Количественные параметры вариабельности сердечного ритма во время дыхательных проб

Авторы

  • Владимир Олегович Самойлов Военно-медицинская академии имени С. М. Кирова, Министерство обороны Российской Федерации https://orcid.org/0000-0003-4140-2957
  • Елена Михайловна Лесова Военно-медицинская академии имени С. М. Кирова, Министерство обороны Российской Федерации
  • Владимир Петрович Катунцев Федеральный медицинский биофизический центр им. А. И. Бурназяна ФМБА России https://orcid.org/0000-0003-3844-7492
  • Сергей Валентинович Божокин Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого https://orcid.org/0000-0001-5653-6574

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-1270-2021-2-2-173-180

Ключевые слова:

вариабельность сердечного ритма, проба с управляемым дыханием, ритмограмма, нестационарный процесс, вейвлет-анализ

Аннотация

Предложен метод изучения нестационарной ритмограммы сердца, основанный на вейвлет-анализе частотно-модулированного сигнала. Пики кардиограммы в точности совпадают с моментами истинных сокращений сердца. В качестве примера рассмотрена проба с управляемым дыханием, которая состояла из трех этапов: этапа покоя (A), этапа ритмизированного дыхания с заданной частотой (B) и этапа релаксации (С). Продолжительности этапов A, B и С равнялись 15, 5 и 20 минут. Этап ритмизированного дыхания B представлял собой последовательность вдохов и выдохов, каждый из которых имел длительность 5 секунд. Дыхательные пробы были выполнены для 27 практически здоровых испытуемых в возрасте 18–22 лет. Количественные параметры, разрабатываемые в статье, представляют собой отношения спектральных интегралов частотно модулированного сигнала ритмограммы сердца. Спектральные интегралы вычислены для диапазонов сверхнизких, низких и высоких частот на этапах A, B, C. Произведена классификация испытуемых по степени воздействия дыхательной пробы на организм. Предлагаемый метод может найти применение при анализе переходных этапов ритмограммы для всех функциональных проб.

Библиографические ссылки

ЛИТЕРАТУРА

Аронов, Д. М., Лупанов, В. П. (2003) Функциональные пробы в кардиологии. 2-е изд. М.: МЕДпресс-информ, 296 с.

Баевский, Р. М., Иванов, Г. Г., Чирейкин, Л. В. и др. (2002) Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных кардиологических систем (методические рекомендации). Вестник аритмологии, № 24, с. 65–87.

Божокин, С. В., Суворов, Н. Б. (2008) Вейвлет-анализ переходных процессов электроэнцефалограммы при фотостимуляции. Биомедицинская радиоэлектроника, № 3, с. 21–26.

Гайтон, А. К. (2008) Минутный объем сердца и его регуляция. М.: Логосфера, 1256 с.

Покровский, В. М. (2010) Сердечно-дыхательный синхронизм в оценке регуляторно-адаптивных возможностей организма. Краснодар: Кубань-Книга, 244 с.

Рунова, Е. В., Григорьева, В. Н., Бахчина, А. В. и др. (2013) Вегетативные корреляты произвольных отображений эмоционального стресса. Современные технологии в медицине, т. 5, № 4, c. 69–77.

Рябыкина, Г. В., Соболев, А. В. (2009) Мониторирование ЭКГ с анализом вариабельности ритма сердца. М.: Медпрактика-М., 222 c.

Трубачев, В. В., Горбунов, А. В., Трубачева, В. С. и др. (2015) Анализ респираторно-сердечного взаимодействия у спортсменов и неспортсменов при навязанной частоте дыхания. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, т. 101, № 2, c. 238–248.

Флейшман, А. Н., Кораблина, Т. В., Петровский, С. А., Мартынов, И. Д. (2014) Сложная структура и нелинейное поведение VLF вариабельности ритма сердца: модели анализа и практического приложения. Известия высших учебных заведений. Прикладная и нелинейная динамика, т. 22, № 1, с. 55–70. https://www.doi.org/10.18500/0869-6632-2014-22-1-55-70

Bozhokin, S. V., Lesova, E. M., Samoilov, V. O., Barantsev, K. A. (2020) Nonstationary heart rate variability during the head-down tilt test. Biophysics, vol. 65, no. 1, pp. 153–160. https://www.doi.org/10.1134/S0006350920010029

Bozhokin, S. V., Suslova, I. M. (2013) Double wavelet transform of frequency-modulated nonstationary signal. Technical Physics, vol. 58, no. 12, pp. 1730–1736. https://www.doi.org/10.1134/S1063784213120074

Bozhokin, S. V., Suslova, I. B. (2014a) Analysis of non-stationary HRV as a frequency modulated signal by double continuous wavelet transformation method. Biomedical Signal Processing and Control, vol. 10, pp. 34–40. https://www.doi.org/10.1016/j.bspc.2013.12.006

Bozhokin, S. V., Suslova, I. B. (2014b) Wavelet analysis of non-stationary signals in medical cyber-physical systems (MCPS). In: Internet of things, smart spaces, and next generation networks and systems. 14th International Conference, NEW2AN 2014 and 7th Conference, ruSMART 2014, St. Petersburg, Russia, August 27–29, 2014. Proceedings. Cham: Springer Publ., pp. 467–480. https://doi.org/10.1007/978-3-319-10353-2_42

Pokrovskii, V. M., Polischuk, L. V. (2012) On the conscious control of the human heart. Journal of Integrative Neuroscience, vol. 11, no. 2, pp. 213–223. https://www.doi.org/10.1142/S0219635212500161

Prinsloo, G. E., Derman, W. E., Lambert, M. I., Rauch, H. L. R. (2013) The effect of a single session of short duration biofeedback-induced deep breathing on measures of heart rate variability during laboratory-induced cognitive stress: A pilot study. Applied Psychophysiological Biofeedback, vol. 38, no. 2, pp. 81–90. https://www.doi.org/10.1007/s10484-013-9210-0

REFERENCES

Aronov, D. M., Lupanov, V. P. (2003) Funktsional’nye proby v kardiologii [Functional tests in cardiology]. Moscow: MEDpress-Inform Publ., 296 p. (In Russian)

Baevskii, R. M., Ivanov, G. G., Chireikin, L. V. et al. (2002) Analiz variabel’nosti serdechnogo ritma pri ispol’zovanii razlichnykh kardiologicheskikh system (metodicheskie rekomendatsii) [Analysis of heart rate variability using different cardiological systems: Methodological recommendations]. Vestnik aritmologii — Journal of Arrhythmology, no. 24, pp. 65–87. (In Russian)

Bozhokin, S. V., Lesova, E. M., Samoilov, V. O., Barantsev, K. A. (2020) Nonstationary heart rate variability during the head-down tilt test. Biophysics, vol. 65, no. 1, pp. 153–160. https://www.doi.org/10.1134/S0006350920010029 (In English)

Bozhokin, S. V., Suslova, I. M. (2013) Double wavelet transform of frequency-modulated nonstationary signal. Technical Physics, vol. 58, no. 12, pp. 1730–1736. https://www.doi.org/10.1134/S1063784213120074 (In English)

Bozhokin, S. V., Suslova, I. B. (2014a) Analysis of non-stationary HRV as a frequency modulated signal by double continuous wavelet transformation method. Biomedical Signal Processing and Control, vol. 10, pp. 34–40. https://www.doi.org/10.1016/j.bspc.2013.12.006 (In English)

Bozhokin, S. V., Suslova, I. B. (2014b) Wavelet analysis of non-stationary signals in medical cyber-physical systems (MCPS). In: Internet of things, smart spaces, and next generation networks and systems. 14th International Conference, NEW2AN 2014 and 7th Conference, ruSMART 2014, St. Petersburg, Russia, August 27–29, 2014. Proceedings. Cham: Springer Publ., pp. 467–480. https://doi.org/10.1007/978-3-319-10353-2_42 (In English)

Bozhokin, S. V., Suvorov, N. B. (2008) Veyvlet-analiz perekhodnykh protsessov elektroentsefalogrammy pri fotostimulyatsii [Wavelet analysis of transients of an electroencephalogram at photostimulation]. Biomeditsinskaya radioelektronika — Biomedical Radioelektronic, no. 3, рр. 21–26. (In Russian)

Flejshman, A. N., Korablina, T. V., Petrovskij, S. A., Martynov, I. D. (2014) Slozhnaya struktura i nelinejnoe povedenie VLF variabelnosti ritma serdtsa: modeli analiza i prakticheskogo prilozheniya [Complex structure and nonlinear behavior of very low frequency of heart rate variability: Model of analysis, and practical applications]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Prikladnaya i nelineinaya dinamika — Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, vol. 22, no. 1, pp. 55–70. https://www.doi.org/10.18500/0869-6632-2014-22-1-55-70 (In Russian)

Gajton, A. K. (2008) Minutnyj ob’em serdtsa i ego regulyatsiya [Minute volume of the heart and its regulation]. Moscow: Logosfera Publ., 1256 p. (In Russian)

Pokrovskii, V. M. (2010) Serdechno-dykhatelnyj sinkhronizm v otsenke regulyatorno-adaptivnykh vozmozhnostei organizma [Cardiorespiratory synchronism used for estimation of regulatoryadaptive possibilities of organism]. Krasnodar: Kuban-Kniga Publ., 244 p. (In Russian)

Pokrovskii, V. M., Polischuk, L. V. (2012) On the conscious control of the human heart. Journal of Integrative Neuroscience, vol. 11, no. 2, pp. 213–223. https://www.doi.org/10.1142/S0219635212500161 (In English)

Prinsloo, G. E., Derman, W. E., Lambert, M. I., Rauch, H. L. R. (2013) The effect of a single session of short duration biofeedback-induced deep breathing on measures of heart rate variability during laboratory-induced cognitive stress: A pilot study. Applied Psychophysiological Biofeedback, vol. 38, no. 2, pp. 81–90. https://www.doi.org/10.1007/s10484-013-9210-0 (In English)

Runova, E. V., Grigoreva, V. N., Bakhchina, A. V. et al. (2013) Vegetativnye korrelyaty proizvolnykh otobrazhenij emotsional’nogo stressa [Vegetative correlates оf conscious representation оf emotional stress]. Sovremennye tekhnologii v meditsine — Modern Technologies in Medicine, vol. 5, no. 4, pp. 69–77. (In Russian)

Ryabykina, G. V., Sobolev, A. V. (2009) Monitorirovanie EKG s analizom variabel’nosti ritma serdtsa [ECG monitoring with analysis of heart rate variability]. Moscow: Medpraktika-M. Publ., 222 p. (In Russian)

Trubachev, V. V., Gorbunov, A. V., Trubacheva, V. S. et al. (2015) Analiz respiratorno-serdechnogo vsaimodeystviya u sportsmenov i nesportsmenov pri navyazannoj chastote dykhaniya [Analysis of cardiorespiratory coupling in athletes and nonathletes at paced rate of breathing]. Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. I. M. Sechenova — Russian Journal of Physiology, vol. 101, no. 2, pp. 238–248. (In Russian)

Опубликован

2021-06-28

Выпуск

Раздел

Экспериментальные статьи