CC BY
38
симметрия по показателям микроциркуляции крови. При заболеваниях симметрия нарушается или регистрируется симметричное изменение диагностических показателей. относительно контроля. В случае экстремальных нагрузок на центрифуге при ускорении 2g отмечается индивидуальная реакция среди волонтеров, как симметричные, так и асимметричные изменения показателя микроциркуляции на голенях нижних конечностей. Выводы
Предложенная методика для локальной области на примере больных сахарным диабетом 2 типа является важным дополнением к традиционной диагностике, так как позволяет провести раннюю диагностику, до развития синдрома диабетической стопы. Пилотные исследования общего состояния микроциркуляции выявили индивидуальную реакцию у больных. У здоровых волонтеров также отмечается индивидуальная реакция в испытательном процессе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сидоров В.В., Рыбаков Ю.А., Гукасов В.М. Диагностический подход для оценки состояния микроциркуляторно-тканевой системы с использованием лазерных технологий и температурной функциональной пробы// Инноватика и экспертиза, 2018. Выпуск 1(22), стр. 135-141.
2. Анализатор лазерный микроциркуляции крови портативный «ЛАЗМА ПФ» URL:http:/www.lazma.ru/ rus/catalog.
УДК: 612.13
ФАЗОВАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В СЕРДЕЧНОСОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ ЧЕЛОВЕКА
Танканаг А.В., Гриневич А.А., Тихонова И.В., Чемерис Н.К.
Институт биофизики клетки Российской академии наук - обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических
исследований Российской академии наук», Пущино, Россия
Резюме. Исследованы фазовые взаимоотношения между колебаниями скорости кожного кровотока и кровенаполнения с вариабельностью сердечного ритма и частотой дыхания у условно здоровых добровольцев в покое. На частоте дыхания выявлены различия в синхронизации колебаний скорости кожного кровотока и кровенаполнения как с вариабельностью сердечного ритма, так и с дыханием. Выявлена высокая синхронизация для колебаний кровенаполнения и низкая - для микроциркуляторных колебаний. Полученные результаты могут послужить основой для новых диагностических критериев оценки состояния сердечно-сосудистой системы.
Ключевые слова: микроциркуляция, вариабельность сердечного ритма, фазовая синхронизация, фотоплетизмография, лазерная допплеровская флоуметрия
PHASE SYNCHRONIZATION OF OSCILLATION PROCESSES IN HUMAN
CARDIOVASCULAR SYSTEM Tankanag A.V., Grinevich A.A., Tikhonova I.V., Chemeris N.K.
Institute of Cell Biophysics of the Russian Academy of Sciences,
Pushchino, Russia
Abstract. The study of phase interactions between breath rate, heart rate variability, blood perfusion and blood volume oscillations from healthy volunteers at rest was carry out. There are differences of phase synchronization of blood volume and blood flow oscillations with heart rate variability and with respiratory rate at the breath frequency. It was obtained high phase
synchronization at this frequency for blood volume oscillations and low synchronization for blood flow ones. The results can form the basis of new diagnostic criteria for assessing the state of the cardiovascular system.
Keywords: microcirculation, heart rate variability, phase synchronization, laser Doppler flowmetry, photopletismography
Введение. Известно, что в сердечно-сосудистой системе человека регистрируются колебания различного происхождения. В частности, анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) позволяет оценить вклад симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы в регуляцию сердечной деятельности. В последние годы высокую диагностическую значимость приобретают методики оценки периферической микрогемодинамики. Двумя основными технологиями для исследований системы микроциркуляции крови в коже, являются лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ) и фотоплетизмография (ФПГ). При этом, стоит отметить, что фотоплетизмограмма, с одной стороны, несет информацию о процессах регуляции на локальном уровне - в периферических сосудах кожи, а с другой- отражает влияние системных процессов вегетативной регуляции, поскольку основным фактором, модулирующим кровенаполнение, является сердечный выброс. Мы полагаем, что анализ ВСР, ЛДФ-грамм и фотоплетизмограмм, зарегистрированных одновременно, позволит получить новые диагностические критерии для оценки состояния сердечно-сосудистой системы, поскольку фазовые соотношения между колебательными процессами в сердечно-сосудистой системе при патологиях могут быть нарушены.
Целью настоящего исследования было выявить и количественно оценить фазовые взаимоотношения между колебаниями в сердечно-сосудистой системе человека по данным ФПГ, ЛДФ и электрокардиографии.
Материалы и методы. В исследовании принимали участие 22 условно здоровых испытуемых (9 женщин и 13 мужчин, средний возраст 33 ± 8 лет) нормального телосложения без острых и хронических патологий. Исследование проводили в тихой комнате при 20-24 °C после 20-минутной предварительной адаптации. Во время измерения участники находились в положении лежа на спине. Для каждого испытуемого одновременно регистрировали четыре 15-ти минутные записи - электрокардиограмму (ЭКГ), дыхательный ритм, ЛДФ-грамму и фотоплетизмограмму.
Изменения скорости кожного кровотока регистрировали при помощи допплеровского флоуметра ЛАКК-02 («ЛАЗМА», Россия, длина волны 1.06 мкм, мощность излучения 1.2 мВт) на наружной поверхности правого предплечья вблизи лучезапястного сустава с частотой дискретизации 20 Гц. При помощи аппаратно-программного комплекса «ВНС-Микро» («Нейрософт», Россия) регистрировали ЭКГ во II стандартном отведении и дыхательный ритм - посредством температурного датчика, расположенного в области рта и носа. Частота дискретизации для ЭКГ и ритма дыхания составляла 1 кГц. Кровенаполнение регистрировали на указательном пальце правой руки при помощи фотоплетизмографа «Ангиоскан» («Ангиоскан-Электроникс», Россия, длины волн 665 и 935 нм) с частотой 2 кГц. Для последующего анализа ритмограммы (по данным ЭКГ), записи дыхательного ритма и ФПГ пересемплировали с частотой 20 Гц.
Степень синхронизации фаз всех зарегистрированных сигналов определяли по величине функции фазовой вейвлет-когерентности [1, 2, 5].
Результаты и их обсуждение. В ходе проведенного исследования обнаружена высокая фазовая синхронизация между микроциркуляторными колебаниями кожи предплечья и кровенаполнения подушечки пальца в области низких частот (0.0095 - 0.1 Гц) и на частоте сердечных сокращений (~ 1 Гц). Фазовая синхронизация колебаний скорости кожного кровотока и кровенаполнения на частоте сердечного ритма может быть обусловлена общим механизмом генерации таких колебаний - сердечным выбросом, а в области низких частот - общими локальными механизмами регуляции скорости кожного кровотока по
миогенному, нейрогенному и эндотелиальному пути. Полученные результаты согласуются с результатами других исследователей, которые при исследовании ФПГ сигналов придерживаются границ частотных интервалов, принятых для кожной микрогемодинамики
[3, 4].
Анализ фазовой скоррелированности колебаний скорости кожного кровотока предплечья и кровенаполнения подушечки пальца с ВСР показал следующее. Как для скорости кожного кровотока, так и для кровенаполнения наблюдается фазовая синхронизация на частотах эндотелиальной (~ 0.01 Гц) и миогенной (~ 0.1 Гц) активности. На частоте респираторного ритма (~ 0.3 Гц) выявлена высокая фазовая синхронизация между ВСР и колебаниями кровенаполнения подушечки пальца, и низкая фазовая синхронизация между ВСР и колебаниями скорости кожного кровотока предплечья. Аналогичные результаты получены и для фазовой синхронизации между колебаниями скорости кожного кровотока и кровенаполнения подушечки пальца с дыхательным ритмом. Выявлена высокая фазовая синхронизация между дыхательным ритмом и колебаниями кровенаполнения подушечки пальца, и низкая фазовая синхронизация - для микроциркуляторных колебаний кожи предплечья. Наблюдаемые нами различия в фазовой синхронизации колебаний скорости кожного кровотока и кровенаполнения с ВСР и дыхательным ритмом на частоте респираторного ритма (~ 0.3 Гц) могут быть обусловлены тем, что в фотоплетизмограммах дыхательные колебания, которые, в основном, проявляются в венулярном отделе сердечнососудистого русла, выражены в большей степени, чем в ЛДФ-граммах. Однако, данное предположение требует проведения дополнительных исследований.
Заключение. Выявленные различия в фазовой синхронизации колебаний скорости кожного кровотока и кровенаполнения, как с ВСР, так и с ритмом дыхания могут послужить основой для новых диагностических критериев оценки состояния сердечно-сосудистой системы при сосудистых патологиях.
Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (грант РФФИ № 18-015-00292).
ЛИТЕРАТУРА
1. Танканаг А.В. и др. Фазовая синхронизация колебаний кожного кровотока человека при асимметричном локальном нагреве // Биофизика. - 2017. - Т. 62 (4) . - С. 769-776.
2. Bandrivskyy A. et al. Wavelet phase coherence analysis: application to skin temperature and blood flow // Cardiovasc. Eng. - 2004. - V. 4. - P.89-93.
3. Mizeva I. et al. Quantifying the correlation between photoplethysmography and laser Doppler flowmetry microvascular low - frequency oscillations // Journal of Biomedical Optics. - 2015. - V. 20(3). - Р. 037007.
4. Sagaidachnyi A.A. et al. Determination of the amplitude and phase relationships between oscillations in skin temperature and photoplethysmography-measured blood flow in fingertips // Physiol Meas. - 2014. - V. 35(2). - P. 153-166.
5. Tankanag A.V. et al. Wavelet phase coherence analysis of the skin blood flow oscillations in human // Microvasc. Res. - 2014. - V. 95. - P. 53-59.
УДК 611.16
ТЕЛЕМОНИТОРИНГ - НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ НЕИНВАЗИВНОЙ ОЦЕНКИ
МИКРОЦИРКУЛЯТОРНОГО КРОВОТОКА У ЧЕЛОВЕКА
12 1 Федорович А.А. ' , Драпкина О.М.
1 - ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр профилактической
медицины» Минздрава России, Москва
2 - ФГБУН ГНЦРФ «Институт медико-биологических проблем» РАН, Москва
E-mail: [email protected]
