Анализ иерархического комплекса адаптивных регуляций сердечного ритма при выполнении ортостатической пробы

Шутов А.Б.; Shutov A.B.

doi:10.24412/2500-1000-2021-7-176-184

Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Mедицинские науки \ Биология человека \ Физиология. Сравнительная физиология \ Кровообращение. Кровь

Анализ иерархического комплекса адаптивных регуляций сердечного ритма при выполнении ортостатической пробы

Автор: Шутов А.Б.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

Рубрика: Медицинские науки

Статья в выпуске: 7 (58), 2021 года.

Бесплатный доступ

В анализе многофакторного иерархического комплекса использовалось свойство накопительной вариабельности. Вместо общепринятого дисперсионного анализа в исследовании использовался анализ долевых тенденций. Данный подход позволяет в электрокардиограмме поэтапно на каждом уровне динамической иерархии тенденций и колеблемости выявлять адаптивные регуляции сердечного ритма. Так, на 1-3 уровне иерархии были выявлены внешние влияния, вызванные перемещением тела в положение стоя. На 4-6 уровне, в положении лежа, было выявлено доминирующее влияние центрального контура, а в положении стоя - автономного контура. На 7-9 уровне было установлено ролевое значение центров. Так, в положении лежа, в автономном контуре, доминировали влияния дыхательного центра, а в центральном контуре - высшие вегетативные центры. В положении стоя доминанты поменялись, так, в автономном контуре стали преобладать влияния ядер блуждающего нерва, а в центральном контуре - сердечно-сосудистый центр продолговатого мозга.

Еще

Ортостатическая проба, ритмы сердца, тенденции и гармоники, вегетативная нервная система, иерархия центров управления, антагонизм, долевая тенденция, накопительная вариабельность

Короткий адрес: https://sciup.org/170191007

IDR: 170191007 | DOI: 10.24412/2500-1000-2021-7-176-184

Analysis of the hierarchical complex of adaptive heart rate regulations during orthostatic test

In the factorial analysis of a method of share tendencies property of memory variability was used. In a place of the standard dispersive principle the given approach has allowed stage by stage at each level of hierarchy of tendencies and fluctuations to reveal adaptive regulation of an intimate rhythm. So, at 1-3 level of hierarchy the external influences caused by moving of a body in position standing have been revealed. At 4-6 level, in a prone position, dominating influence of the central contour, and in position costing - an independent contour has been revealed. At 7-9 level role value of the centers has been established. So, in a prone position, in an independent contour, and influences of the respiratory center dominated over the central contour - the maximum vegetative centers. In position costing dominants have exchanged, so, in an independent contour influences of kernels of a wandering nerve, and in the central contour - the cardiovascular center of an oblong brain began to prevail.

Еще

Текст научной статьи Анализ иерархического комплекса адаптивных регуляций сердечного ритма при выполнении ортостатической пробы

Варьирование признака в живой и не живой природе представляет одну из форм причинно-следственных взаимодействий. Изменчивость признака, которая выражается в виде слабых индивидуальных различий между двумя числовыми значениями, являются функцией многих переменных, характеризующей состояние системы, и ее величина зависит от влияния средовых факторов, а так же от способности системы к адаптации. Процесс адаптации характеризуется не только вариабельностью признака, определяемого дисперсией. Накопление веществ организме, тониче- ские состояния систем и органов, так же участвуют в процессе адаптации и характеризуются эти признаки волновой структурой биоритмов. В результате система приобретают новые свойства, которые помогают ей выжить в постоянно изменяющейся внешней среде [1, 5].

Свойство накопления в организмах распространяется и на иерархические рефлекторные связи, характеристикой которых могут быть ритмические сигналы, имеющие большое циклическое разнообразие в пространстве и во времени [2, 12, 10].

Рис. 1. Долевые амплитуды в гармониках кардиоинтервалограммы: а) и б) – факторные влияния на сердечный ритм.

Так, например, воздействующие причинные факторы на сердечный ритм вызывают в нем характерные амплитудные изменения (рис. 1). Из фрагмента ряда кар-диоинтервалограммы (КИГ) мы видим, что длина R-R интервала в ряде электрокардиограммы (ЭКГ) может быть большей или меньшей. Изменения в последовательно идущих интервалах ряда можно связать с факторными влияниями (рис. 2, фактор а и фактор б ), которые могут идти из различных отделов ВНС [4, 15].

В биологических исследованиях для анализа причинно-следственных отношений между признаком и воздействующим фактором применяется дисперсионный анализ. Дисперсионный анализ характеризуется строгой логичностью и последова- тельностью вычислительных операций. Правильное применение дисперсионного анализа предполагает нормальное или близкое к нормальному распределению частот вариационного ряда в совокупности групп, объединенных в дисперсионный комплекс. При этом важно, чтобы дисперсии выборочных групп были одинаковыми или не очень различались [8, 7].

Предложенная Р.М. Баевским (1976) двухконтурная модель регуляции сердечного ритма, представляет иерархический комплекс (рис. 2), в котором соподчинен-ность структурных компонентов более низкого ранга находится в строгой зависимости от связанных с ним групп более высокого положения [3].

Рис. 2. Антагонистические влияния (цветные сегменты) в двухконтурной модели регуляции сердечного ритма

Общая тенденция сердечного ритма и тенденция гармоники в кардиоинтервало-грамме (КИГ) динамический иерархический комплекс (Рис.4). В этом комплексе более высокое положение занимают тенденции сердечного ритма, а выделенные из него гармоники, состоящие из рядов повышенных и пониженных амплитуд

(рис. 1, а) и б)), находятся в динамическом ряде КИГ в иерархической соподчиненно-сти [6, 13, 16].

Как показывают исследования, каждый соподчиненный иерархический ряд комплекса ЭКГ находится в постоянно изменяющихся условиях внешних и внутренних взаимодействий и при этом отражает функциональную роль адаптивной регуляции [10, 11, 18]. Поэтому, воспользоваться для выявления факторных влияний в этих рядах дисперсионным или спектральным анализом не представляется возможным, поскольку соподчиненные ряды, во-первых, не представляют статистические выборки, поскольку выделенный иерархический ряд содержит информацию об изменениях накопительной вариабельности. И, не исключено, что каждый выделенных ряд может содержать и другие динамические признаки [8, 9, 18].

Не представляется возможным так же воспользоваться в иерархическом комплексе оценками непараметрических критериев (т-критерий Уайта, w-критерий

Вилкоксона, критерий Фридмана) [8, 7]. Эти критерии основаны на принципе ранжирования членов сравниваемых групп, а сам принцип перегруппировки, в итоге, ведет к разрушению тенденций, которые возникают в иерархической регуляции сердечного ритма [3, 17].

Вместо общепринятого дисперсионного подхода в данной статье приводится пример анализа накопительной вариабельности методом долевых тенденций. Данный подход позволяет поэтапно на каждом уровне иерархии тенденций и колеблемости выявлять ролевую соподчиненность структурных компонент в адаптивной регуляции [13, 14, 17].

Методы исследований. При выполнении ортостатической пробы, обследуемый активно вставал из горизонтального положения в положение вертикальное. У обследуемого с помощью электрокардиографа FU CARDIOSUNY C300, во втором отведении велась запись электрокардиограммы (ЭКГ). Со скоростью 50 мм/сек.

Рис. 3. Графики КИГ ( студент Сорокин О.В., СГУТиКД, 2009г ) при выполнении ортостатической пробы ( а и б ).

R-R интервалы ЭКГ измерялись прибором автоматически и записывались на ленте в цифровых показателях в виде таблицы. Графики кардиоинтервалограмм (КИГ), выстроенные по цифровым показателям, представлены на Рис.3.

Для определения влияния центров ВНС, из показателей предыдущего и последующего R-R интервала выделяются амплитуды разности, которые представляют 1-3 уровень динамической иерархии (рис. 4). На этом уровне методом долевых тенденций выявляется доминирующее влияние центрального (ЦК,--) и автономного (АК,+) контуров [ба-1]. Влияния центров, входящих в эти контуры, представлены показателями динамики четырех рядов, которые относятся к 4 - 6 уровням иерархии. Данные ряды были получены путем выделения разности из двух предшествующих рядов ЦК и АК контуров. Дальнейшее разделение на 7-9 уровни иерархии дало возможность выявить долю участия каждого центра в регуляции сердечного ритма.

Рис. 4. Схема выделения многоуровневой иерархии в динамике R-R интервалов ЭКГ

По результатам исследований динамики на 7-9 уровнях иерархии по ниже представленным формулам (табл. 1) определялись показатели факторных влияний исходящих их различных центров ВНС.

Схема последовательных вычислений:

∆± = Ci+1 – Ci . Выделение амплитуд(1)

Bi = (pi + pi+1) + n /Arc cos Zea(2)

By= Bi — hst . Выбор стандарта(3)

ДУУij = Ву + Ву+1. Доля условного участия(4)

ДУАij = ДУУij / n – 1 Доля условной активности(5)

КЕ = ДУУ х ДУА. Кумулятивная емкость(6)

РДС = 1/ [√ Σ(ДУУ i – ДУУ j )²/n – 1]. Резерв динамического сопряжения (7)

Вх = √ (В± – ОРинт)2. Выбор тенденции гармоник(8)

НВх = Вх + Вх+1. Накопительная вариабельность(9)

ДСА= [(НВ i + НВ j )/НВ j ]–[(НВ i + НВ j )/НВ i ]. Диапазон антагонистов ВНС (10)

Р = lim m/n. ^ Вероятность исхода(11)

Вычисления долевых тенденций в уровневой иерархии сердечного ритма определялись в одно- и двумерных вычислительных таблицах [14, 17], составленных в программе Excel.

Результаты исследований и их обсуждение. АК и ЦК – это принятые условные обозначения автономного и центрального контуров в двухконтурной модели управления сердечным ритмом [3]. В каждый контур входят специализированные центры, которые управляют работой сердца (рис. 2).

Все системы организма прямо или косвенно включаются в адаптацию и имеют в том или ином контуре различную долю участия, которая имеет итоговую величину и тенденцию. Показатель кумулятивной емкости (КЕ, формула-6) является итоговой величиной, а знак перед ней говорит о положительной или отрицательной активности в характере накопительной тенденции (табл. 1).

На первом этапе из ряда динамики КИГ выделялся ряд гармоник (формула-1), который в дальнейшем разделялся на гармоники до 9-го уровня иерархии (рис. 4). Из положительных и отрицательных амплитудных значений в гармониках в дальнейшем формируются ряды из положительных и отрицательных значений, где за каждым приростом сохранено изначальное последовательное место, занимаемое в ряде гармоник. Именно это правило сохраняет тенденцию в положительных и отрица- тельных влияниях, исходящих из различных систем организма.

Таблица 1. Факторные влияния в отостатической пробе на 1-3 уровне динамической иерархии

КИГ - лежа			КИГ - стоя
знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС
НАТ	-0,02	н/op 0,65	НАТ	0,06	н/op0,03
ОР	-0,05	op/+ 0,21	ОР	28,4	op/+0,06
+(АК)	0,3	+/– 0,13	+(АК)	60,7	+/– 0,04
–(ЦК)	-0,4	OP/–0,33	–(ЦК)	17,9	op/– 0,14
под^АК	0,60	+	под^АК	6,18	+
под^цк	-0,17	–	под^цк	-1,15	–
Р АК	0,59	+	Р АК	0,61	+
_РЦК	0,41	–	_РЦК	0,39	–
НВ АК	1,70	+(В)	НВ АК	1,64	+(В)
НВ ЦК	2,42	–(Н)	НВ ЦК	2,57	–(Н)
ΣНВ	13,4		ΣНВ	48,3
ДСА	0,72		ДСА	0,93

Усиление этих влияний отражает показатель РДС (формула-7), величина которого при этом уменьшается. В положении стоя мы видим (Табл.1, РДС), что связь между положительным и отрицательны радом (+/–), между рядом гармоник и положительным рядом (ор/+), а так же связь в других парах рядов на 1-3 уровне иерар- хии значительно ниже, чем в положении лежа.

Количественную сторону изменчивости амплитудных рядов подводит показатель накопительной вариабельности (НВ, формула-9). Именно диапазон НВ между положительными и отрицательными рядами (ДСА, формула-10).

Рис. 5. Выделенный 2-й и 3-й уровень динамической иерархии в КИГ

Представляет собой величину, которая отражает проявление внутренних сил противодействия, позволяющей системе подбирать оптимальный режим адаптации на внешние воздействия.

Условное разделение всех влияний вегетативной системы (ВНС) на АК и ЦК контуры дает возможность на 1-3 уровнях иерархии выявить основной внешний фактор влияния на сердечного ритма в ортостатической пробе (рис. 5).

Этим фактором является перемещение тела в пространстве, которое включает в организме регуляторный механизм гомеостатического равновесия. В положении стоя восстановление сердечного ритма происходило в сопряженном режиме регуляции между АК и ЦК контурами, в результате которого произошло увеличение показателя диапазона антагонизма (табл. 1, ДСА 0,72 лежа и ДСА 0,93 стоя).

Обозначения в Таблице 1 представляют: РДС – сопряжение между рядами уровневой иерархии, которые разделены дробью (н/ор), вычисления проводятся по формуле - 7; НАТ - ряд КИГ (формулы 2-7); ОР- ряд гармоник (формула-1); +(АК)- ряд выделенных из гармоники положительных влияний (формулы 2-7); -(ЦК)- ряд отрицательных влияний (формулы 2-7); КЕ- кумулятивная емкость (формула -6); р- вероятность исхода (формула -11); НВ у - адаптивный диапазон накопительной вариабельности (формула -9), где (В)- верхний, (Н)- нижний диапазоны; ЕНВ- сумма накопительной вариабельности (НВ у); ДСА- диапазон системных антагонистов (формула -10); подАК и подЦК - подуровни из которых удалена тенденция ряда гармоники (формула - 8).

На следующих 4-6 уровнях иерархии системными антагонистами в АК контуре выступают ЯБН и ДЦ, а в ЦК контуре – ССЦ ПМ и ВВЦ/ПНЦ. В сопряженном режиме регуляции между этими парами и определяется роль АК и ЦК контуров в регуляции ритма сердце в положении лежа и положении стоя (табл. 2). Как видно из таблицы 2 на 4-6 уровнях иерархии принципы вычисления сохраняются, а условные обозначения остаются такими же, как и в таблице 1.

В тенденциях следующих рядов, которые были выделены путем дробления рядов гармоник положительных и отрицательных амплитуд (рис. 4), было установлено уменьшение показателя сопряжения (РДС) между парами рядов центров АК и ЦК (табл. 2, стоя, РДС), что говорит об увеличении их активности в процессах регуляции.

Исследование тенденций динамики на 4-6 уровнях иерархии показало, что основным фактором регуляции сердечного ритма в положении лежа выступает ЦК контур (табл. 2, лежа, ДСА 0,33).

Таблица 2. Факторные влияния ЦК и АК контуров в гармониках на 4-6 уровнях дина мической иерархии в ортостатической пробе _________________________________________

КИГ - лежа						КИГ - стоя
АК(+)			ЦК(–)			АК(+)			ЦК(–)
знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС
НАТ	-3,66	н/op 0,14	НАТ	7,22	н/op0,05	НАТ	3,60	н/op0,04	НАТ	0,15	н/op0,06
ОР	-0,47	op/+ 0,28	ОР	-0,08	op/+0,18	ОР	26,69	op/+0,02	ОР	6,92	op/+0,03
+(ЯБН)	0,0002	+/– 0,15	+(ССЦ)	0,37	+/– 0,10	+(ЯБН)	150,7	+/–0,01	+(ССЦ)	52,3	+/– 0,02
–( ДЦ)	-1,73	OP/-0,32	–(ВВЦ)	-1,07	op/– 0,22	– (ДЦ)	10,0	op/–0,03	–(ВВЦ)	-0,48	op/–0,05
под⁺	0,49	(+)+	под⁺	0,79	( — )+	под⁺	50,5	(+)+	под⁺	21,0	( - )+
под^–	-0,39	(+)-	под^–	-0,57	(—) —	под^–	-23,5	(+)-	под^–	-11,2	(–) –
Р ЯБН	0,53	(+)+	Р ССЦ	0,54	( — )+	Р ЯБН	0,59	(+)+	_РССЦ	0,57	( - )+
_РДЦ	0,47	(+)-	Р ВВЦ	0,46	(—) —	_РДЦ	0,41	(+)-	_РВВЦ	0,43	(—) —
НВябн	1,90	(+)+ (В)	НВссц	1,85	( - )+ (В)	НВябн	1,68	(+)+ (В)	НВссц	1,75(В)	( - )+ (В)
НВ ДЦ	2,19	(+)- (Н)	НВввц	2,18	(-) -(Н)	НВ ДЦ	2,47	(+)- (Н)	НВввц	2,34(Н)	(-) -(Н)
ΣНВ	13,4		ΣНВ	16,5		ΣНВ	119,6		ΣНВ	83,2
ДСА	0,21		ДСА	0,33		ДСА	0,79		ДСА	0,59

В положении стоя в роли центров произошла смена: доминирующая роль в регуляции ритма перешла к АК контуру (табл. 2, стоя, ДСА 0,79).

Дальнейшее дробление рядов 5 и 6 уровня дает дополнительные ряды из положительных и отрицательных амплитуд, которые относятся к 7-9 уровням иерархии. На этих уровнях определяются фак- торные влияния центров, входящих в АК и ЦК контуры (табл. 3 и табл. 4).

Как видно из таблицы 3 в положении лежа в АК контуре наибольшее влияние на сердечный ритм оказывает центр дыхания (табл. 3, ДСА, ДЦ 0,39). В ЦК контуре наибольшее влияние на сердечный ритм оказывают высшие вегетативные и подкорковые нервные центры (табл. 3, ДСА, ВВЦ/ПНЦ 0,47).

Таблица 3. Факторные влияния центров на ритм сердца на 7-9 уровнях в ортостатической пробе – лежа

Автономный контур (+)						Центральный контур (–)
ЯБН (+,+)			ДЦ (+,–)			ССЦ ПМ (–,+)			ВВЦ,ПНЦ (–,–)
знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС
НАТ	-1,80	н/op 0,38	НАТ	1,90	н/op0,08	НАТ	-16,8	н/op0,1	НАТ	28,5	н/op0,03
ОР	-2,36	op/+ 0,24	ОР	-0,93	op/+0,1	ОР	-5,18	op/+0,3	ОР	-0,02	op/+0,14
+	-0,55	+/– 0,13	+	0,21	+/– 0,06	+	-2,35	+/–0,16	+	0,73	+/– 0,08
–	-5,01	OP/–0,28	–	-4,59	op/– 0,14	–	-8,65	op/–0,35	–	-0,88	op/–0,19
под⁺	0,63	(++)+	под⁺	2,04	(+–)+	под⁺	0,56	(–+)+	под⁺	1,00	(– –)+
под^–	-0,50	(++)–	под^–	-1,38	(+–) –	под^–	-0,44	– +–	под^–	-0,63	(– –) –
Р +	0,53	(++)+	Р	0,55	(+–)+	Р	0,53	(–+)+	Р	0,56	(– –)+
_Р–	0,47	(++)–	_Р–	0,45	(+–) –	_Р–	0,47	– +–	_Р–	0,44	(– –) –
НВ і	1,89	(В)	НВ і	1,82	(В)	НВ і	1,89	(В)	НВ і	1,79	(В)
НВ Ј	2,12	(Н)	НВ Ј	2,21	(Н)	НВ Ј	2,12	(Н)	НВ Ј	2,26	(Н)
ΣНВ	15,0		ΣНВ	26,1		ΣНВ	14,1		ΣНВ	17,9
ДСА	0,24		ДСА	0,39		ДСА	0,23		ДСА	0,47

Таблица 4. Факторные влияния центров на сердечный ритм на 7-9 уровне в ортостатической пробе – стоя

Автономный контур (+)						Центральный контур (–)
ЯБН (+,+)			ДЦ (+,–)			ССЦ ПМ (–,+)			ВВЦ,ПНЦ (–,–)
знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС	знак	КЕ	РДС
НАТ	4,90	н/op0,04	НАТ	6,06	н/op0,15	НАТ	0,05	н/op0,06	НАТ	6,96	н/op0,05
ОР	32,3	op/+0,02	ОР	11,5	op/+0,04	ОР	-5,55	op/+0,03	ОР	-0,40	op/+0,07
+	189	+/– 0,01	+	55,9	+/– 0,02	+	73,1	+/–0,02	+	1,32	+/–0,05
–	0,19	OP/–0,03	–	0,23	op/–0,05	–	-2,98	op/– 0,04	–	-3,85	op/– 0,12
под⁺	65,3	(++)+	под⁺	16,7	(+–)+	под⁺	38,4	(–+)+	под⁺	3,17	(– –)+
под^–	-27,5	(++)–	под^–	-8,49	(+–) –	под^–	-16,7	– +–	под^–	-1,77	(– –) –
Р	0,61	(++)+	Р	0,58	(+–)+	Р	0,60	(–+)+	Р	0,57	(– –)+
Р^–	0,39	(++)–	Р^–	0,42	(+–) –	Р^–	0,40	– +–	Р^–	0,43	(– –) –
НВ і	1,65	(В)	НВ і	1,71	(В)	НВ і	1,66	(В)	НВ і	1,75	(В)
НВ Ј	2,54	(Н)	НВ Ј	2,40	(Н)	НВ Ј	2,51	(Н)	НВ Ј	2,34	(Н)
ΣНВ	133		ΣНВ	70,0		ΣНВ	103		ΣНВ	31,2
ДСА	0,89		ДСА	0,69		ДСА	0,85		ДСА	0,59

Как видно из Таблицы 4 диапазон между системными антагонистами (ДСА) центров ВНС значительно увеличился по сравнению с показателями в положении лежа (Табл.3).

Из всех пар центров, которые относятся к АК и ЦК контурам, наибольшее влияние на ритм сердца оказывают центры АК контура (табл. 4: 0,89 и 0,69). Следует так же отметить высокую долю участия сердечно сосудистого центра ЦК контура (табл. 4, ДСА, 0,85).

Анализ тенденций накопительной вариабельности позволил выявить ролевое различие центров в регуляции сердечного ритма в положении лежа и в положении стоя. В положении лежа большее участие принимает ЦК контур, где большая доля регуляции принадлежит ВВЦ и ПНЦ. В положении стоя в регуляции доминируют центры АК контура, где наибольшая доля участия принадлежит ЯБН.

Выводы:

1) Анализ накопительной вариабельности позволяет выявлять адаптивные регуляции сердечного ритма в ортостатической пробе.
2) В регуляции сердечного ритма задействованы все системы организма с большей или меньшей долей участия.
3) Временной ряд динамики КИГ включает в себя вариационную иерархию гармоник, в которой проявляется различие саморегуляции систем организма.

Список литературы Анализ иерархического комплекса адаптивных регуляций сердечного ритма при выполнении ортостатической пробы

Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем // Принципы системной организации функций. - М.: Наука, 1973. - С. 5-61.
Анохин П.К. Рефлекс цели как объект физиологического анализа // Журн. высш. нервн. деятельн. - 1962. - Т. 12, В. 1. - С. 7.
Баевский P.M. Кибернетический анализ процессов управления сердечным ритмом // Актуальные проблемы физиологии и патологии кровообращения. - М.: Медицина, 1976. - С. 161-175.
Баевский Р.М., Иванов Г.Г. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения. // Ультразвуковая и функциональная диагностика. - 2001. - №3. - С. 108-126.
Гусельников М.Э., Стройнова В.Н. Биоэкология: Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2002. - 104 с.