МЕХАНИЗМЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА. ВЛИЯНИЕ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

1 Карагандинский государственный медицинский университет Исследовано влияние вегетативной нервной системы на нелинейную динамику сердечного ритма. С этой целью рассмотрены две модели: первая основана на изучении нелинейных показателей у лиц с различным вегетативным балансом, который является важнейшим показателем состояния вегетативной нервной регуляции сердечно-сосудистой системы. Вторая модель – это возрастные особенности нелинейной динамики сердечного ритма. Показано, что наибольшая сложность и «хаотичность» ритма сердца наблюдается у лиц с преобладающим влиянием парасимпатического отдела ВНС. Наоборот, смещение вегетативного баланса в сторону симпатического отдела приводит к упорядочению последовательности кардиоинтервалов, Однако конечный результат не является просто суммой данных воздействий, поскольку интегрированные влияния обеих отделов ВНС имеет форму нелинейных взаимосвязей. Статья в формате PDF 461 KB сердечный ритмнелинейная динамикавегетативный баланс 1. Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) // Вестник аритмологии. – 2001. – № 24. –C. 65–87. 2. Щербатых Ю.В. Что выявляет спектральный анализ вариабельности сердечного ритма? // Прикладные информационные аспекты медицины. – Воронеж, 1999. – Т. 2, № 4. – С. 40–45. 3. Grassberger P., Procaccia I. Characterization of strange attractors // In: Physical Review Letters. – 1983. – Vol. 50. – P. 346–349. 4. Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology // Circulation. – 1996. –Vol. 93. – P. 1043–1065. 5. Kantz H. A robust method to estimate the maximal Lyapunov exponent of a time series // Physics Letters. – 1995. – Vol. 185. – P. 77–87. 6. Pagani M., Mazzuero G., Ferrari A. Sympatovagal interaction during mental stress. A study using spectral ***ysis of heart rate variability in healthy control subjects and patients with a prior myocardial infarction // Curculation. – 1991 – Vol. 83, № 4 – P. 43–51. 7. Rosenstein M.T., Collins J.J., De Luca C.J. A practical method for calculating largest Lyapunov exponents from small data sets // Physica. – 1993. – Vol. 65. – P. 117–134. 8. Tulppo M.P., Makikallio T.H., Seppanen T. Heart rate dynamics during accentuated sympathovagal interaction // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. – 1998. – Vol. 274. – P. 810–816.
Различное соотношение между двумя отделами вегетативной нервной системы приводит к изменению модулирующего влияния ВНС на синусовый узел, в результате чего в динамике сердечного ритма появляются и исчезают периодические составляющие различной частоты и амплитуды. Нелинейность и реципрокность этих отношений одновременно являются причиной изменений и нерегулярной составляющей кардиоинтервалограммы [8].
На настоящий момент не ясны механизмы генеза хаотических составляющих в колебаниях физиологических процессов. Так, относительно апериодических изменений сердечного ритма имеется мнение о наличии интра- и экстpaкардиальных механизмов, хотя большинство исследователей склоняется к мнению, что основным источником нерегулярности является вегетативная нервная система. Однако, недостаточно еще изучено каким образом влияют на сердечный ритм сегментарный и надсегментарный отделы симпатической нервной системы, а также соотношение адрен- и холинергической регуляции при различных функциональных состояниях и на различных этапах развития человеческого организма – по мере созревания и деградации нервной системы.
В последнее десятилетие нелинейные процессы рассматриваются с позиций «теории детерминированного хаоса» и для их описания используется математический аппарат нелинейной динамики, который оперирует, в том числе, такими показателями как корреляционная размерность и корреляционная энтропия.
Целью нашего исследования явилось оценка вклада вегетативной нервной системы в нелинейную динамику сердечного ритма. Поскольку в литературе уже дана, с некоторыми оговорками, интерпретация линейным показателям [2, 4], то является целесообразным на их основе изучение нелинейных хаpaктеристик СР.
Материалы и методы исследования
В работе использовались записи кардиоинтервалограмм пpaктически здоровых лиц возрастных групп 5–7 лет (n = 30), 8–13 лет (n = 96), 14–17 лет (n = 45), 18–21 лет (n = 125).
Аналоговый сигнал ЭКГ, получаемый с выхода электрокардиографа, преобразовывался в цифровой посредством установленной в компьютере измерительной платы АЦП. Выделение кардиоинтервалограммы и последующий анализ КИГ реализованы программно. Для исследования линейных показателей вариабельности сердечного ритма была создана программа Puls.KZ (свидетельство о регистрации объекта интеллектуальной собственности № 131, выданное 26.04.2006). Программа позволяет получать статистические, геометрические (вариационные), спектральные, авторегрессионые и энтропийные хаpaктеристики вариабельности сердечного ритма [1].
Для оценки нелинейной динамики сердечного ритма рассчитывались:
корреляционная размерность (D2) – этот показатель позволяет измерить сложность динамики системы. При D2 = 1 система демонстрирует простые периодические колебания (маятник), в случае абсолютно случайной динамики D2 равна бесконечности.
корреляционная энтропия (K2) – является количественной хаpaктеристикой степени организованности системы. Если энтропия достигает нуля, то система становится полностью предсказуемой. Так будет в случае регулярных процессов. Для истинно случайных процессов энтропия неограниченно велика. Энтропия системы в режиме детерминированного хаоса положительна, но имеет конечное значение.
В настоящей работе для расчета корреляционной размерности и корреляционной энтропии использовался алгоритм, предложенный Grassberger P. и Procaccia I. [3].
Важнейшим фундаментальным свойством хаотических систем является чувствительность к начальным условиям. То есть, две точки с изначально очень близкими координатами при движении по фазовым траекториям экспоненциально разбегаются (малые отличия в «прошлом» приводят к большим отличиям в «будущем»). Скорость, с которой расходятся эти точки, хаpaктеризуется показателем Ляпунова (λ). Чем чувствительнее система к начальным условиям, тем он больше. Для коротких временных рядов используются разработки Rosenstein M. и Kantz H. [5, 7], которые предложили очень близкие по алгоритму приближенные методики расчета λ.
Результаты исследования и их обсуждение
Для выяснения механизмов нелинейной динамики сердечного ритма было использовано две модели.
Первая модель основана на изучении нелинейных показателей у лиц с различным вегетативным балансом, который является важнейшим показателем состояния вегетативной нервной регуляции сердечно-сосудистой системы. Этот баланс может быть оценен по спектральной хаpaктеристике. Соотношение между мощностью низкочастотных и высокочастотных волн спектральной хаpaктеристики кардиоинтервалограммы (LF/HF) представляется индексом вагусно-симпатического взаимодействия, или вегетативного баланса [6].
Среди обследованных нами были выделены три группы по показателю LF/HF. В первую группу вошли лица со значительным преобладанием парасимпатических влияний (ваготоники), во вторую группу – лица, у которых наблюдается вегетативный баланс в регуляции сердечного ритма (нормотоники), в третьей группе баланс сдвинут в сторону преобладания симпатической нервной системы (симпатотоники).
Если судить по линейным спектральным хаpaктеристикам, представленным на рис. 1, то можно констатировать, что усиление симпатических влияний приводит к снижению общей мощности (ТР) периодических составляющих кардиоинтервалограммы – минимальное значение отмечается в третьей группе. Также в этой группе наблюдается изменение спектральной хаpaктеристики в пользу преобладания мощности низкочастотных составляющих LF % и VLF % (рис. 1, б), что косвенно отражает включение в регуляцию высших эрготропных и трофотропных надсегментарных отделов ВНС. Эти данные свидетельствуют, что сдвиг вегетативного баланса в сторону преимущественной активности симпатического звена приводит к снижению общей вариабельности КИГ, а периодические изменения кардиоритма наблюдаются на длительных интервалах времени, т.е. происходит определенная его стабилизация.
Для того, чтобы охаpaктеризовать регуляторные процессы в выделенных группах с точки зрения сложности и регулярности динамики СР были рассчитаны нелинейные показатели. Средние значения в каждой группе приведены в табл. 1.
Из рис. 2 видно, что при значительном сдвиге вегетативного баланса в сторону активности симпатического отдела (третья группа), корреляционная размерность и энтропия статистически значимо меньше, чем при сохранении баланса (вторая группа).
Это еще раз подтверждает тот факт, что симпатические влияния упрощают динамику сердечного ритма, т.е. он становится более регулярным. Но различия этих показателей между второй и первой группой выявлены не были, при том, что отношение LF/HF в этих группах отличается более, чем в два раза. Т.е. по этим данным сдвиг вегетативного баланса в сторону парасимпатического отдела не приводит к росту «хаотичности» в последовательности R-R-интервалов.
Расчет коэффициента корреляции между линейными и нелинейными показателями также не позволил однозначно ответить на вопрос о возможных механизмах нерегулярной динамике сердечного ритма. По данным, представленным в табл. 2, показатели D2 и К2 имеют обратную корреляционную связь с показателем LF/HF.
Рис. 1. Спектральная хаpaктеристика кардиоинтервалограммы у лиц с различным вегетативным балансом (А-суммарная мощность спектра, Б-спектральные компоненты КИГ)
Таблица 1
Нелинейные показатели сердечного ритма в различных группах
|
Группа |
D2 |
K2 |
λ |
|
|
n |
М ± m |
М ± m |
М ± m |
|
|
1 группа |
30 |
5,782 ± 0,195 |
4,556 ± 0,147 |
0,039 ± 0,002 |
|
2 группа |
30 |
5,671 ± 0,202 |
4,506 ± 0,134 |
0,040 ± 0,003 |
|
3 группа |
30 |
5,063 ± 0,245 |
4,110 ± 0,156 |
0,037 ± 0,003 |
Рис. 2. Нелинейные показатели сердечного ритма в группе ваготоников (1, n = 30), нормотоников (2, n = 30) и симпатотоников (3, n = 30).
Эти результаты можно было ожидать, поскольку отношение LF/HF отражает влияния симпатического отдела ВНС на сердечный ритм, оказывающего упорядоченное воздействие на динамику кардиоритма, соответственно, чем сильнее эти влияния, тем меньше значение корреляционной размерности и энтропии. Однако, согласно нашим данным, прямой связи между этими явлениями нет, т.к. коэффициент корреляции находится на уровне r ≈ –0,6.
Также выявлено, что старший показатель Ляпунова очень слабо (r на уровне 0,3) коррелирует с линейными показателями системы регуляции сердечного ритма.
Для уточнения этих противоречий была использована вторая модель – возрастные особенности нелинейной динамики сердечного ритма. Применение такой модели основано на определенных знаниях о соотношениях между механизмами нервной регуляции и формированием структуры и функции органов и систем в различные периоды жизни человека. Опираясь на эти знания можно сделать предположения о вовлеченности различных отделов ВНС в регуляцию сердечного ритма, о механизмах возникновения апериодических колебаний кардиоинтервалограммы.
Таблица 2
Коэффициенты корреляции между линейными и нелинейными показателями СР
|
Показатели |
ЧСС |
SDNN |
RMSSD |
HRVIndex |
TP |
HF |
LF |
VLF |
LF/HF |
|
D2 |
–0,12 |
0,25 |
0,33 |
0,32 |
0,13 |
0,12 |
0,07 |
0,09 |
–0,55 |
|
K2 |
–0,08 |
0,22 |
0,28 |
0,23 |
0,14 |
0,12 |
0,11 |
0,06 |
–0,48 |
|
λ |
0,13 |
0,06 |
0,23 |
0,07 |
0,05 |
0,15 |
–0,09 |
–0,11 |
–0,32 |
Согласно литературным данным стадия завершения формирования вегетативной нервной системы начинается с годовалого возраста и продолжается до конца 1-го десятилетия жизни. Сразу после рождения наблюдается функциональная незрелость парасимпатического звена ВНС. В возрасте 1–5 лет происходит усиление как симпатических, так и парасимпатических влияний на СР, однако сохраняется относительное превалирование симпатической активности. К 10 годам и старше парасимпатические влияния на СР становятся доминирующими, несмотря на то, что в этот период еще наблюдается некоторое повышение активности симпатического отдела ВНС. Таким образом, в подростковом возрасте и в период наступления пoлoвoй зрелости организма формируется иной, нежели в детском возрасте, тип регуляции СР, хаpaктеризующийся преобладанием парасимпатического звена ВНС на фоне достаточно выраженного тонуса симпатической иннервации сердца.
Если судить по нелинейным хаpaктеристикам D2 и K2, то наиболее сложная динамика сердечного ритма наблюдается в младшей и подростковой возрастных группах 8–13 и 14–17 лет (рис. 3). В возрасте 5–7 лет регистрируются наименьшие значения корреляционной размерности и корреляционной энтропии, эти показатели также статистически значимо снижаются при переходе от возрастной группы 14–17 лет к возрастной группе 18–21 год. Аналогичные результаты были получены при анализе показателя Ляпунова.
Рис. 3. Нелинейные показатели СР в различных возрастных группах
На основании этих данных можно предположить, что увеличение сложности динамики СР является результатом одновременной активации симпатических и парасимпатических влияний.
Заключение
Согласно полученным результатам вегетативная нервная система вносит существенный вклад в процесс нерегулярных изменений R-R-интервалов. Так, наибольшая сложность и «хаотичность» ритма сердца наблюдается у лиц с преобладающим влиянием парасимпатического отдела ВНС. Наоборот, смещение вегетативного баланса в сторону симпатического отдела приводит к упорядочению последовательности кардиоинтервалов, т.е. ритм сердца в этом случае более регулярный, динамика его менее сложна и менее «хаотична». Однако конечный результат не является просто суммой данных воздействий, поскольку интегрированные влияния обеих отделов ВНС имеет форму нелинейных взаимосвязей.
То, что «хаотичность» СР результат одновременной активации симпатического и парасимпатического отделов ВНС подтвердилось и при анализе нелинейных показателей в различных возрастных группах. Известно, что к десяти годам после рождения преобладающими становятся холинергические влияния, при сохранении активности адренергических механизмов. Адренергические влияния, воздействуя на различные звенья обмена ацетилхолина, определяют темп становления холинергической регуляции сердца. Такое соотношение симпатических и парасимпатических влияний приводит к изменению ритмики сердца, в том числе отражается на ее нерегулярной составляющей. Согласно полученным данным в детском и подростковом возрасте наблюдается наиболее сложная динамика сердечного ритма, когда преимущественное влияние на сердечный ритм оказывает парасимпатическая нервная система на фоне повышенного тонуса симпатического отдела ВНС.
Статья в формате PDF
241 KB...
16 06 2026 21:24:55
Статья в формате PDF
117 KB...
14 06 2026 4:16:12
Статья в формате PDF 252 KB...
13 06 2026 19:40:47
Статья в формате PDF
102 KB...
11 06 2026 1:26:59
10 06 2026 8:38:37
В работе приводится краткий обзор достижений регенеративной медицины. Что представляет из себя регенеративная медицина, насколько реально применение ее разработок в нашей жизни? Как скоро мы сможем воспользоваться ими? На эти и другие вопросы сделана попытка ответить в данной работе.
...
09 06 2026 19:57:39
Статья в формате PDF
161 KB...
08 06 2026 12:54:25
Статья в формате PDF
110 KB...
06 06 2026 22:58:50
Статья в формате PDF
173 KB...
05 06 2026 12:51:40
Статья в формате PDF
274 KB...
04 06 2026 23:34:35
Представлены результаты обследования 1547 детей (817 мальчиков и 730 девочек) в возрасте от 3 до 7 лет. Проведен сравнительный анализ компонентного состава тела у детей с различными типами телосложения.
...
03 06 2026 17:23:46
По результатам измерений ширины годичных слоев на рабочей части керна и определения радиального роста дерева, и последующей идентификации по ним статистической закономерности, выполняют прогнозирование на ретроспективу на число лет с начала рабочей зоны керна до момента начала жизни измеряемого учетного дерева.
...
02 06 2026 20:41:43
Статья в формате PDF
113 KB...
01 06 2026 12:46:20
Статья в формате PDF
138 KB...
31 05 2026 14:36:10
В эксперименте в сравнительном плане, изучено влияние радиационного облучения, ртутной интоксикации и гипотиреоза на систему иммунитета, на активность ферментов обмена пуриновых нуклеотидов: 5’-нуклеотидазы, АМФ-дезаминазы и аденозиндезаминазы, на активность ферментов антиоксидантной системы: супероксиддисмутазы (СОД), глутатионпероксидазы (ГПО), глутатионредуктазы в ткани печени, почек и в сыворотке крови. Установлены значительные сходства в механизме клеточных и метаболических эффектов радиации, гипотиреоза, ртутной интоксикации. Независимо от ткани и воздействующего на организм фактора (радиация, гипотиреоз, ртутная интоксикация) имеет место однотипные изменения активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы, что свидетельствует о том, что указанные воздействия являются стрессорными. Изменения в иммунной системе, обнаруженные при ионизирующем излучении, пpaктически однотипны изменениям иммунитета при гипотиреозе. При ртутной интоксикации в отличие от гипотиреоза и радиации имеет место снижение уровня В-лимфоцитов, что в какой-то мере объясняется особенностями эффектов ртутной интоксикации на систему иммунитета и ферменты метаболизма пуриновых нуклеотидов. В определенной степени эти различия можно объяснить разной степенью становления защитных механизмов и степенью целостности регуляторной функции адрено-тиреоидной системы.
...
30 05 2026 13:31:44
Статья в формате PDF
129 KB...
29 05 2026 20:13:58
Статья в формате PDF
164 KB...
28 05 2026 20:44:29
Изучено сочетанное влияние комплекса экологически нeблагоприятных факторов на иммунную систему промышленных рабочих Республики Казахстан. Функциональное состояние иммунной системы у рабочих промышленных предприятий хаpaктеризовалось нарастанием взаимосвязей в лимфоцитарном звене иммунитета, что выражалось перераспределением показателей лимфоцитов в гемограмме, увеличением корреляций между ними, нарастанием внутрисистемных связей между параметрами иммунной системы. Полученный спектр иммунологических показателей, хаpaктеризующий нормальное функционирование иммунной системы в условиях экологического нeблагополучия вместе с клиническим статусом может служить основой для дальнейшей разработки системы значимых сдвигов в иммунограмме с целью диагностически различных дизадаптационных расстройств в ответ на имеющуюся экологическую обстановку.
...
27 05 2026 2:22:34
Статья в формате PDF
141 KB...
26 05 2026 9:22:22
Статья в формате PDF
531 KB...
25 05 2026 9:48:51
Статья в формате PDF
143 KB...
24 05 2026 23:51:26
Статья в формате PDF
204 KB...
23 05 2026 12:34:11
Статья в формате PDF
298 KB...
22 05 2026 19:38:47
Статья в формате PDF
129 KB...
21 05 2026 21:58:16
Статья в формате PDF
102 KB...
20 05 2026 0:44:28
Статья в формате PDF
108 KB...
19 05 2026 0:28:48
Статья в формате PDF
386 KB...
18 05 2026 16:17:40
Статья в формате PDF
135 KB...
17 05 2026 15:33:17
Статья в формате PDF
142 KB...
16 05 2026 11:40:14
Статья в формате PDF
240 KB...
15 05 2026 20:23:30
Статья в формате PDF
112 KB...
14 05 2026 8:32:44
Статья в формате PDF
121 KB...
13 05 2026 0:10:10
Статья в формате PDF
113 KB...
12 05 2026 19:25:47
Статья в формате PDF
136 KB...
11 05 2026 20:27:49
Статья в формате PDF
116 KB...
10 05 2026 17:35:26
Статья в формате PDF
104 KB...
09 05 2026 20:34:15
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::