ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 3, с. 71-74
УДК 612.17
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ РАЗМЕРНОСТИ
ДИНАМИЧЕСКОГО РЯДА tftf-ИНТЕРВАЛОВ В ХОДЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРОБЫ С ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ
© 2004 г. А. С. Эйдукайтис
Институт психофизиологии и реабилитации КМУ, Литовская Республика, Паланга
Поступила в редакцию 16.05.2003 г.
Оценивались изменения ритмической структуры сердечного ритма (CP) с позиций нелинейной динамики. Целью работы явилось выявление и попытка оценки изменений уровня хаотичности (корреляционной размерности) CP в процессе функциональной пробы с физической нагрузкой, в качестве которой использовался гарвардский степ-тест. Было обследовано 10 здоровых юношей 17-18 лет.
В ходе функциональной пробы с физической нагрузкой корреляционная размерность (D) сердечного ритма продемонстрировала выраженную динамику. Выявлены как общие тенденции ее изменений, так и индивидуальные различия у разных испытуемых. Во всех случаях отмечалось снижение значения D по сравнению с фоновым на первых минутах нагрузки и восстановления, а также резкое его увеличение на третьей и/или четвертой минутах нагрузки. Показано, что уровень хаотичности CP изменяется при изменении функционального состояния организма в зависимости от фазы физической нагрузки.
Математические методы анализа сердечного ритма (СР) служат для неинвазивной оценки функционального состояния системы кровообращения и механизмов ее регуляции. Наиболее популярны такие математические методы, как расчет статистических показателей (средняя величина ^-интервала, стандартное отклонение, эксцесс и др.), вариационная пульсометрия по Р.М. Баевскому, спектральный анализ, метод построения ритмограмм, гистограмм и скаттеро-грамм [1-3].
Наряду с использованием в анализе СР популярных математических методов, поиск и применение новых подходов дает возможность получить новую информацию об изменениях СР, а, следовательно, и о функциональном состоянии системы кровообращения.
Один из наиболее перспективных новых подходов - это использование в анализе СР методов и понятийного аппарата нелинейной динамики. В частности, в последнее десятилетие были опубликованы работы ряда авторов, применяющих один из методов теории детерминированного хаоса, расчет корреляционной размерности (П), с целью оценить степень хаотичности, или сложности динамики вариационного ряда ^-интервалов (временных промежутков между двумя последовательными сердечными сокращениями) [4-7]. Под "хаотичностью" здесь понимается детерминированная нестационарность процесса, т.е. скрытый порядок в случайно, на первый взгляд, изменяющемся динамическом ряду значений. Так
для динамического ряда, представленного одинаковыми значениями, П = 0, а для абсолютно случайного процесса П = Таким образом, рассчитывая корреляционную размерность для динамического ряда ^-интервалов, можно оценить наличие и уровень хаотичности СР. Однако на физиологическую интерпретацию этого показателя (корреляционной размерности) в настоящий момент еще нет общепринятых устоявшихся воззрений, хотя большинство авторов склонны связывать наличие и величину хаотичности СР с действием вегетативной нервной системы, в частности ее парасимпатического отдела [8].
Известно, что в норме изменение частоты и ритмической структуры СР происходит под воздействием разноуровневых механизмов регуляции сердечной деятельности. Следовательно, по изменениям частоты сердечных сокращений (ЧСС) можно судить о функциональном состоянии сердца и механизмов его регуляции. Так, в медицинской практике широко применяется оценка функционального состояния системы кровообращения по изменениям регистрируемых показателей в ходе разного рода тестов с физической нагрузкой (например, велоэргометрия, степ-тесты, ортопроба), поскольку в процессе адаптации к дозированной нагрузке и последующего восстановления достаточно ярко проявляются свойства исследуемых систем.
В соответствии с вышесказанным целью работы явилось выявление и попытка оценки изменений уровня хаотичности (корреляционной раз-
О, ед. 9 г-8 -7 -6 -5 -4 -
з - Ь 2 -1 -01-
Фон 1 2 3 4 1 2 3 4 Нагрузка Восстановление
Рис. 1. Динамика фрактальной размерности в ходе функциональной пробы с физической нагрузкой. По оси абсцисс: Фон - исходный уровень; Нагрузка 14 - 1-4-я мин нагрузки; Восстановление 1-4 - 1-4-я мин восстановления.
мерности) СР в ходе функциональной пробы с физической нагрузкой.
МЕТОДИКА
Было обследовано 10 здоровых юношей 1718 лет. Материал был собран на базе Алтайского государственного университета.
В качестве физической нагрузки использовался гарвардский степ-тест. Электрокардиограмма (ЭКГ) регистрировалась в грудном стандартном отведении в процессе функциональной пробы с физической нагрузкой и в период восстановления. Для каждого испытуемого последовательно анализировались 9 участков ритмограммы, каждый протяженностью в 1 минуту: участок покоя (фон), 4 участка в процессе физической нагрузки и 4 участка в период реадаптации.
Вычислялись следующие характеристики динамического ряда кардиоинтервалов: 1) средняя длина #К-интервала (ЯЯ) в секундах - усредненное за минуту значение расстояния между двумя последовательными сердечными сокращениями; 2) стандартное отклонение (БВИК) в секундах -статистический показатель, характеризующий разброс значений вокруг среднего; 3) корреляционная размерность (П) - величина, отражающая наличие детерминированной хаотичности и сложность динамики ряда.
При определении средних по группам значений исследуемых параметров вычислялась ошибка среднего арифметического (стандартная ошибка). На рис. 1 ошибки среднего представлены в виде доверительных интервалов.
Для выявления и оценки детерминированной нестационарной составляющей, т.е. определения корреляционной размерности (П), был использован метод Грассбергера-Прокаччо [9, 10]. Аппроксимация результирующей кривой, построен-
ной с помощью этого метода, и поиск значения насыщения осуществлялись методом Марквардта [11].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Общий характер изменений уровня хаотичности СР в ходе функциональной пробы с физической нагрузкой представлен на рис. 1. Примеры индивидуальных кривых в сравнении с динамикой среднего значения ЯЯ-интервала и величины стандартного отклонения (БПИМ) представлены на рис. 2.
Как видно из рис. 1, в ходе эксперимента исследуемый показатель продемонстрировал выраженную динамику. Были отмечены как общие тенденции его изменений, так и индивидуальные различия у разных испытуемых. Общие тенденции таковы, что минимальные значения П наблюдались на 1-й (иногда на 2-й) мин нагрузки и на 1-й мин восстановления, а максимальные - на 3-й и/или 4-й мин нагрузки. Таким образом, у подавляющего большинства испытуемых при переходе от состояния покоя (фон) к нагрузке и от нагрузки к фазе восстановления наблюдалось некоторое снижение уровня хаотичности по сравнению с исходным уровнем, а по мере нарастания нагрузки - резкое его увеличение. Кроме того, как групповую особенность следует отметить небольшое кратковременное увеличение П на 2-й мин восстановления.
Индивидуальные особенности в начале нагрузочной пробы проявились в повышении уровня хаотичности у одних испытуемых, снижении - у других (большинство), сохранении на исходном уровне - у третьих. Минимальный уровень хаотичности при нагрузке у одних испытуемых наблюдался на первой минуте, у других - на второй. По мере нарастания нагрузки у всех испытуемых наблюдалось повышение уровня хаотичности. Индивидуальные различия при этом проявились во времени наступления максимального уровня П, т.е. в реактивности данного показателя. Период восстановления характеризовался снижением уровня хаотичности у всех испытуемых по сравнению с периодом нагрузки. При этом на второй минуте часто наблюдалось увеличение этого показателя с последующим возвращением на исходный уровень. Из литературы известно, что уровень тренированности оказывает существенное влияние на характер изменений показателей СР при нагрузочной пробе [12]. Возможно, индивидуальные особенности изменения уровня хаотичности в ходе нагрузочной пробы связаны именно с этим.
Рассматривая рис. 2, где показаны примеры индивидуальных динамик исследуемых показате-
II
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ РАЗМЕРНОСТИ
Г
73
ЯЯ, с А ЯЯ, с
1.2 г 0.7 г
1.0 _ 0.6 -
0.8 0.6 0.5 -
- \ 0.4 0.3 -
0.4 - 0.2 -
0.2 - 0.1 -
0 | 11111 0
III
О, ед 8
В
Фон 12 3 4 Нагрузка
12 3 4 Восстановление
О, ед 10 8 6 4 2 0
Е
Фон 1 2 3 4 1 2 3 4 Нагрузка Восстановление
Рис. 2. Изменения средней величины ЯЯ-интервала (I) стандартного отклонения (II) и корреляционной размерности (III) у испытуемых У. (А, Б, В) и К. (Г, Д, Е) в ходе функциональной пробы с физической нагрузкой. Обозначения см. рис. 1.
лей, можно видеть, что средняя продолжительность ЯЯ-интервала в 1-ю мин пробы резко снижается по сравнению с исходной величиной (т.е. происходит увеличение ЧСС). На 2-й, 3-й и 4-й мин этот показатель сохраняется примерно на одном и том же уровне, несколько сниженном по отношению к его величине на 1-й минуте. В процессе восстановления происходит обратная динамика среднего значения ЯЯ-интервала, т.е. постепенное его восстановление до исходного уровня. Таким образом, в обоих случаях можно наблюдать классическую динамику среднего значения ЯЯ-интервала при физической нагрузке.
Индивидуальные различия здесь проявляются в динамике величин стандартного отклонения и корреляционной размерности (П). Так у испытуемого У. ЗОЫЫ в процессе нагрузки быстро снижается по сравнению с фоновыми величинами, а затем в период восстановления после небольшого скачка возвращается к исходному уровню. Иная картина у испытуемого К. Здесь в первые две минуты нагрузки наблюдается увеличение затем резкое его снижение на 3-4-й минутах и небольшие колебания в области фоновой величины в период восстановления.
Индивидуальные различия также можно наблюдать и в динамике П, хотя общие групповые тенденции сохраняются. Тем не менее, следует отметить совпадение по времени максимальных значений П и минимальных - Появление
высоких значений корреляционной разм
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.