CC BY
15
СТРУКТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В ИЕРАРХИИ ДИНАМИКИ R-R ИНТЕРВАЛОВ ЭКГ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОБ
А.Б. Шутов1, преподаватель К.В. Корней2, врач по спортивной медицине А.А. Мацканюк1, канд. тех. наук, доцент 1Сочинский государственный университет 2Центр медицинской профилактики, ГБУЗ МЗКК (Россия, г. Сочи)
DOI: 10.24411/2500-1000-2019-11452
Аннотация. В функциональных тестах методом долевых тенденций изучались изменения структурных характеристик уровней динамической иерархии временного ряда R-R интервалов электрокардиограммы. Данный метод позволяет раскрыть картину взаимодействия между уровнями динамической иерархии. Было выявлено, что в функциональных тестах, имеющих наибольшую фазу периода возмущения, динамическое сопряжение между уровнями иерархии уменьшается. Антагонизм вегетативной нервной системы проявился в выборе тех звеньев регуляции, которые обеспечивают наибольшую адаптацию организма в условиях теста. Так, было определено, что в ортопробе наибольшее участие принимает симпатический отдел, а в период восстановления после 20 приседаний - парасимпатический отдел.
Ключевые слова: функциональные пробы, электрокардиограмма, интервалы R-R, временной ряд, вегетативная нервная система, антагонисты, динамическая иерархия, долевая тенденция, динамическое сопряжение.
Период адаптации организма к различным факторам внешней среды сопровождается реакциями изменений состояний систем и их уровней иерархии. По отношению друг к другу уровни и системы могут проявлять воздействия синергизма и антагонизма. В механизме управления систем лежат: соподчиненность, накопительный принцип, триггерный механизм, обратная связь [4, 8].
В определении потенциальных возможностей организма в приспособляемости к воздействующим факторам внешней среды используются функциональные пробы.
Ортостатическая проба в медицинской практике используется при диагностировании: дисфункций деятельности вегетативной нервной системы, гипертонической болезни, ишемической болезни сердца. Также данное обследование помогает контролировать состояние здоровья при медикаментозной терапии, которое способно вызвать ортостатические нарушения кровотока [3].
При тестах с физической нагрузкой кровоснабжение работающих органов и тканей резко увеличивается за счет включения целого ряда компенсаторных механизмов и, в частности, значительного повышения работы сердца [2, 12].
В многочисленных публикациях по поводу оценки резервных возможностей организма встречаются попытки найти с помощью тестов некий универсальный показатель, который бы адекватно отражал функциональное состояние и резервы кар-дио-респираторной системы в целом [7, 16].
Многообразие изменений параметров кровеносной системы вызвано тем, что в компенсационных реакциях сердечнососудистой системы принимают участие механизмы местного, регионального и системного уровней [9]. Совокупность динамических свойств сердечнососудистой системы так же находится в явной зависимости от исходных значений параметров в покое, а результаты, полученные после тестовых нагрузок, позволяют обнаружить наруше-
ние баланса регуляторных механизмов [16].
Симпатические и парасимпатические влияния оказывают эффекты антагонизма в органах, имеющих двойную иннервацию, например в сердце, кишечнике, бронхах. При этом отмечается влияния торможения одного отдела при возбуждении другого отдела [6, 10].
В большинстве работ по диагностике ритмической деятельности сердца используется индекс напряжения по Р.М. Баевскому [1]. В спектральных методах R-R интервалы сортируются по частотному признаку [11]. В этих методах, к сожалению, не рассматриваются накопительные свойства признака (см.Рис.3), а сам временной ряд динамических показателей перекраивается под статистические законы вариационного распределения [5].
Для определения величин адаптивных реакций в динамике сердечного ритма нами был предложен метод долевых тенденций [13].
При выполнении ортостатической пробы и стандартной физической нагрузки, данный метод позволил выявить различия в структурах динамики накопительного итога кардиоинтервалограмм [17, 19]. Следует отметить, что тенденции и гармоники временного ряда предполагают иерархию динамики. Оказалось, что каждый уровень в иерархии характеризует долю вегетативных реакций, баланс которых может изменяться под влиянием того или иного теста [14, 18].
Было установлено, что в ортопробе, при переводе обследуемого из положения лежа в положении стоя, резко возрастает разброс в амплитудной динамике ряда гармоник, где основная доля активности принадлежит выделенным положительным
амплитудам [14]. При физической нагрузке в 20 приседаний так же амплитудная активность ряда гармоник увеличивается, но основная роль в увеличении принадлежит отрицательным амплитудам [19].
Было высказано предположение, что различия в R-R интервалов электрокардиограммы (ЭКГ) в амплитудных тенденциях находится в прямой зависимости от регулирующих влияний симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. В данной работе рассматривается влияние разных функциональных тестов на изменение структурных тенденций в динамике симпатических и парасимпатических реакций.
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 приседаний [12], как в первом, так и во втором тестах у обследуемого с помощью электрокардиографа FU CARDЮSUNY C300, 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 1 мин. отдыха проводилась повторная запись ЭКГ. Графики кардиоинтервалограмм (КИГ), выстроенные по цифровым показателям, представлены на рис. 1, а) - г).
y = с 800
700 600 500 400
а) лежа
500
450
350
б) после активного вставания
700 600 500 400 300 200 100 0
y = 0,0305x2 - 2,7261x + 550,58
в) сразу после нагрузки г) после 1 мин. отдыха
Рис. 1. Графики КИГ после выполнения ортостатической пробы (а и б) и пробы Марти-
нэ-Кушелевкого - 20 приседаний (в и г)
Вычисления долевых тенденций проводились в следующем порядке. Уровни иерархии определялись путем выделения отдельных рядов из показателей временного ряда. Ряд натуральных величин Я-Я интервалов является 1 уровнем в иерархии, амплитуды гармоник 2-го уровня определяются из разницы последующего от пре-
дыдущего показателя натуральных величин:
Д± = C - C
i+1.
(1)
Выделенные из гармоник в отдельные динамические ряды положительные и отрицательные амплитуды представляют 3-й уровень иерархии (рис. 2).
1- Натуральные величины
2 - гармоники
3 - выделенные амплитуды
из гармоник
4 - выделенные амплитуды
из 3-го уровня иерархии
Рис. 2. Уровни иерархии в динамике временного ряда
В исследованиях использовались так же статистические методы накопления часто-тей по показателям амплитудной динамики [5, 7], а так же тригонометрические преобразования сторон прямоугольных
треугольников и их перемещения в системе координат [15].
Нарастающий итог долевой тенденции показателей опыта и стандарта всегда равен 2,0, а характер тенденций опыта определяется стандартом (Ищ).
900
400
300
01028902010201020101000100010201
892323534848232353534848232353534853232353534823235353484823
020102010201010201020102010102010001020201020100010000010201
Чтобы показать динамику условной долевой тенденции (Ву) горизонтально, возрастающий стандарт (Ив) выбирается:
РДС =11.
1 (ДУУ, - ДУУу) 2
71-1
Bv= hs
Bi,
(2)
hst = Px+ Px+1, где hst - кумулята динамического стандарта, Px- частость,
Bi - доля прироста;
вг = (Pi+i + Рг)WArccosZa . (3)
Резерв динамического сопряжения (РДС) позволяет определить структурную связь в динамике кумулятивных тенденций между различными уровнями иерархии:
где,
ДУУу =
ДУУу - доля условного участия,
Ву + В
у+1,
Показатель кумулятивной емкости (КЕ), отражает структурные характеристики кумулятивных тенденций (см.Рис.3), форма выпуклой дуги на графике - активная тенденция, прямая линия - равномерная, прогнутая дуга - пассивная:
КЕ = ДУУ Х ДУА,
(5)
где, ДУА - доля условной активности,
дуг- Д.
Рис. 3. Структурные характеристики кумулятивных тенденций
Примечание: выпуклая дуга — активная, прямая линия -равномерная, прогнутая дуга — пассивная
Результаты исследований и их обсуждение. Между уровнями иерархии существует связь, величина которой может зависеть от роли в адаптивных реакциях того или иного отдела, или звена системы. Для анализа этих структур могут привлекаться показатели вариации и статистические сравнения [14].
Сама амплитуда показателя временного ряда является базовой, ее информационными свойствами являются характеристики внешних влияний, или внутренних взаимодействий, которые характерны для сложно организованных систем [8].
Дальнейшее выделение амплитуд из временного ряда дает дополнительные информационные характеристики об изменениях в структурах уровневой иерархии. Дальнейший анализ тенденций динамики этих рядов позволяет выделить главные и второстепенные признаки в динамике того или иного уровня [18].
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. 3).
Таблица 1. Кумулятивная емкость в динамике рядов Я-Я интервалов при использова-
нии разных функциональных проб
Ряды уровней иерархии
Временной Ряд Я-Я интервалов Натуральный (1) Гармоники (2) Ряды амплитуд (3) (подуровень-3)
+ - + -
Лежа - 0,02 - 0,05 0,3 - 0,04 0,60 - 0,17
л ю 0 & 1 о Стоя 0,06 28,4 60,7 17,9 6,18 - 1,15
н а О
20 приседаний После нагрузки - 0,31 - 15,12 - 23,23 - 0,54 - 0,90 9,84
Через 1 мин. отдыха - 0,001 1,80 2,10 4,90 0,01 0,74
Наиболее важными показателями в таблице являются данные подуровня 3-го уровня иерархии, поскольку вариабельность динамики этого уровня освобождена от тенденций предыдущих уровней. Данные (6,18 и 9,84) характеризуют активные тенденции в работе различных отделов вегетативной нервной системы (ВНС). Эти тенденции прослеживаются и на других уровнях, но, второстепенные факторы внешнего или внутреннего характера наслаиваются и искажают роль отделов ВНС в процессе системной регуляции.
Так, динамическая структура натуральных величин Я-Я интервалов (1-й уровень иерархии) в ортопробе и 20 приседаниях слабо отражает характеристики кумулятивных тенденций. Показатель КЕ динамического ряда гармоник, в отличие от 1 -
го уровня, имеет высокие характеристики в ключевой вазе тестовых нагрузок (-15,12 и 28,4). Ряды амплитуд 3-го уровня иерархии содержат тенденции гармоник, и, как мы видим графика (рис. 4а)), имеют разные отдаления от тенденции ряда гармоник. Удаление тенденции гармоник из рядов динамики положительных и отрицательных амплитуд позволило переоценить значение отрицательных и положительных амплитуд в адаптивных реакциях (рис. 4б)).
Можно предположить, что структуры тенденции в выделенных рядах подуровня являются показателями симпатических (положительные амплитуды) и парасимпатических (отрицательные амплитуды) реакций.
Рис. 4. Долевые тенденции после 20 приседаний (3-й уровень иерархии). а) - тенденции 2-го (ОР инт) и 3-го уровней иерархии; б) - тенденция гармоник удалена
В ортостатической пробе (6,18) и при физической нагрузке в 20 приседаний (9,84) мы видим противоположные тенденции. Наблюдаемая тенденция отрицательных амплитуд после физической на-
грузки связана с восстановительными процессами, а в ортостатической пробе тенденция положительных амплитуд связана с регуляцией перераспределения кровото-
ка при нарушении гомеостатического равновесия.
Данный метод исследований позволяет получить не только конкретные величины влияния функциональный нагрузок на тот или иной уровень динамической иерархии, но и определить величину сопряжения между теми или иными структурными изменениями в рядах уровневой иерархии по показателю резерва динамического сопряжения (РДС).
Таблица 2. Динамическое сопряжение между уровнями иерархии
Временной Ряд Я-Я 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 приседаний 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 общей тенденцией и поэтому его показатель РДС уменьшается, а пассивное звено, наоборот, сохраняет связь с общей тенденцией и в результате его показатель РДС увеличивается.
По данным вычислений показателя РДС между различными уровнями иерархии была составлена таблица 2.
В функциональных тестах, имеющих наибольшую фазу периода возмущения, между уровнями иерархии показатель РДС уменьшается. Так, например, в орто-пробе в положении стоя все показатели РДС ниже, чем в положении лежа. Та же тенденция наблюдается и в тесте после 20 приседаний, где данные РДС сразу после нагрузки значительно ниже, чем через 1 мин отдыха.
Связь между структурами гармоник и 3-м уровнем иерархии оказалась самой высокой для ряда положительных амплитуд при восстановлении после нагрузки и через 1 мин. отдыха (0,222 и 0,243), что говорит о пассивности симпатического звена. А в ортостатической пробе пассивность парасимпатического звена (0,136) проявилась в положении стоя.
Рабочий функционал адаптивных реакции для симпатического звена (0,059) в полной мере проявился в ортостатической
пробе (табл. 2), а для парасимпатического звена - после физической нагрузки в 20 приседаний (0,068).
Выводы: 1) При выполнении функциональных проб регуляция сердечного ритма осуществляется симпатическим и парасимпатическим отделами ВНС, которые выступают как антагонисты.
2) Антагонизм регуляции в том или ином тесте проявляется выбором системой того отдела ВНС, который обеспечивает наибольшую приспособляемость организма в условиях теста.
3) Адаптации организма в представленных тестах сопровождается изменением структурных характеристик на каждом уровне динамической иерархии временного ряда. Сравнение этих характеристик на каждом временном этапе функционального теста раскрывает картину взаимодействия между уровнями системы.
Библиографический список
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. Белоцерковский З.Б. Эргометрические и кардиологические критерии физической работоспособности у спортсменов. - М.: Советский спорт, 2005. - 312 с.
3. Реушкин В.Н., Реушкина Г.Д., Николаев Д.В., Королёв А.В. Методологические основы изучения ортостатической неусточивости // Вестник аритмологии. - М., 2000.- Т. 16. -С. 16-19.
4. Иерархия тенденций и колебаний. - URL: http://gendocs.ru/v39299/?cc=9
5. Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высш. Школа, 1980. - С. 38-39.
6. Концепция разных стратегий. - URL: https://studref.com/553998/meditsina/vzaimodeystviya_otdelami_vegetativnoy_nervnoy_sistem У
7. Методы математической биологии. Книга 1. Общие методы анализа биологических систем: Учеб. Пособие для вузов. - Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980. С. 4184.
8. Организация как система // Под ред. С.В. Богданова. - URL: http://www.standard-company.ru/standard-company6.shtml
9. Рутткай-Недецки И. Проблемы электрокардиологической оценки влияния вегетативной нервной системы на сердце // Вестник аритмологии. 2001. №22. С. 56-60.
10. Функциональный антагонизм симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы. - URL: https://psyera.ru/funkcionalnyy-antagonizm-simpaticheskogo-i-parasimpaticheskogo-otdelov-vegetativnoy-nervnoy-sistemy.
11. Хаютин В.М., Лукошкова Е.В. Спектральный анализ колебаний частоты сердцебиений: физиологические основы и осложняющие его явления // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова - 1999. - №85 (7). - С. 893-909.
12. Чоговадзе А.В., Круглый М.М. Врачебный контроль в физическом воспитании и спорте. - М., «Медицина», 1977. - С. 61-63.
13. Шутов А.Б. Свойства долевых тенденций в иерархии динамики временного ряда // Известия Сочинского государственного университета. 2013. № 4-2 (28). С. 133-136.
14. Шутов А.Б., Семенчук В.С., Лобова О.Е., Попов Л.Д., Удовенко И.Л. Регулирующее влияние вегетативной нервной системы в иерархии амплитудной динамики R-R интервалов электрокардиограммы у студентов при выполнении функциональных проб // Приволжский научный вестник. 2014. №7 (35). С. 89-99.
15. Яглом И.М. Параллельный перенос // Геометрические преобразования. - М.: ГИТТЛ, 1955. Т. I. Движения и преобразования подобия. - С. 19-25.
16. Яхонтов С.В., Кулемзин А.В., Чуфистова О.Н. Механизмы и факторы взаимодействия звеньев сердечнососудистой системы при переходных процессах (аналитический обзор, часть 1) // Вестник ТГПУ. 2010. Выпуск 3 (93). С. 149-153.
17. Shutov А.В., Lobova O.E., Semenchuk V.S. Allocation of cyclic features dynamic numbers of the intimate rhythm the method of individual share // European researcher. 2011. № 5-1 (7). С. 564-565.
- 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) 2019. №5 (45), part 6. С. 58-64. - URL: http://eesa-journal.com/
18. 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. 2019. № 27. С. 14-20. - URL: http://american-science.com
STRUCTURAL CHARACTERISTICS IN THE HIERARCHY OF DYNAMICS OF R-R ECG INTERVALS WHEN EXECUTING VARIOUS FUNCTIONAL TESTS
A.B. Shutov1, Lecturer
K.V. Korney , Sports Medicine Doctor
A.A. Matskanyuk1, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
1 Sochi State University
2 Center for Medical Prevention (Russia, Sochi)
Abstract. In functional tests, the method of fractional trends studied changes in the structural characteristics of the levels of the dynamic hierarchy of the time series of the R-R intervals of the electrocardiogram. This method allows you to reveal the picture of the interaction between the levels of the dynamic hierarchy. It was revealed that in functional tests having the largest phase of the disturbance period, dynamic coupling between hierarchy levels decreases. The antagonism of the autonomic nervous system was manifested in the choice of those regulatory links that provide the greatest adaptation of the body in the conditions of the test. So, it was determined that in the orthoprobe the sympathetic division takes the greatest part, and in the recovery period after 20 squats - the parasympathetic division.
Keywords: functional tests, electrocardiogram, R-R intervals, time series, autonomic nervous system, antagonists, dynamic hierarchy, lobar tendency, dynamic conjugation.
