Анализ иерархического комплекса адаптивных регуляций сердечного ритма при выполнении ортостатической пробы

Автор: Шутов А.Б.

Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal

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

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.

Статья научная