CC BY
7
СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АДАПТАЦИИ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ И ЧАСТОТЫ СЕРДЕЧНЫХ СОКРАЩЕНИЙ В СУТОЧНЫХ ПРОФИЛЯХ У ГИПЕРТОНИКОВ И «НОРМОТОНИКОВ»
А.Б. Шутов1, преподаватель
Н.А. Битюков1, д-р биол. наук, профессор
A.А. Мацканюк1, канд. тех. наук, доцент
B.И. Остапук2, канд. с.-х. наук, директор 1Сочинский государственный университет 2ООО «Эко-эксперт»
(Россия, г. Сочи)
DOI:10.24412/2500-1000-2023-10-1-74-83
Аннотация. В суточном профиле систолического артериального давления (САД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС) методом долевых тенденций (ДТ) у «нормотони-ков» и гипертоников исследовались механизмы регуляций. Выявленные взаимозависимости антагонистических форм и тенденций в вариационных показателях ДТ представляют сопряженную модель функциональной связи, имеющей отличительные коэффициенты. Так, доминирующая активность (подчеркнуто) одного из показателей в САД (1,81 и 2,24) и в ЧСС (2,20 и 1,83) у «нормотоников» представляет ассиметричный характер. Соотношения взаимозависимых изменений между этими формами у гипертоников прямо противоположны: в САД (2,05 и 1,95) и в ЧСС (1,96 и 2,05).
Ключевые слова: накопительная вариабельность, синхронизация, системные регуляторы, двойственные числа, антагонизм, долевая тенденция, многоуровневая иерархия.
Одним из важных направлений исследования проблем адаптации биосистем является разработка критериев, позволяющих количественно оценить степень адаптации, степень напряжения механизмов регуляции и пределы ее адаптации биосистем [6, 17].
Главной чертой каждой функциональной системы является ее динамичность, а принцип самоорганизации и адекватности системы вытекает из межсистемного взаимодействия. Межсистемное динамическое уравновешивание достигается путем затраты адекватного воздействию вещества и энергии [1, 4].
При адаптации систем к внешним воздействиям в них происходит постепенное изменение показателей накопительной вариабельности, после чего системы приобретают новые жизненно необходимые качественные свойства [14]. Напротив, при быстром изменении состояния динамические функции проявляют «компенсаторный» характер. Этот ответ системы представляет собой защитную реакцию, кото-
рая может сопровождаться десинхронозом и развитием патологических состояний [3, 10].
Системам организма присуще неустойчивое равновесие, в норме система постоянно выполняет работу против равновесия. В случае необходимости этот фактор способствует развитию ответных реакций на внешние воздействия [4].
Механизм подстраивания ритмов в иерархической структуре управления представляют особый тип морфофункцио-нальной регуляции, в котором долевые соотношения рационалистических взаимодействий возникают между специализированной частью воздействующих «определителей» и реагирующими «системными регуляторами» [7]. Рассогласование между ними регулирующих способностей связано с ухудшением состояния внутрисистемных связей. В организме проявляются признаки десинхроноза, в регуляторных системах наблюдается снижение вариабельности [16].
А) Б)
Рис. 1. Типичные суточные профили АД и ЧСС для «нормотоников» (А) и пациентов с
умеренной (Б) формами ГБ [8]
Пример анализа межсистемных регуляций в сложной многоканальной организации регуляции может быть проведен непосредственно на тенденциях динамики профилей (рис. 1) суточного мониториро-вания артериального давления (АД) и частоты сердечных сокращений (ЧСС) [8].
Однако, сам профиль временного ряда представляет в регуляции АД и ЧСС иерархию тенденций и колеблемости
(рис. 2). Функциональные изменения АД и ЧСС характеризуются временной неоднородностью в системной регуляции, которая имеет разные временные постоянные (медленные, быстрые, сверхбыстрые). Все три способа управления действуют взаимосвязано, а информационно-управляющие влияние симпатической и парасимпатической нервной системы нивелируют эту временную разницу [1, 2].
Рис. 2. Иерархия тенденций и колеблемости в динамике временного ряда (на примере регуляции АД) [18]
В любой сложной системе иерархические уровни представляют параллельные и этажные структуры (Н.М. Амосов, 1974)
регуляции, которые взаимосвязаны и оказывают влияние один на другой [1].
Изменение показателей АД и ЧСС в течение суток представляет динамику нату-
ральных величин (рис. 1), а вариабель- где фрагменты влияний трех разных вре-ность этих показателей представляет 1-й менных постоянных обобщены [10]. уровень в иерархии системной регуляций,
а) «нормотоники» б) гипертоники
Рис. 3. Синхронизация (а) и десинхронизация (б) в регуляции САД: ряд положительных (-+); и ряд межинтервальных амплитуд (— ОР).
Синхронизация и десинхронизация на всех иерархических уровнях отражает процесс совмещения ритмов, которые могут совпадать или не совпадать. На примере регуляции АД (рис. 3, а) и б)) мы видим, что влияние основных системных регуляторов у «нормотоников», в отличие от гипертоников, сопровождается более высокой разностью (Ду = х1 - х2) в вариативной динамике внутрисистемных регуляторов. Следовательно, десинхроноз может быть или результатом несовпадения ритмов, или результатом уменьшения ва-
риабельности в динамике регуляторов [17].
В иерархической структуре управления в ответ на воздействие внешних или внутренних «определителей» система отвечает разностным потенциалом, который в динамике временного ряда представляет фрагменты из возрастающих (+) и убывающих (-) амплитуд. В результате, итоговые (Е±) показатели рядов, состоящих из выборочных амплитуд (рис. 4, а) и б)), будут характеризовать тенденции взаимодействий между системными регуляторами [13].
а) б)
Рис. 4. Долевые тенденций гармоник (а) и тенденции (б) после удаления (--- ОР инт).
- (+) — блок регуляции сопротивления периферических сосудов (СПС); .......
(-)
- блок регуляции сердечного выброса (СВ);-(ОРинт) — совмещенная регуляция.
После удаления ряда гармоники (рис. 4 а), ОРинт), взаимодействие между системными регуляторами будет отражать
антагонизм и доминирование одного из регуляторов (рис. 4 б)).
Эти свойства вариационных тенденций способствуют выбору регуляторных структур, которые формируют соответствующие типы морфофункциональных моделей в организме на факторы внешних или внутренних влияний [14, 15].
Результат селекции со сменой «регистра» адаптивных регуляций, возможно, происходит при переходе состояния организма от нормы к патологии. В данной работе сделана попытка выявить различия в системных регуляциях АД и ЧСС у «нормотоников» и гипертоников.
Методы исследования. Методом долевых тенденций (ДТ) проводились исследо-
вания системных регуляций АД и ЧСС у «нормотоников» и гипертоников.
В динамике суточного профиля САД и ЧСС (см. рис. 1, а) и б) и рис. 5, а) и б)) у "нормотоников" и пациентов с умеренной формой ГБ [8], иерархия вариабельности была выявлена (рис. 2) применением холистического подхода [18].
а) б)
Рис. 5. Суточные профили САД и ЧСС у «нормотоников»
Вариации ряда натуральных величин САД и ЧСС, представляют 1-й иерархический уровень (рис. 5), а гармоники, выделенные из этих величин, представляют 2-й иерархический уровень (рис. 4 а), ОРинт). Дальнейшее выделение из гармоники (ОРинт) в отдельные ряды амплитуд, содержащих «фрагмент» возрастающей (+) и убывающей (-) тенденции, позволяет получить дополнительные ряды 3-го иерархического уровня (рис. 4 б)).
Методом долевых тенденций (ДТ) в динамике иерархических уровней выявляет-
ся типы вариационных тенденций, а так же формы взаимодействия между системными регуляторами.
Четырехмерная измерительная модель (Рис.6) позволяет выделить доминантные антагонистические взаимозависимости активных (Р+) и пассивных (Р-) накопительных форм между возрастающими и убывающими тенденциями, которые образуются при их переходе из одной зоны в другую [15].
Рис. 6. Четырехмерная пространственно-временная модель
На данной мерной модели активная (+,+...+) и пассивная (-,-...-) плоскости
разделены изолинией (0,0), а графики, которые попадают в эти зоны будут или активными, или пассивными [15].
Для анализа структурных форм графиков предлагается многомерная измери-
тельная модель (табл. 1) двухкомпонент-ной зависимости между тенденцией формы и типом итогового накопления [12, 15].
Таблица 1. Определение форм антагонистических взаимодействий
Структурные формы Тенденция формы Итог накопления
активная пассивная возрастающий убывающий
Активно-возрастающая + +
Пассивно-возрастающая - +
Активно-убывающая + -
Пассивно-убывающая - -
Показатели долевых тенденций (ДТ) представлены схемой вычислений. Схема последовательных вычислений в программе Excel [11]:
Д± = Ci+i - Ci. Выделение амплитуд (1)
Bi= (pi + pi+i) + п /Arc cos Zu. Доля прироста (2)
By= Bi — hst. Выбор стандарта (3)
ДУУ] = Ву + Ву+i. Доля условного участия (4)
ДУАу = ДУУ] /п - 1 Доля условной активности (5)
КЕ-1,2 = ДУУ * ДУА. Кумулятивная емкость гармоник (6)
РДС = 1/[V ЩУУг - ДУУ)2/п - 1]. Резерв динам. сопряжения (7)
Вх = V (В ± - ОРинт)2. Выбор тенденции гармоники (8)
НВх= Вх + Вх+1. Накопительная вариабельность (9)
КЕ-3 = ДУУвх * ДУАвх Кумулятивная емкость 3-го уровня (±) (10)
ДСА =[(НВг + НВ])/НВ]]-[(НВг + НВ})/НВг]. Диапазон (11)
Р = lim m/n. Вероятность исхода (12)
Результаты исследований и их обсуждение. Вариационная способность (рис. 7 а) и б)) в динамическом профиле САД и ЧСС раскрывает подступы к механизму регулирующих взаимодействий и запускающему механизму десинхроноза при патологии. Нарушение суточного режима синхронизации проявляется в динамическом сопряжении между показателями. Десинхронизация между рядом гармо-
ники (2-й уровень, ОР) и рядом выбранных из нее положительных амплитуд (3-й уровень, +) является более точным показателем десинхроноза (рис. 7, б)), чем сопоставление среднеарифметических и сред-неинтегральных значений, а также индексы нагрузки давлением, вычисленные по натуральным показателям в профилях САД и ЧСС [Рогоза стр. 9,10].
б) гипертоники Рис. 7. Междууровневая синхронизация по показателю РДС: положительных (-+); межинтервальных амплитуд (— ОР).
По показателю резерва динамического сопряжения (РДС,формула-7) определяется вариационная способность к адаптации. Более низкая величина РДС у «нормотоников», рис. 7, а); САД-0,294 и ЧСС-0,943 характеризует более высокую вариационную активность. У гипертоников эта активность снижена, и мы наблюдаем (САД-1,704 и ЧСС-1,444) сближение графиков (Рис.7, б)).
Из таблицы 2 мы видим, что на 3-м уровне иерархии у «нормотоников» вариационной способности к адаптации значительно выше (САД - 0,294), чем у гипертоников (САД - 1,704). Также у «нормото-ников» регулируемая междууровневая синхронизации САД (0,294) преобладает над синхронизацией ЧСС (0,943). У гипертоников синхронизация в ЧСС (1,444) преобладает над синхронизацией САД (1,704).
Таблица 2. Динамическое ^ сопряжение между АД и ЧСС на 3-м уровне иерархии
Динамическое сопряжение между уровнями (РДС) «Нормотоники» Гипертоники
САД ЧСС САД ЧС С
НАТ и ОР 0,118 0,277 0,333 0,068
( +) и (-) 0,209 0,506 0,362 0,686
ОР и (+) 0,294 0,943 1,704 1,441
ОР и (-) 0,664 0,616 0,439 0,662
Примечание: НАТ - натуральные величины, ОР - общий гармонический ряд,
(+) - ряд из возрастающих амплитуд, (-) - ряд из убывающих амплитуд.
Наблюдаемое развитие десинхроноза у гипертоников привело к перегруппировке вариационных регуляций, где «нагрузку» о сохранении гомеостатического равновесия взяли регуляторы ЧСС (показатели РДС в ячейках серого цвета). Таким образом, в таблице 2 мы наблюдаем запускающий механизм переустройства взаимодействий, где регуляторы ЧСС с большими вариационными потерями пытаются выправить ритмические осложнения в регуляции САД у гипертоников.
Признаки синхронизации и десинхро-низации показаны на примере вариационных изменений ЧСС на 3-м иерархическом уровне (Рис.8). Динамические ряды, состоящие из возрастающих (+) амплитудных тенденций, характеризуют антагони-
стические взаимодействия автономного контура (АК) с блоком регуляции убывающих (-) амплитуд центрального контура
(ЦК) [2].
Взаимодействия антагонистического характера проявляют свойства асимметрии [15]. Циклические проявления в активной зоне (рис. 6, Р+) для ряда, состоящего из (+) амплитуд будут активно-возрастающими (табл. 1), а в пассивной зоне (Р) - пассивно-возрастающими. Если асимметрия преобладает в одной из зон, то это означает доминирование показателя на данном временном этапе. Выявление доминирующего регулятора, в суточном профиле, определяется (формула 10,9,12) в показателях ДТ.
а) «нормотоники» б) гипертоники
Рис. 8. Взаимодействия системных регуляторов ЧСС на 3-м уровне.
-(+) — блок регуляции автономного контура (АК);
(—) - блок регуляции центрального контура (ЦК).
В таблице 3 мы видим, что у гипертоников перераспределение активности регуляторов САД и ЧСС имеет зеркальное отображение. Так, у «нормотоников» в регуляции САД доминируют накопительная вариабельность (формула 9) возраста-
ющих (+) тенденций (1,81), а в регуляции ЧСС убывающих (-) тенденций (1,83), у гипертоников, наоборот, позиции антагонистов в САД и ЧСС регуляторов поменялись местами: (1,95 и 1,96, ячейки серого цвета).
Таблица 3. Взаимозависимости антагонистических форм и тенденций в регуляции АД и
Системные блоки регуляции Показатели ДТ «Нормотоники» Гипертоники
САД ЧСС САД ЧСС
Возраст. (+) КЕ-2 0,26 0,01 0,001 0,05
Убывающ. (-) КЕ-2 -0,01 0,09 -0,12 -0,02
Возраст. (+) НВ 1,81 2,20 2,05 1,96
Убывающ. (-) НВ 2,24 1,83 1,95 2,05
Возраст.( +) Рнв 0,55 0,45 0,49 0,51
Убывающ. (-) Рнв 0,45 0,55 0,51 0,49
(НВ) + (НВ) £нв 12,99 12,56 10,92 11,14
(НВб) - (НВМ) ДСА 0,43 0,37 0,10 0,09
Примечание: ДТ — долевая тенденция; (+) - ряд из возрастающих амплитуд; (-) - ряд из убывающих амплитуд; ДТ - долевая тенденция; КЕ-3 - кумулятивная емкость;
НВ - накопительная вариабельность; ДСА — диапазон системных антагонистов; (НВб) — большая; (НВм)- меньшая.
Здесь важно отметить изменение антагонистических форм взаимодействий (Таблица 1): у «нормотоников» активно-возрастающее доминирование (САД, 1,81) сменилась у гипертоников на пассивно-возрастающую позицию (САД, 2,05), а пассивно-убывающая позиция (САД, 2,24) сменилась у гипертоников на активно-убывающую (1,95).
Изменение антагонистических форм взаимодействий, безусловно, предполагает и селективный отбор адаптивных реакций. В результате происходит формирование морфофункциональной модели адаптации в данном временном периоде.
Диапазон системных антагонистов (ДСА,формула-11) между показателями накопительной вариабельности (НВ) у «нормотоников» оказался выше (ДСА 0,43 и 0,37), чем у гипертоников (ДСА 0,10 и 0,09), что подтверждает появление признака десинхроноза в динамике регуляции САД и ЧСС у гипертоников.
Как мы видим из таблицы 3 перегруппировка показателей ДТ за период суточного обследования у «нормотоников» и гипертоников, носит ассиметричный характер со смещением активности САД (1,81) и ЧСС (1,83) в сторону «нормотони-ков».
Выводы. Разностный вариационный показатель между переменными динами-
число, которое отражает внутреннюю пространственно-временную связь. Через разностные положительные, или отрицательные, амплитуды перехода в вариационных рядах отражаются внутрисистемные тенденции. Внутрисистемные взаимодействия между регуляторами АД и ЧСС, в свою очередь, образуют взаимозависимые антагонистические формы активности и тенденций. Активные и пассивные формы, возрастающие и убывающие тенденции, также образуют двойственную пространственно-временную связь.
Соотношения взаимозависимых изменений между этими формами могут иметь различный вид функциональной связи: совмещенный, сопряженный, комбинированный и комплексный.
Влияние факторов внешней среды на формы взаимодействий будет способствовать формированию соответствующих адаптивных морфофункциональных моделей для «нормотоников» и гипертоников.
Сравнение соотношений показателей динамики АД и ЧСС в норме и при патологии представляет определенный интерес с точки зрения лечебной стратегии. После определенного временного периода повторное измерение показателей позволяет установить правильность выбора лечебных средств и возможность коррекции дальнейшего плана лечения.
ческих показателей образует двойственное
Библиографический список
1. Амосов Н.М. Кибернетика биологическая. - Энциклопедия кибернетики, Т. 1. - В кн: Методы математической биологии. Книга 1. Общие методы анализа биологических систем. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980. - С. 43-44.
2. Баевский P.M. Кибернетический анализ процессов управления сердечным ритмом // Актуальные проблемы физиологии и патологии кровообращения. - М.: Медицина, 1976. - С. 161-175.
3. Арушанян Э.Б. Современные представления о происхождении циркадных колебаний деятельности сердечно-сосудистой системы в норме и при патологии // Клиническая медицина. - 2012. - № 4. - С. 11-17.
4. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. - М.-Л.: Изд. Всесоюзного ин-та экспериментальной медицины, 1935. - В кн: Методы математической биологии. Книга 1. Общие методы анализа биологических систем. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980. -С. 46-47.
5. Белолипецкая В.Г. [и др.] Хронофармакокинетика верапамила у больных АГ I-II степени // Кардиоваскулярная профилактика и терапия. 2009; 8: 13-19.
6. Охнянская Л.Г. Критерии оценки пределов адаптации человека при длительном воздействии производственных веществ. - В кн.: адаптация и компенсация при химических воздействиях. - М.: Изд. ВИНИТИ, 1973. - С. 49-64.
7. Рашевский Н. Модели и математические принципы в биологии. - В кн.: Теоретическая и математическая биология. - М.: Мир, 1968. - С. 48-68.
8. Рогоза А.Н., [и др.] Современные неинвазивные методы измерения артериального давления для диагностики артериальной гипертонии и оценки эффективности антиги-пертензивной терапии. - М.: Медика, 2007. - 71 с, (суточные профили АД по результатам СМАД).
9. Чернух А.М., Александров П.Н., Алексеев О.В. Микроциркуляция. - М.: Медицина, 1975 - 456 с.
10. Шалыгин Л.Д. Современные представления о механизмах регуляции артериального давления // Вестник Национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. - 2015. -Т. 10, №2. - С. 109-115.
11. Шутов А.Б., Битюков Н.А. Применение метода долевых тенденций в анализе динамики климатических факторов буковых и дубравных зон Причерноморья // Известия СГУ. - 2013. - № 2 (25). - С. 156-161.
12. Шутов А.Б., Остапук В.И. Эффекты антагонизма в динамике показателей долевых тенденций апоптоза и альфа-фетопротеина у куриный эмбрионов в онтогенезе // Приволжский научный вестник. - 2014. - №9 (37). - С. 17-22.
13. Шутов А.Б., Мацканюк А.А. Виртуальные числа метода долевой тенденции в определении селективных форм антагонизма в сердечном ритме. // 24-й КОНГРЕСС Российского общества холтеровского мониторирования и неинвазивной электорофи-зиологии (РОХМиНЭ), Российский кардиологический журнал. - 2023. - №28 (6S), дополнительный выпуск (апрель). - С. 58.
14. Шутов А.Б., Лобова О.Е., Мацканюк А.А. Селективный антагонизм в динамике возрастной периодизации физического развития человека. // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. - 2023. - № 3-1 (78). - С. 18-27. DOI: 10.24412/2500-1000-2023 -3-1-18-27.
15. Шутов А.Б., Попов Л.Д. Метрики континуума и селективные свойства антагонизма в сердечном ритме // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. - 2023. - № 6-2 (81). - С. 12-23. DOI: 10.24412/2500-1000-2023-6-2-12-22.
16. Шутов А.Б., Лобова О.Е., Попов Л.Д., Остапук В.И. Синхронизация систолического и диастолического артериального давления в динамике суточного профиля у «нормотоников» и гипертоников // Инновационная наука. - 2023. - № 9-2. - С. 74-82.
17. Dunlap J.C., Loros J.J., Decoursey P.J. Chronobiology: Biological Timekeeping. Eds.. Sinauer Associates, Inc., Sunderland, Massachusetts, 2003. - 382 p.
18. Shutov A.B., Matskanjuk A.A. Antagonism in system regulation arterial pressure and its chande after therapy nicergoline // East European Scientific Journal. "MEDICINE"). -2021. - №11 (75), Part 4. - С. 58-67. DOI: 10.31618/ESSA.2782-1994.2021.4.75.172.
STRUCTURAL AND FUNCTIONAL ADAPTATIONS OF BLOOD PRESSURE AND HEART RATE IN DIURNAL PROFILES IN HYPERTENSIVE AND "NORMOTONIC"
PATIENTS
A.B. Shutov1, Lecturer
N.A. Bityukov1, Doctor of Biological Sciences, Professor
A.A. Matskanyuk1, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
V.I. Ostapuk2, Candidate of Agricultural Sciences, Director
1Sochi State University
2Eco-Expert LLC
(Russia, Sochi)
Abstract. The mechanisms of regulation were studied in the daily profile of systolic blood pressure (SAD) and heart rate (HR) by the method of fractional trends (DT) in "normotonics" and hypertensive patients. The revealed interdependencies of antagonistic forms and trends in the variational indicators of DT represent a conjugate model offunctional communication with distinctive coefficients. Thus, the dominant activity (underlined) of one of the indicators in SAD (1.81 and 2.24) and in heart rate (2.20 and 1.83) in "normotonics" is of an asymmetric nature. The correlations of interdependent changes between these forms in hypertensive patients are directly opposite: in SAD (2.05 and 1.95) and in HR (1.96 and 2.05).
Keywords: cumulative variability, synchronization, system regulators, dual numbers, antagonism, shared tendency, multilevel hierarchy.
