CC BY
13
УДК 004: 61
Шутов А.Б.
Преподаватель, Сочинский государственный университет, г.Сочи, Российская Федерация, abshutov@mail.ru
Корней К.В. врач по спортивной медицине, Центр медицинской профилактики, ГБУЗ МЗКК, г.Сочи, Российская Федерация, korneykirill@mail.ru
Мацканюк А.А. канд. тех. наук, доцент, Сочинский государственный университет, г.Сочи, Российская Федерация, alexmatsk@mail.ru
ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИЙ АНТАГОНИСТОВ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ, ВЫЯВЛЕННЫХ В СЕРДЕЧНОМ РИТМЕ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОБ
Аннотация
В ортостатической пробе и в периоде восстановления после физической нагрузки сравнивались способности метода долевых тенденций и метода индекса напряжения в определении величин структурных изменений вариабельности R-R интервалов кардиоинтервалограммы. Методом долевых тенденций удалось установить, что адаптации организма в представленных тестах сопровождается изменением структурных характеристик на каждом уровне динамической иерархии временного ряда. Сравнение величин сопряжения этих структурных характеристик в функциональных тестах раскрывает особенности адаптации ВНС на факторы внешней среды. Данным методом удалось выявить так же роль симпатических и парасимпатических реакций ВНС в ортостатической пробе и в периоде восстановления после физической нагрузки. Методом индекса напряжения была выявлена степень напряжения регуляторных систем всего организма.
Ключевые слова
Функциональные тесты, кардиоинтервалограмма, временной ряд динамики, статистические методы, динамическая иерархия, накопительный итог, вегетативная нервная система, антагонисты.
Накопленный опыт по изучению вариабельности сердечного ритма, обобщающий 40-летний период отечественных исследований в области электрокардиографии, можно разделить на две группы. К первой можно отнести исследования тенденций динамики вариационного ряда ритмов сердца на частотном диапазоне коротких, средних и длинных волн [10,11,17], а ко второй - исследования методом индекса напряжения (ИН) свойств колеблемости в ритме по результатам вариационной кривой [1,2,13].
Схожесть исследований в обеих группах состоит в том, что в волновых диапазонах динамики, так же как и в вариационном ряде, проявляется свойство колеблемости, которое можно изучать. Однако, общепринятая форма изучения вариативности в динамике исследуемых параметров R-R интервала электрокардиограммы (ЭКГ) дает лишь общее представление о качестве адаптивных изменений гемодинамики [11,17,22].
Все многообразие колеблемости, встречающиеся во временных рядах, можно представить как «смесь» колебаний имеющих разные формы, это разная вариативность за временной период, разная суммарная частота и амплитуда положительных и отрицательных различий между последовательно идущими R-R интервалами в ЭКГ [5,6]. Эти различия в формах сопряжены между собой в долевых соотношениях, и на разных уровнях иерархии временного ряда динамики представляют совмещения (Рис.1), которые могут между собой различаться по конфигурациям волновой структуры [20,23]. Кроме того, и тренд, и сопровождающая ее колеблемость могут отражать совершенно независимые проявления
1- Натуральные величины
2 - гармоники
3 - выделенные амплитуды
из гармоник
4 - выделенные амплитуды из гармоник 3-го уровня
Рисунок 1 -Уровни иерархии в динамике временного ряда
Существующая связь между уровнями иерархии в КИГ зависит от роли антагонистов в адаптивных реакциях того или иного отдела, или звена вегетативной нервной системы [4,7,16]. Для анализа этих структур могут привлекаться показатели вариации и статистические сравнения [15,9]. Однако, мы отошли от традиций ранжирования R-R интервалов и построения вариационного ряда распределения [1,2,9].
Сама амплитуда показателя в динамике временного ряда сложно организованных систем является базовой, она отражает величину внешних влияний и внутренних взаимодействий, для которой характерно причинение в форме накопительного итога (Рис.2). Последовательное выделение амплитуд в динамике уровневой иерархии дает дополнительные информационные характеристики, анализ которых позволяет выделить главные и второстепенные признаки в долях участия для того или иного уровня [12,24,6].
Рисунок 2 - Структурные характеристики кумулятивных тенденций.
Примечание: выпуклая дуга - активная, прямая линия -равномерная, прогнутая дуга - пассивная.
Таким образом, в адаптации биологических систем на факторы внешних влияний форма накопления (Рис.2) может служить «высказыванием» входных сигналов в системе управления на различных уровнях иерархии, а набор значений будет определять истинность или ложность «высказывания» в системе динамического равновесия различных сил [19].
Для саморегулирующейся системы характерна соподчиненность иерархических уровней, что позволяет эффективно управлять работой этой системы в приспособительных реакциях на факторы внешних воздействий. Измеренные динамические показатели силы, активности и продолжительности процессов регуляции могут быть выражены в долевых тенденциях [20].
В работе приводятся результаты исследований динамики различных уровней иерархии временного ряда кардиоинтервалограммы с точки зрения концепции накопительного итога. Показатели оценки долевых тенденций, проявляющиеся в регуляциях адаптивных реакций сердечно-сосудистой системы, изучались на фактор воздействия различных функциональных проб.
Методы исследования. Использовались две функциональные пробы: в первой, при выполнении ортостатической пробы, обследуемый активно вставал из горизонтального положения в положение вертикальное. Через 4 минуты давалась вторая проба Мартинэ-Кушелевкого, включающая 20 глубоких
причинно-следственного характера [11,12,15].
приседаний [23,24,25], как в первом, так и во втором тестах у обследуемого с помощью электрокардиографа FU CARDЮSUNY С300, во втором отведении велась запись электрокардиограммы (ЭКГ). Со скоростью 50мм/сек.. R-R интервалы ЭКГ измерялись прибором автоматически и записывались на ленте в цифровых показателях в виде таблицы. В ортопробе ЭКГ снималась в положении лежа, затем, после активного вставания, приводилась повторная запись ЭКГ. Во втором тесте, сразу после 20 приседаний делалась запись ЭКГ, затем 1мин. отдыха проводилась повторная запись ЭКГ. Графики кардиоинтервалограмм (КИГ), выстроенные по цифровым показателям, представлены на Рис.3, а) - г).
а) лежа
б) после активного вставания
Kl Ol fO N
1Л tJl fO Г"»
LOLniDtOtOr^r^COCOCOCTlCTlO
700 600 500 400 300 200 100 0
y = 0,0305x2 - 2,7261x + 550,58
1Л Ol fO h- ■
в) сразу после нагрузки г) после 1 мин. отдыха
Рисунок 3 - Графики КИГ после выполнения ортостатической пробы (а и б) и пробы Мартинэ-Кушелевкого - 20 приседаний (в и г).
Исследование вегетативных реакций сердечного ритма определялось путем разделения
временного ряда динамики на уровни иерархии (Рис.1), с последующим определением вероятности исхода симпатических и парасимпатических реакций в вариативной динамике показателей временного ряда КИГ [24,25].
Уровни иерархии определялись путем выделения отдельных рядов из показателей временного ряда. Ряд натуральных величин R-R интервалов является 1 уровнем в иерархии, амплитуды гармоник 2-го уровня определяются из разницы последующего от предыдущего показателя натуральных величин:
А± = С+1 - С, . (1)
Выделенные из гармоник в отдельные динамические ряды положительные и отрицательные амплитуды представляют 3-й уровень иерархии (Рис.1).
В исследованиях использовались так же статистические методы накопления частостей по показателям амплитудной динамики [9,20], а так же тригонометрические преобразования сторон прямоугольных треугольников и их перемещения в системе координат [21].
Нарастающий итог долевой тенденции показателей опыта и стандарта всегда равен 2,0, а характер тенденций опыта определяется стандартом (^).
Чтобы показать динамику условной долевой тенденции (Ву) горизонтально, возрастающий итог стандарта (^) выбирался:
Bv= B, - h
(2)
534823530223533053235301235301534823480123530023482300482348
53235353535300234848534848484848232348232323232323232353
hst = P+ Px+1, где hst - кумулята динамического стандарта, Pxr частость, Bi - доля прироста;
Bi = (Pi + Pi+i) х п /Arc cos za . (3)
Долевые тенденции (By) динамических различий в уровневой иерархии R-R интервалов ЭКГ, определялись в двумерных вычислительных таблицах, составленных в программе Excel. В динамике временного ряда КИГ анализ проводился до 3-го уровня иерархии (Рис.4).
Рисунок 4 - Тенденции 2-го (ОРинт) и 3-го уровней иерархии ( ряд + и ряд -) в ортостатической пробе, стоя [24].
Структурную связь в динамике кумулятивных тенденций [20,23] между различными уровнями иерархии определяли показателем резерва динамического сопряжения (РДС):
РДС =1/
ДУУ - ДУУ,)2
п-1
(4)
где, ДУУц - доля условного участия, ДУУц = Ву + Ву+1,.
Структурные характеристики кумулятивных тенденций (Рис.2) определялись показателем кумулятивной емкости (КЕ):
КЕ = ДУУ Х ДУА, (5)
ДУУ
где, ДУА - доля условной активности, ДУА = -.
п—1
Далее между системными антагонистами определялся диапазон системных антагонистов (ДСА) между верхней и нижней границами [25]:
ДСА = ^^ - (6)
где НВг - наибольшее значение накопительной вариабельности, а НВ^ - наименьшее значение. Накопительная вариабельность (НВ) представлена показателем динамики условной долевой тенденции (Вх) подуровня 3-го уровня иерархии (Рис.5 а) - г)):
НВх = Вх + Вх+1, (7)
где, Вх представляет динамический ряд, из которого выбрана кумулятивная тенденция гармоник 2-го уровня иерархии (ОРинт) (см. Рис.4);
а) лежа
б) стоя
в) после 20 приседаний г) через 1мин. отдыха
Рисунок 5 -Накопительный итог долевой тенденции в подуровне 3-го уровня.
Вероятность исхода (Р) для симпатических и парасимпатических реакций рассчитывались по формуле:
~ (9)
Р = lim —,
п
где - п общее число исходов (НВ, + НВ}), а т - благоприятные исходные числа (НВ, или НВ}). Результаты исследований и их обсуждение. В таблице 1 приведены структурные характеристики кумулятивных тенденций различных уровней иерархии по показателю КЕ (формула-5). Отрицательная величина КЕ характеризует пассивную форму структуры накопительного итога, а положительная величина - активную (Рис.2).
Таблица 1
Кумулятивная емкость в динамике рядов R-R интервалов при использовании разных функциональных проб.
Ряды уровней иерархии
Временной Ряд R-R интервалов Натуральный (1) Гармоники (2) Ряды амплитуд (3) (подуровень-3)
+ - + -
й ю о & Лежа - 0,02 - 0,05 0,3 - 0,04 0,60 - 0,17
о н ft О Стоя 0,06 28,4 60,7 17,9 6,18 - 1,15
i После нагрузки - 0,31 -15,12 - 23,23 - 0,54 - 0,90 9,84
С-Ч u ® g & Через 1 мин. отдыха - 0,001 1,80 2,10 4,90 0,01 0,74
Высокие показатели КЕ в таблице 1, характеризующие наибольшее воздействие нагрузки в функциональной пробе, отмечены курсивом в ортостатической пробе (28,4; 60,7; 17,9) и сразу после нагрузки 20 приседаний (-15,12; -23,23; -0,54). Выявить в адаптивных реакциях влияние антагонистов на втором и третьем уровнях иерархии нам не позволяют тенденции гармоник второго уровня иерархии (см.Рис.4). И только после удаления тенденций 2-го уровня иерархии мы получает отчетливые влияния симпатического (6,18) отдела в ортостатической пробе и парасимпатического (9,84) отдела в тесте с физической нагрузкой. И, тем не менее, эти тенденции, которые мы получили в предыдущих исследованиях, не дают нам возможность установить различия в величинах симпатических и парасимпатических влияний для каждого функционального теста [24,25].
Данный метод исследований позволяет получить не только накопительный итог в структуре КЕ (табл.1), но и определить величину сопряжения между структурными изменениями в динамических рядах уровневой иерархии. По данным вычислений показателя резерва динамического сопряжения (РДС, формула-4) между различными уровнями иерархии была составлена таблица 2.
Таблица 2
Динамическое сопряжение между уровнями иерархии.
Временной Ряд R-R интервалов Ряды уровней иерархии
Натуральный и гармоники Амплитуды рядов + и - Гармоники и ряд + Гармоники и ряд
Орто-проба Лежа 0,654 0,127 0,208 0,328
Стоя 0,031 0,041 0,059 0,136
20 приседа ний После нагрузки 0,055 0,052 0,222 0,068
Через 1 мин. отдыха 0,068 0,157 0,243 0,213
Звено, или отдел ВНС, которое активно включается в процесс адаптации, теряет связь с вышестоящим уровнем иерархии и поэтому показатель РДС уменьшается и, наоборот, по мере восстановления гомеостатического равновесия связь с вышестоящим уровнем становится выше.
Так, например, в ортопробе, в положении стоя, все показатели РДС ниже, чем в положении лежа. Та же тенденция наблюдается и в тесте 20 приседаний, где данные РДС сразу после нагрузки значительно ниже, чем через 1 мин отдыха (Табл.2).
Связь между динамическими структурами гармоник (второй уровень) и 3-го уровня иерархии (положительные и отрицательные амплитуды), которые были выделены из общего ряда КИГ, так же как и показатель КЕ характеризуют адаптивные реакции симпатического и парасимпатического отелов ВНС. Рабочий функционал адаптивных реакций для симпатического звена (0,059) в полной мере проявился в ортостатической пробе (табл.2) между тенденцией гармоник и тенденцией ряда положительных амплитуд, а для парасимпатического звена - после физической нагрузки в 20 приседаний (0,068). Таким образом, по показателям КЕ и РДС (таблица 1,2) была выявлена роль положительных и отрицательных амплитуд, которые отражают симпатические и парасимпатические реакции отделов ВНС.
И, тем не менее, по этим данным мы не можем сравнить какова роль симпатических и парасимпатических реакций ВНС в ортостатической пробе и тесте с физической нагрузкой. Поэтому ход исследований тенденций динамики третьего уровня иерархии был продолжен.
Путем приведения тенденций положительных и отрицательных рядов в подуровне к одному знаку (формула - 8), появляется возможность выявить величины симпатических и парасимпатических влияний в том или ином функциональном тесте.
Определение накопительной вариабельности для рядов из положительных и отрицательных амплитуд (формула-7) дает нам возможность установить величину диапазона между симпатическими и парасимпатическими реакциями (формула-6). А Вероятность исхода (формула-9) для симпатических и парасимпатических реакций позволяет установить благоприятную накопительная вариабельность исходных чисел.
Таблица 3
Адаптивные симпатические и парасимпатические реакции вегетативной нервной системы в функциональных тестах
Временной ряд R-R интервалов Подуровень 3-го уровня
ИН HBi+j диапазон Вероятность исхода
Верхний и Нижний ДСА Ряда + (симпатиче ские) Ряда -(парасимпатич еские)
Орто-проба Лежа 129 13,83 2,42/1,70 0,76 0,41 0,59
Стоя 186 48,33 2,57/1,64 0,93 0,61 0,39
20 приседаний После нагрузки 202 40,96 4,27/1,31 2,97 0,23 0,77
Через 1 мин. отдыха 234 33,15 2,12/1,89 0,22 0,47 0,53
Е римечание: ИН - индекс напряжения Баевского Р.М., НВ^ - накопительная
вариабельность, ДСА - диапазон системных антагонистов.
Из таблицы 3 мы видим, что показатели ДСА в период восстановления после 20 приседаний значительно превосходят показатели после 1 минуты отдыха (2,97 и 0,22). В ортостатической пробе, в положении стоя, диапазон между системными антагонистами, так же оказался выше (0,72 и 0,93).
Показатели вероятности исхода, выделенные жирным шрифтом, указывают на преобладающую роль тех, или иных реакций ВНС. Так, в ортостатической пробе в восстановлении гомеостатического равновесия преобладают симпатические реакции (0,61), а в периоде восстановления после физической нагрузки - парасимпатические реакции (0,77).
Следует отметить, что динамика суммарной величины накопительной вариабельности значительно отличается от динамики величин ИН, вычисленных по Р.М. Баевскому [1]. Как показали наши предыдущие исследования, причиной различий могут быть разные методологические подходы в оценках вариабельности динамики временного ряда КИГ.
Так, показатель ИН определяется из структурных характеристик равных классовых интервалов, который характеризует общую вариабельность всех процессов организма, регулирующего ритм сердца, а их, как предполагает уровневая иерархия, может быть очень много. Временной ряд КИГ, расчлененный на ряды из положительных и отрицательных амплитуд, позволяет изучать накопительную вариабельность. Итог структурных тенденций накопления на различных уровнях иерархии характеризует механизмы регуляции адаптивных реакций в соподчиненной структуре управления [22,23].
Следует отметить, что предлагаемые тесты отражают разные физиологические реакции, которые зависят от параметров внешних воздействий. Поэтому, взаимозаменяемость в тенденциях, и значительные расхождения в диапазонах, которые мы наблюдает на графиках (Рис.4), остаются пока не изученными. Выводы:
1. Методом долевых тенденций удалось выявить роль симпатических и парасимпатических реакций ВНС в ортостатической пробе и в периоде восстановления после физической нагрузки (табл.3).
2. Данным методом удалось так же установить, что адаптации организма в представленных тестах сопровождается изменением структурных характеристик на каждом уровне динамической иерархии временного ряда (табл.1). Сравнение величин сопряжения этих структурных характеристик в функциональных тестах раскрывает особенности адаптации ВНС на факторы внешней среды (табл.2).
Список использованной литературы:
1. Баевский Р.М., Иванов Г.Г. Вариабельность сердечного ритма: теоретические аспекты и возможности клинического применения. // Ультразвуковая и функциональная диагностика - 2001. №3. - С. 108-126.
2. Байрак И.Г. Структура вариабельности сердечного ритма при анализе PP- и RR- интервалов у больных с различными формами ИБС. Автореферат дисс. к.м.н. М.,2005.- 21 с.
3. Белоцерковский З.Б. Эргометрические и кардиологические критерии физической работоспособности у спортсменов. - М.: Советский спорт, 2005. - 312 с.
4. Васюкевич В. О. Аналитика триггерных функций // Автоматика и вычислительная техника. - 2009. - № 4. - С. 21-29.
5. Иерархия тенденций и колебаний. -URL: http://gendocs.ru/v39299/?cc=9
6. Куприянова О.О., Нидеккер И.Г. Способ анализа суточной вариабельности ритма сердца. RU 2 417 741 C2, 16.07.2009.
7. Концепция разных стратегий. URL:https://studref.com/553998/meditsina/vzaimodeystviya_otdelami _vegetativnoy_nervnoy_sistemy.
8. Коган О С. Медико-биологические проблемы спортивного отбора профессионалов. //Теория и Практика Физической Культуры, «МЕДИЦИНА И БИОЛОГИЯ В СПОРТЕ». 2003 №8, С.43-47.
9. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высш. Школа, 1980. - С. 38-39.
10. Лукошкова Е.В., Хаютин В.М., Бекбосынова М.С. QRS-амплитудограмма и ее частотный спектр: применение для оценки мощности колебаний частоты сердцебиений. Ж. "Кардиология", 2000 г. № 9. С.54-63.
11. Макаров Л.М. // Противоречивые аспекты анализа вариабельности ритма сердца при холтеровском мониторировании, - Третья научно-практическая конференция. Клинические и физиологические аспекты ортостатических расстройств. М., 2001. - С. 89-93.
12. Организация как система. Под ред. С.В. Богданова, -URL: http://www.standard-company.ru/standard-company6.shtml
13. Рутткай-Недецки И. Проблемы электрокардиологической оценки влияния вегетативной нервной системы на сердце. //Вестник аритмологии, 2001 № 22, С.56-60.
14. Солодков А.С. Особенности утомления и восстановления спортсменов. // ж. Ученые записки университета им. П.Ф. Лесгафта. 2013,№6,С.131-144.
15. Теория статистики: Учебник /Под ред. Проф. Р.А. Шмойловой. - М.: Финансы и статистика, 2002. С.340-349,381.
16. Функциональный антагонизм симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. -URL: https://psyera.ru/funkcionalnyy-antagonizm
17.Хаютин В.М., Лукошкова Е.В. Спектральный анализ колебаний частоты сердцебиений: физиологические основы и осложняющие его явления // Российский физиол. Журн. Им. И.М. Сеченова -1999. №85(7). - С. 893-909.
18.Чоговадзе А.В., Круглый М.М. Врачебный контроль в физическом воспитании и спорте. М., «Медицина», 1977. С.61-84.
19.Шутов А.Б., Остапук В.И., Лобова О.Е., Полозов А.В. Исследование функций долевой цикличности метаболических процессов растений с помощью алгебры логики. // Тез.Докл. 8-й Междунар. Науч-практ.конф., «Проблемы, инновационные подходы и перспективы развития индустрии туризма» - Сочи: СГУТиКД, 2008, C.127-128.
20.Шутов А.Б. Свойства долевых тенденций в иерархии динамики временного ряда. // Известия Сочинского государственного университета, 2013.№ 4-2(28).С.133-136.
21. Яглом И.М. Параллельный перенос // Геометрические преобразования. М.: ГИТТЛ, 1955. Т. I. Движения и преобразования подобия. С. 19-25.
22. Яхонтов С.В., Кулемзин А.В., Чуфистова О.Н. Механизмы и факторы взаимодействия звеньев сердечнососудистой системы при переходных процессах (аналитический обзор, часть1). // Вестник ТГПУ. 2010. Выпуск 3(93). С. 149 - 153.
23. Shutov A.B., Matskanjuk A.A. Method of share tendencies in research of structural changes of dynamic hierarchy of time numbers R-R intervals of the electrocardiogram. Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal. "MEDICINE") 2019. №5(45), part 6. С.58-64. -URL:https://eesa-journal.com/wp-content/uploads/EESA_may6.pdf
24. Shutov A.B., Matskanjuk A.A., Korney C.V. Estimation of reactions antagonists in dinamics R-R of intervals of the electrocardiogram at performance ortostatic of test. // Spirit time. "MEDICINE". 2019. № 10-1(22). С.12-17. -URL:Shutov A.B., Korney C. V., Matskanjuk A.A. ESTIMATION... spirit-time.xyz>wp-content/uploads/2019/11.. .22.pdf
25. Shutov A.B., Korney C. V., Matskanjuk A.A. Tendencies of antagonists of the intimate rhythm in adaptive reactions after physical activity. American Scientific Journal. "MEDICINE".2019. № (27) С. 14-20. -URL: http://american-science.com
© Шутов А.Б., Мацканюк А.А., Корней К.В., 2020
