяся величина кардиоинтервала в сек.;

АМо – число кардиоинтервалов, попавших в диапазон Мо в %;

DRR – вариационный размах , т.е. разница между наибольшим и наименьшим кардиоинтервалом в сек.

В соответствии с приведенной выше формулой, чем выше ИН, тем выше напряжение регуляторных механизмов (т.е. активность симпатического канала регуляции) и тем меньше, чем выше активность парасимпатических каналов.

В качестве условной нормы, у нетренированных лиц ИН в промежутке от 40 до 140 , а у спортсменов – от 30 до 100.

Использование ИН для оценки срочных адаптационных реакций организма на стрессорные воздействия оказываются высокоинформативными.

Частью метода математического анализа ритма сердца является построение скаттерограммы, или корреляционной ритмограммы. Это графическое отражение связи двух последовательных кардиоинтервалов. Ритм за любой отрезок времени оказывается представленным в виде группы точек на плоскости, ограниченной осями координат.

Правильный синусовый ритм приводит к формированию совокупности точек на биссектрисе координатного угла, которая называется основной совокупностью.

Появление коротких и длинных интервалов RR изменяет соотношение соответствующих пар интервалов и приводит к появлению точек вне этой совокупности, что позволяет легко диагностировать ряд нарушений ритма (экстрасистолию, миграцию водителя ритма и.т.д.). При различных типах регуляции сердечного ритма скаттерограмма изменяет свой внешний вид.

При ваготонии – корреляционное облако имеет вид шара, точки расположены на длинных значениях кардиоинтервалов. При симпатикотонии – основная совокупность сосредоточена на коротких значениях кардиоинтервалов, и в результате наличия этого ригидного ритма имеет очень небольшую площадь.

Исходя из вышеописанных методов исследования и описанных показателей, определяют один из видов регуляции сердечного ритма:

Нормотонический – при Мо от 0,8 до 0,96 с, АМо от 20 до 40 %, DRR от 0,1 до 0,2 с, ЧСС – в пределах нормокардии для данной возрастной группы

Симпатикотонический – высокие значения амплитуды Мо (>40%), низкие значения Мо – 0,55 – 0,66 с, DRR (менее 0,1 с),ЧСС – тахикардия для данной возрастной группы.

Парасимпатикотонический (ваготонический) – выраженная брадикардия, Мо – более 1,1 с, низкие значения АМо (< 20%) и высокие значения DRR (более 0,25 с).

Источник: https://studopedia.su/5_10223_diagnosticheskie-vozmozhnosti-matematicheskogo-analiza-ritma-serdtsa-mars.html

Medic-studio
Добавить комментарий