Влияние ортостаза на связанные с дыханием колебания артериального давления и ритма сердца при разном соотношении фаз вдоха и выдоха

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Многие сердечно-сосудистые заболевания сопряжены с нарушением парасимпатической регуляции ритма сердца, поэтому поиск новых способов оценки вагусных кардиотропных влияний является важной биомедицинской задачей. Целью работы было исследование синхронизации связанных с дыханием колебаний среднего артериального давления (АДср) и частоты сердечных сокращений (ЧСС) в зависимости от длительности фазы выдоха, во время которой происходит повышение вагусных влияний на сердце. В исследовании с участием девяти молодых мужчин проводили пассивный ортостатический тест при фиксированной частоте дыхания 0.2 Гц (12 циклов/мин) и разном соотношении длительности фаз вдоха и выдоха: 30/70% и 70/30%. Во время эксперимента непрерывно регистрировали давление крови, ЧСС и легочную вентиляцию. В положении лежа мощность колебаний ЧСС на частоте дыхания была значительно выше при более длительной фазе выдоха, мощность колебаний АДср, индекс фазовой синхронизации и разность фаз колебаний ЧСС и АДср не зависели от паттерна дыхания. Во время вертикализации тела мощность колебаний ЧСС снижалась: при длительности фазы выдоха 30% – до более низкого уровня, чем при фазе выдоха 70%. Мощность колебаний АДср, увеличивалась, а разность фаз между колебаниями АДср и ЧСС уменьшалась при ортостазе независимо от длительности фазы вдоха, но усиление синхронизации колебаний АДср и ЧСС наблюдалось только при короткой фазе вдоха. Таким образом, фазовая структура дыхательного цикла может существенно влиять на мощность связанных с дыханием колебаний ЧСС и их синхронизацию с соответствующими по частоте колебаниями АДср.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. Ю. Жедяев

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zhedyaev-r@mail.ru
Россия, Москва

А. С. Боровик

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Email: zhedyaev-r@mail.ru
Россия, Москва

О. С. Тарасова

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: zhedyaev-r@mail.ru
Россия, Москва

О. Л. Виноградова

ФГБУН ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН

Email: microgravity@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Баевский Р.М., Иванов Г.Г., Чирейкин Л.В. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) // Вестник аритмологии. 2002. № 24. С. 65.
  2. Camm A., Malik M., Bigger J. Heart rate variability. Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology // Eur. Heart J. 1996. V. 17. № 3. P. 354.
  3. Malpas S.C. Neural influences on cardiovascular variability: possibilities and pitfalls // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2002. V. 282. № 1. P. H6.
  4. Julien C. An update on the enigma of Mayer waves // Cardiovasc. Res. 2020. V. 116. № 14. P. e210.
  5. Gourine A., Gourine A.V. Neural mechanisms of cardioprotection // Physiology (Bethesda). 2014. V. 29. № 2. P. 133.
  6. Kollai M., Koizumi K. Reciprocal and non-reciprocal action of the vagal and sympathetic nerves innervating the heart // J. Auton. Nerv. Syst. 1979. V. 1. № 1. P. 33.
  7. Costa-Silva J.H., Zoccal D.B., Machado B.H. Glutamatergic antagonism in the NTS decreases post-inspiratory drive and changes phrenic and sympathetic coupling during chemoreflex activation // J. Neurophysiol. 2010. V. 103. № 4. P. 2095.
  8. Ottaviani M.M., Wright L., Dawood T., Macefield V.G. In vivo recordings from the human vagus nerve using ultrasound-guided microneurography // J. Physiol. 2020. V. 598. № 17. P. 3569.
  9. Patros M., Ottaviani M.M., Wright L. et al. Quantification of cardiac and respiratory modulation of axonal activity in the human vagus nerve // J. Physiol. 2022. V. 600. № 13. P. 3113.
  10. Saul J.P., Berger R.D., Albrecht P. et al. Transfer function analysis of the circulation: unique insights into cardiovascular regulation // Am. J. Physiol. 1991. V. 261. № 4. Pt. 2. P. H1231.
  11. Clemson P.T., Hoag J.B., Cooke W.H. et al. Beyond the baroreflex: a new measure of autonomic regulation based on the time-frequency assessment of variability, phase coherence and couplings // Front. Netw. Physiol. 2022. V. 2. P. 891604.
  12. Cohen M.A., Taylor J.A. Short-term cardiovascular oscillations in man: measuring and modelling the physiologies // J. Physiol. 2002. V. 542. Pt. 3. P. 669.
  13. Tipton M.J., Harper A., Paton J.F.R., Costello J.T. The human ventilatory response to stress: rate or depth? // J. Physiol. 2017. V. 595. № 17. P. 5729.
  14. Cooke W.H., Hoag J.B., Crossman A.A. et al. Human responses to upright tilt: a window on central autonomic integration // J. Physiol. 1999. V. 517. Pt. 2. P. 617.
  15. Elstad M., Toska K., Chon K.H. et al. Respiratory sinus arrhythmia: Opposite effects on systolic and mean arterial pressure in supine humans // J. Physiol. 2001. V. 536. Pt. 1. P. 251.
  16. Боровик А.С., Павлова Е.А., Жедяев Р.Ю. и др. Изменение фазовых соотношений колебаний артериального давления и сердечного ритма при ортостазе: влияние гравитационной разгрузки // Авиакосм. и эколог. мед. 2024. Т. 58. № 5. С. 25.
  17. Borovik A.S., Kuznetsov S.Y., Vinogradova O.L. Phase synchronization of arterial pressure and heart rate as a measure of baroreflex activity // IEEE Xplore. 2014. P. 217.
  18. Виноградова О.Л., Боровик А.С., Жедяев Р.Ю., Тарасова О.С. Дыхательная синусовая аритмия: физиологические механизмы и связь с колебаниями системного артериального давления // Физиология человека. 2024. Т. 50. № 3. С. 102.
  19. Wesseling K.H., Jansen J.R., Settels J.J., Schreuder J.J. Computation of aortic flow from pressure in humans using a nonlinear, three-element model // J. Appl. Physiol. 1993. V. 74. № 5. P. 2566.
  20. Stauss H.M. Heart rate variability: Just a surrogate for mean heart rate? // Hypertension. 2014. V. 64. № 6. P. 1184.
  21. Lilly J.M., Olhede S.C. Generalized Morse Wavelets as a Superfamily of Analytic Wavelets // IEEE Trans. Signal Process. 2012. V. 60. № 11. P. 6036.
  22. Le Van Quyen M., Foucher J., Lachaux J.P. et al. Comparison of Hilbert transform and wavelet methods for the analysis of neuronal synchrony // J. Neurosci. Methods. 2001. V. 111. № 2. P. 83.
  23. Rosenblum M., Pikovsky A., Kurths J. et al. Phase synchronization: From theory to data analysis // Handb. Biol. Phys. 2001. Chapter 9. V. 4. P. 279.
  24. Borovik A.S., Orlova E.A., Tomilovskaya E.S. et al. Phase coupling between baroreflex oscillations of blood pressure and heart rate changes in 21-day dry immersion // Front. Physiol. 2020. V. 11. P. 455.
  25. Zhedyaev R.Y., Tarasova O.S., Semenov Y.S. et al. The change in baroreflex regulation of heart rhythm after “dry” immersion appears during orthostasis, but not lower body negative pressure test // J. Evol. Biochem. Physiol. 2024. V. 60. № 1. P. 273.
  26. Strauss-Blasche G., Moser M., Voica M. et al. Relative timing of inspiration and expiration affects respiratory sinus arrhythmia // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2000. V. 27. № 8. P. 601.
  27. Bae D., Matthews J.J.L., Chen J.J., Mah L. Increased exhalation to inhalation ratio during breathing enhances high-frequency heart rate variability in healthy adults // Psychophysiology. 2021. V. 58. № 11. P. e13905.
  28. Meehan Z.M., Shaffer F. Do longer exhalations increase HRV during slow-paced breathing? // Appl. Psychophysiol. Biofeedback. 2024. V. 49. № 3. P. 407.
  29. Paprika D., Gingl Z., Rudas L., Zöllei E. Hemodynamic effects of slow breathing: does the pattern matter beyond the rate? // Acta Physiol. Hung. 2014. V. 101. № 3. P. 273.
  30. Eckberg D.L., Cooke W.H., Diedrich A. et al. Respiratory modulation of human autonomic function on Earth // J. Physiol. 2016. V. 594. № 19. P. 5611.
  31. Baselli G., Cerutti S., Badilini F. et al. Model for the assessment of heart period and arterial pressure variability interactions and of respiration influences // Med. Biol. Eng. Comput. 1994. V. 32. № 2. P. 143.
  32. Pagani M., Lombardi F., Guzzetti S. et al. Power spectral analysis of heart rate and arterial pressure variabilities as a marker of sympatho-vagal interaction in man and conscious dog // Circ. Res. 1986. V. 59. № 2. P. 178.
  33. Taylor J.A., Eckberg D.L. Fundamental relations between short-term RR interval and arterial pressure oscillations in humans // Circulation. 1996. V. 93. № 8. P. 1527.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фрагменты записей данных (испытуемый З.) в положении лежа при дыхании с паттернами 30/70 (А) и 70/30 (Б). Вверху: объемная скорость вдыхаемого и выдыхаемого воздуха (знак указывает на направление потока воздуха – во время вдоха скорость отрицательная, во время выдоха – положительная). На среднем и нижнем графиках: дыхательные (высокочастотные – ВЧ) колебания ЧСС и АДср, выделенные из экспериментальных данных с помощью цифровой фильтрации.

Скачать (310KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изменения относительной мощности и синхронизации связанных с дыханием колебаний АДср и ЧСС при дыхании с частотой 0.2 Гц и разным соотношением длительности фаз вдоха и выдоха в положении лежа (белые столбики) и при ортостазе (серые столбики). А – относительная мощность колебаний среднего АД; Б – относительная мощность колебаний ЧСС; В – индекс фазовой синхронизации; Г – разность фаз. Паттерны дыхания: 30/70 – вдох 30%, выдох 70% длительности дыхательного цикла; 70/30 – вдох 70%, выдох 30% длительности дыхательного цикла. Приведены данные для группы из 9 испытуемых. * – p < 0.05 – двухфакторный дисперсионный анализ для повторных измерений с апостериорным тестом Тьюки.

Скачать (300KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость разности фаз между колебаниями АДср и ЧСС от их частоты при горизонтальном положении тела (А, В) и при ортостазе (Б, Г) в условиях дыхания с частотой 0.2 Гц и разным соотношением длительности фаз вдоха и выдоха. А–Б: вдох – 30%, выдох – 70% длительности дыхательного цикла. В–Г: вдох – 70%, выдох – 30% длительности дыхательного цикла. Приведены усредненные данные для группы из 9 испытуемых. Цветом кодирована вероятность наблюдения данного значения разности фаз на данной частоте (возрастание от синего к темно-красному).

Скачать (411KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025