CC BY
188
Шсн. Хаук, наи. ун-ту. 2009. № 879 УДК: 612.213
ЧАСТОТА ДЫХАНИЯ И ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ СЕРДЕЧНОГО РИТМА У ЗДОРОВЫХ ДОБРОВОЛЬЦЕВ В БИООБРАТНОЙ СВЯЗИ
А.Л. Кулик1, А.К. Задерихин2, В.И. Шульгин2, Н.И. Яблучанский1 'Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Украина
Национальный Аэрокосмический Университет имени Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», Украина
На 4 здоровых добровольцах в возрасте от 22 до 29 лет (2 мужчины и 2 женщины) с индексом массы тела от 21 до 23 изучены индивидуальные особенности и общие закономерности частотной зависимости ВСР. Показано, что частота метрономизированного дыхания существенно влияет на мощность и структуру спектра ВСР и регуляцию в целом. Повышение ЬБ спектра ВСР происходит при дыхании с частотой 5-8 в минуту. Повышение НР спектра ВСР происходит при дыхании с частотой 913 в минуту. Изменения ТР ВСР в большей мере связаны с Ц7 и меньшей - ЬП7. Биологическая обратная связь с разными программами изменений частоты метрономизированного дыхания может быть мощным инструментом вмешательства в регуляцию и повышения качества жизни.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: вариабельность сердечного ритма, биофидбек, частота дыхания.
ЧАСТОТА ДИХАННЯ ТА ВАРІАБЕЛЬНІСТЬ СЕРЦЕВОГО РИТМУ У ЗДОРОВИХ ДОБРОВОЛЬЦІВ У БЮЗВОРОТНОМУ ЗВ’ЯЗКУ
О.Л. Кулик1, О.К Задеріхін2, ВЛ. Шульгін2, МЛ. Яблучанський1 'Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Україна
Національний Аерокосмічний Університет імені М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна
На 4 попових добровольцях V віці від 22 до 29 шків (2 чоловіки і 2 жінки) з індексом маси тіла від 21 до 23 вивчені індивідуальні особливості та загальні закономірності частотної залежності ВСР. Показано, що частота метрономізованого дихання суттєво впливає на потужність і структуру спектра ВСР і регулювання в цілому. Підвищення ЬБ спекгоу ВСР відбувається пий диханні з частотою 5-8 на хвилину. Підвищення НЕ7 спектга ВСР відбувається пий диханні з частотою 9-13 у хвилину. Зміни ТР ВСР в більшій мірі пов'язані з и7 і в меншій - НЕ7. Біологічний зворотній зв'язок з різними програмами змін частоти метрономізованого дихання може бути потужним інструментом втручання в регулювання та підвищення якості життя.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: варіабельність серцевого ритму, біофідбек, частота дихання
RESPIRATION RATES AND HEART RATE VARIABILITY IN HEALTHY VOLUNTEERS IN BIOFEEDBACK CONNECTION
A.L. Kulik1, A.K. Zaderihin2, VI. Shulgin2, M.I. labluchanskyi1
'V.N. Karazin Kharkov National University, Ukraine
^National Aerospace University, named by N. E. Zhukovskii «Kharkov Aviation Institute», Ukraine
At the 4 healthy volunteers aged 22 to 29 years (2 men and 2 women) with a body mass index from 21 to 23 individual characteristics and general regularities of heart rate variability (HRV) freauency dependence were examined. It is shown that the freauency of paced breathing significantly affects the power and structure of the HRV spectrum and regulation in general. Increasing of LF domain of the HRV occurs on breathing frequencies 5-8 per minute. Increasing of HF domain of HRV occurs on breathing frequencies 9-13 per minute. Changes in TP of HRV are more related to the LF and less to HF domain. Biofeedback with different programs of changing in the paced breath frequency can be a powerful tool of intervention in the regulation and quality of life.
KEY WORDS: heart rate variability, biofeedback, breathing frequency
Уровень здоровья человека напрямую зависит от качества и режимов функционирования регуляторных систем [2, 5, 8].
Неинвазивным методом оценки состояния регуляторных систем является вариабельность сердечного ритма (ВСР) [3, 11, 15].
Разными методами можно вмешиваться в состояние регуляторных систем, среди кото-
рых одним из наиболее контролируемых и эффективных оказывается управление дыханием [9, 11, 14].
Ядра блуждающих нервов расположены близко к дыхательным и находятся под их влиянием [15]. Активация дыхательных ядер, например, метрономизацией частоты дыхания оказывает стимулирующее дей-
ствие на ядра блуждающих нервов и их активность повышается. В этом находит объяснение положительное влияние различных дыхательных техник на уровень здоровья человека [4, 7, 11, 14], и именно поэтому вмешательства в частоту дыхания используются как один из наиболее эффективных инструментов биообратной связи.
Притом, что проблеме взаимоотношений в частоте дыхания и спектральной мощности ВСР посвящен ряд исследований, в них внимание концентрируется на их отдельных свойствах, и в целом она не рассматривается.
Исследование выполнено в рамках НИР ХНУ «Разработка и исследование системы автоматического управления вариабельностью сердечного ритма» № госрегистрации 010911000622.
Цель исследования. Установить индивидуальные особенности и общие закономерности частотной зависимости ВСР у здоровых добровольцев как основу построения эффективных техник биообратной связи в задачах повышения качества регуляторных систем человека.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Обследовано 4 здоровых добровольца в возрасте от 22 до 29 лет (2 мужчины и 2 женщины), с индексом массы тела от 21 до 23. Частота сердечных сокращений варьировала от 81 до 85 в минуту, артериальное давление находилось в диапазоне - 100/60 и 120/80 мм рт.ст.
У всех испытуемых с помощью компьютерного диагностического комплекса «СагсПоЬаЬ 2009» («ХАИ-Медика») с частотой дискретизации сигнала 1000 Гц проводилось по 10 мониторных записей ЭКГ на трехминутных интервалах. Записи производились в положении сидя, сначала на фоне спокойного смодулированного дыхания (СНД) и затем при метрономизированном (модулированном) дыхании с частотой 5, 6,
7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 дыханий в минуту (ЧД). Ритм дыхания задавался метрономом, встроенным в программу «CardioLab 2009».
Полученные интервалограммы (ритмо-граммы) при помощи быстрого преобразования Фурье раскладывали на три типа волн: медленные (VLF) - частотой от 0,0033 до
0,05 Гц, средние (LF) - от 0,05 до 0,15 Гц и быстрые (HF) - от 0,15 Гц до 0,40 Гц. Считается, что медленные волны преимущественно связаны с терморегуляцией, гуморальной (калликреинкинировая, ренинангиотензивая, гормональные, иные) регуляцией и симпатическим звеном вегетативной нервной системы; средние и быстрые - преимущественно с вегетативной нервной системой: средние больше с симпатическим и быстрые - парасимпатическим звеном; при этом функционально регуляция является единым неделимым оркестром [15].
На каждом трехминутном интервале изучались средняя частота сердечных сокращений (ЧСС) и следующие показатели ВСР: общяя мощность (ТР, мс2) спектра ВСР, мощности спектров доменов низких (VLF, мс2), средних (LF, мс2) и высоких (HF, мс2) частот, соотношение LF/HF как мера симпа-товагального балланса и соотношение VLF/ (LF+HF) как мера гуморальновегетативного баланса.
В программе Microsoft Excel 2003 по каждому добровольцу проводилось построение графиков изменения ЧСС и показателей ВСР в зависимости то частоты дыхания. Графики анализировались с учетом индивидуальных и общих закономерностей в изменениях исследуемых показателей, в том числе по половым признакам.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 показан график зависимости ЧСС добровольцев от ЧД. С изменением ЧД ЧСС практически не изменяется.
ЧСС, уд/мин ооооооооооо
—■— Испытуемый 1 —*— Испытуемая 2 - чз- - Испытуемый 3 Ь - Испытуемая 4
СБД 5 6 7 8 9 10 11 12 13 дыханий/мин
На рис. 2 представлена реакция ТР ВСР на изменение ЧД. У мужчин и женщин паттерны изменения ТР ВСР слегка различаются. У мужчин максимальный подъем ТР ВСР приходится на частоты 5, 6 и 7 дыханий в минуту и при дальнейшем повышении частоты дыханий она постепенно снижается. У
женщин на фоне подобной реакции отмечается новый пик повышения ТР ВСР на частотах 12 и 13 дыханий в минуту.
На рис. 3 показаны изменения VLF ВСР на этапах повышения ЧД. Они носят колебательный характер с тенденцией повышения с ростом ЧД.
дыханий/мин
—■—Испытуемый 1 —А— Испытуемая 2
—А- ■ ■ Испытуемая 4
Рис. 2. Реакция ТР ВСР на изменение ЧД.
дыханий/мин
—■— Испытуемый 1 —А— Испытуемая 2
- -А- -Испытуемая4
Рис. 3. Реакция VLF ВСР на изменение ЧД.
На рис. 4 показана реакция Ы7 ВСР на изменения ЧД. Можно видеть четкое повышение и ВСР в диапазоне ЧД 5-8 дыханий
в минуту с возвращением к исходным значениям при дальнейшем (9-13 дыханий в минуту) повышении ЧД.
дыханий/мин
—•— Испытуемый 1 —А— Испытуемая 2
— о - Испытуемый 3
- -А- -Испытуемая4
На рис. 5 представлена реакция НБ ВСР на изменения ЧД. НБ ВСР не реагирует на изменения ЧД в диапазоне 5-8 дыханий в минуту, и повышается с ЧД в 9 дыханий в минуту с постепенным снижением на ЧД в
11-13 дыханий в минуту.
На рис. 6 представлена реакция соотношения ЬР/НБ на изменение ЧД. Графики по своей форме повторяют графики для ЬБ ВСР.
-Испытуемый 1 -Испытуемая 2
- Испытуемый 3
- Испытуемая 4
дыханий/мин
Рис. 5. Реакция НБ части спектра на изменение частоты дыхания.
дыханий/мин
Рис. 6. Реакция соотношения LF/HF на изменение частоты дыхания.
На рис. 7 представлена реакция соотно- ны изменениям VLF и носят колебательный
шения VLF/(LF+HF) на изменение ЧД. Из- колебательный характер с тенденцией роста
менения соотношения VLF/(LF+HF) подоб- с увеличением ЧД.
дыханий/мин
Ритмическое дыхание с определенной частотой у здоровых людей приводит к появлению на спектре ВСР пика метрономизи-рованных сердечных волн такой же частоты [1, 3, 5, 6], что подтверждено нашим исследованием.
Наше исследование, которое показало зависимость ТР ВСР от ЧД, а также то, что повышение значений и происходит при ЧД 5-7 в минуту (0,83-0,11 Гц) и ОТ на более высоких частотах дыхания (9-11 дыханий в минуту), дает основания для управления мощностью и структурой ВСР через механизмы биообратной связи. Другими словами, с помощью подбора адекватной частоты дыхания вполне возможно изменять ТР ВСР, усиливать НР или и составляющие ее спектра.
Определенного внимания заслуживает частота 9 дыханий в минуту, так как она соответствует частоте сердечных волн 0,15 Гц, которая лежит на стыке и и НР доменов спектра ВСР и её использование позволяет воздействовать на показатели двух доменов сразу.
Изменение мощности УЫ7 области спектра ВСР путем подбора адекватной частоты дыхания затруднено, поскольку для водейст-вия на нее частота дыхания должна составлять 3 в минуту и менее. В [4] было продемонстрировано, что использование специальных йоги-методик медленного дыхания приводит к значительному росту мощности УЫ\ С другой стороны, нами отмечена тенденция к повышению УЫ7 с увеличением ЧД, что можно использовать для более тонкой оптимизации соотношений всех трех частотных областей спектра ВСР.
Полученные нами данные о реакции ТР
ЛИТЕРАТУРА
ВСР на изменение частоты дыхания соответствуют данным [2, 7, 9, 10, 12, 13]. Увеличение ТР ВСР на низких частотах дыхания (5-6 в минуту) происходит, в основном за счет и составляющей, а последующее снижение ТР связано с падением и на частотах (7-9 дыханий в минуту), которое не компенсируется ростом НР на более высоких частотах (9-13 дыханий в минуту), что необходимо учитывать при подборе методики дыхания.
Полученные нами результаты показывают принципиальную возможность построения индивидуализированных методик управления ВСР с повышением общего уровня здоровья.
Практическое отсутствие изменений ЧСС при явных изменениях в спектре ВСР мы объясняем тем, что в пробах с метрономизи-рованным дыханием влияния реализуются через взаимодействие ядер дыхательного центра с ядрами блуждающего нерва [15].
ВЫВОДЫ
1. Частота метрономизированного дыхания существенно влияет на мощность и структуру спектра ВСР и, следовательно, регуляцию в целом.
2. Повышение и спектра ВСР происходит при дыхании с частотой 5-8 в минуту.
3. Повышение НР спектра ВСР происходит при дыхании с частотой 9-13 в минуту.
4. Изменения ТР ВСР в большей мере связаны с и и меньшей - НР.
5. Биологическая обратная связь с разными программами изменений частоты метрономизированного дыхания может быть мощным инструментом вмешательства в регуляцию и повышения качества жизни.
1. Buchner T. On the nature of heart rate variability in a breathing normal subject: a stochastic process analysis. / T. Buchner, M. Petelczyc, J. J. Zebrowski [et al.] // Chaos. - 2009. - № 19(2). - P. 428-504.
2. Brown T. E. Important influence of respiration on human R-R interval power spectra is largely ignored. / T. E. Brown, L. A. Beightol, J. Koh [et al.] // J App Physiol. - 1993. - № 75. - P. 2310-2317.
3. Fang Y. Effect of different breathing patterns on nonlinearity of heart rate variability. / Y. Fang, J. T. Sun, C. Li [et al.] // Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. - 2008. - P. 3220-3223.
4. Jovanov E. Real-time monitoring of spontaneous resonance in heart rate variability. / E. Jovanov // Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. - 2008. - P. 2789-2792.
5. Kobayashi H. Does paced breathing improve the reproducibility of heart rate variability measurements? / H. Kobayashi // J Physiol Anthropol. - 2009. - №28(5). - P. 225-230.
6. Koskinen T. Short-term heart rate variability in healthy young adults: the Cardiovascular Risk in Young Finns Study. / T. Koskinen, M. Kahonen, A. Jula [et al.] // Auton Neurosci. - 2009. - Vol. 145(1-2), № 28.-P. 81-88.
7. Lehrer P. M. Resonant frequency biofeedback training to increase cardiac variability: rationale and manual for training. / P. M. Lehrer, E. Vaschillo, B. Vaschillo // Appl Psychophysiol Biofeedback. - 2000. -№25.-P. 177-191.
8. Ng J. Autonomic effects on the spectral analysis of heart rate variability after exercise. / J. Ng, S. Sunda-ram, A. H. Kadish [et al.] // Am J Physiol Heart Circ Physiol. - 2009. - № 297(4). - P. 1421-1428.
9. Perakakis P. Breathing frequency bias in fractal analysis of heart rate variability. / P. Perakakis, M. Taylor, E. Martinez-Nieto [et al.] // Biol Psychol. - 2009. - № 82(1). - P. 82-88.
10. Siepmann M. A pilot study on the effects of heart rate variability biofeedback in patients with depression and in healthy subjects./ M. Siepmann, V. Aykac, J. Unterdorfer [et al.] // Appl Psychophysiol Biofeedback. - 2008. - № 33(4). - P. 195-201.
11. Shields R.W. Jr. Heart rate variability with deep breathing as a clinical test of cardiovagal function. /
R.W. Jr. Shields // Cleve Clin J Med. - 2009. - № 76. - Suppl 2. - P. 37-40.
12. Stark R. Effects of paced respiration on heart period and heart period variability. / R. Stark, A. Schienle,
B. Walter [et al.] // Psychophysiology. - 2000. - № 37. - P. 302-309.
13. Song H-S., The Effects of Specific Respiratory Rates on Heart Rate and Heart Rate Variability / H. S.
Song, P. M. Lehrer // Appl Psychophysiol Biofeedback. - 2003. - № 28 (1). - P. 13-23.
14. Van de Louw A. Breathing cardiovascular variability and baroreflex in mechanically ventilated patients. / A. Van de Louw, C. Medigue, Y. Papelier et al.] //Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. - 2008. - № 295(6).-P. 1934-1340.
15. Yabluchansky N. The heart rate variability (HRV) Point: Counterpoint discussion raises a whole range of questions, and our attention has also been attracted by the topic. / N. Yabluchansky, A. Kulik, A. Martynenko // J Appl Physiol. - 2007. - № 102. - P. 1715.
© Кулик О.Л., 3adepixm O.K., Шулъгт В.1., Яблучансъкий М.I., 2009
УДК: 616.981.553
КЛИНИКО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БОТУЛИЗМА В ХАРЬКОВСКОМ РЕГИОНЕ
Т.Н. Лядова1, О.В. Волобуева1, В.П. Малый2, М.А. Тимкович3 'Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Украина 2Харьковская медицинская академия последипломного образования, Украина 3Ужгородский национальный університет, Украина
В статье представлена характеристика клинико-эпидемиологических данных заболеваемостью ботулизмом в г. Харькове на протяжении последних 10 лет. Подробно изучены эпидемиологические аспекты ботулизма, возрастная характеристика, клинические проявления болезни в зависимости от тяжести течения, осложнения и исходы. Установлено, что длительность инкубационного периода при ботулизме напрямую зависит от тяжести заболевания и его исходов. Выявлено, что доминирующим этиологическим фактором ботулизма в Харьковском регионе является копченная и вяленая рыба домашнего приготовления.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ботулизм, этиология, эпидемиология, клиника, осложнения, исходы
КЛІНІКО-ЕПІДЕМІОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА БОТУЛІЗМУ У ХАРКІВ4КОМУ РЕГІОНІ
ТЛ. Лядова1, О.В. Волобуева1, В.П. Малий2, М.А. Тимкович3 'Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Україна 2Харківська медична академія післядипломної освіти, Україна Ужгородський національний університет, Україна
В статті наведена характеристика клініко-епідеміологічних даних щодо захворюваності на ботулізм в м. Харкові протягом останніх 10 років. Ретельно вивчені епідеміологічні аспекти ботулізму, вікова характеристика, клінічні прояви захворювання залежно від тяжкості перебігу, ускладнень і наслідків. Встановлено, що тривалість інкубаційного періоду при ботулізмі напряму залежить від тяжкості хвороби та її наслідків. Виявлено, що домінуючим етіологічним чинником ботулізму в Харківському регіоні являється копчена та в'ялена риба домашнього виготовлення.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: ботулізм, етіологія, епідеміологія, клініка, ускладнення, наслідки
CLINICAL AND EPIDEMIOLOGICAL CHARACTERISTIC OF BOTULISM IN THE KHARKOV REGION
T.I. Lyadova1, O. V. Volobueva1, V.P. Maliy2, M.A. Tymkovich3 *V.N. Karazin Kharkov National University, Ukraine 2Kharkov medical academy of postgraduate education, Ukraine
3Uzhgorod national university, Ukraine__________________________________
In the article presents of clinical and epidemiological data by disease by botulism in Kharkov during the last 10 years. In detail the epidemiology aspects of disease by botulism are studied, age description, clinical symptoms of disease depending on weight of current, complications and outcomes. It is set, that duration of latent period at botulism straight relies on weight of disease and his outcomes. It is exposed, that is the dominant etiologic factor of botulism in the Kharkov region smoked and dried fish domestic preparation.
KEY WORDS: botulism, etiology, epidemiology, clinic, complications, outcomes
