ВЛИЯНИЕ ДЫХАНИЯ С ЗАДАННОЙ ЧАСТОТОЙ
НА РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА РЕККУРЕНТНОЙ ДИАГРАММЫ РИТМА СЕРДЦА 

Димитриев Дмитрий Алексеевич, доктор медицинских наук, профессор, кафедра биологии и основ медицинских знаний, Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева (Россия, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 38), E-mail: rothman68@mail.ru
Ремизова Надежда Михайловна, соискатель, кафедра биологии и основ медицинских знаний, Чувашский государственный педагогический университет имени И. Я. Яковлева (Россия, г. Чебоксары, ул. К. Маркса, 38),
E-mail: ndanglanrn@gmail.com
Димитриев Алексей Димитриевич, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Управление по научной работе, Чебоксарский кооперативный институт (филиал) Российского кооперативного университета Центросоюза Российской Федерации (Россия, г.Чебоксары, проспект Горького, 24),
E-mail: adimitriev@rucoop.ru 

612.172.2:612.2 

DOI

10.21685/2307-9150-2018-3-8 

Актуальность и цели. Рекуррентность является важной особенностью функционирования физиологических систем и графически представляется, как правило, в виде рекуррентной диаграммы (РД). Целью данного исследования является оценка влияния дыхания с навязанной частотой на количественные показатели РД вариабельности ритма сердца (ВСР) у молодых здоровых женщин.
Материалы и методы. В исследовании принимали участие 29 молодых здоровых женщин в возрасте 20,4 ± 0,2 года (от 19 до 24 лет). Участники исследования дышали спонтанно и, следуя заданному ритму, в течение 5 мин на каждой из 5 частот: 6,5; 6; 5,5; 5 и 4,5 дыханий в минуту. Посредством записи ритма сердца были получены 5-минутные ритмограммы для каждого режима дыхания. Анализ ВСР осуществлялся с использование стандартных линейных показателей временной и частотной области, а также посредством анализа рекуррентных диаграмм.
Результаты. При дыхании с навязанной частотой наблюдалось существенное повышение линейных индексов SDNN и LF. Дыхание с фиксированной частотой вызвало значительное повышение количественных показателей РД REC, DET, lmean, lmax, ShanEn, что указывает на то, что динамика ритма сердца при дыхании с навязанной частотой существенно отличается от таковой при свободном дыхании и предполагает снижение степени сложности функционирования вегетативной системы при регуляции ритма сердца.
Выводы. Показатели, вычисляемые в ходе количественного анализа рекуррентной диаграммы, чувствительны к изменению режима дыхания, и их можно использовать для оценки взаимодействия между сердечно-сосудистой системой и дыханием. Наблюдаемое снижение сложности ВСР является следствием повышенной регулярности динамики ритма сердца при дыхании с навязанной частотой. Таким образом, анализ РД может дать дополнительную информацию о динамике регуляции ритма сердца. 

Ключевые слова

дыхательная аритмия, вариабельность сердечного ритма, рекуррентный анализ 

 Скачать статью в формате PDF

1. Methods derived from nonlinear dynamics for analysing heart rate variability / A. Voss, S. Schulz, R. Schroeder, M. Baumert, P. Caminal // Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. –
2009. – № 367 (1887). – Р. 277–296.
2. Hejjel, L. Heart rate variability analysis / L. Hejjel, I. Gal // Acta Physiologica Hungarica. – 2001. – № 88 (3-4). – Р. 219–230.
3. Raab, C. Large-scale dimension densities for heart rate variability analysis / С. Raab, N. Wessel, А. Schirdewan, J. Kurths // Physical Review E. – 2006. – № 73 (4). – Р. 041907.
4. Recurrence-plot-based measures of complexity and their application to heart-ratevariability data / N. Marwan, N. Wessel, U. Meyerfeldt, A. Schirdewan, J. Kurths // Physical Review E. – 2002. – № 66 (2). – Р. 026702.
5. Zbilut, J. P. Laminar recurrences, maxline, unstable singularities and biological dynamics / J. P. Zbilut, C. L. Webber // The European Physical Journal Special Topics. – 2008. – № 164 (1). – Р. 55–65.
6. Киселев, В. Б. Рекуррентный анализ – теория и практика / В. Б. Киселев // Научно-технический вестник. – 2006. – № 29. – С. 136–140.
7. Eckmann, J.-P. Recurrence Plots of Dynamical Systems / J.-P. Eckmann, S. O. Kamphorst, D. Ruelle // Europhysics Letters. – 1987. – № 5. – P. 973–977.
8. Berntson, G. G. Respiratory sinus arrhythmia: autonomic origins, physiological mechanisms, and psychophysiological implications / G. G. Berntson, J. T. Cacioppo, K. S. Quigley // Psychophysiology. – 1993. – № 30 (2). – Р. 83–96.
9. Агаджанян, Н. А. Барорефлексы зоны позвоночных артерий на тонус периферических вен, системное артериальное давление и внешнее дыхание / Н. А. Агаджанян, С. В. Куприянов // Российский физиологический журнал имени И. М. Сеченова. – 2008. – Т. 94, № 6. – С. 661–669.
10. Yasuma, F. Respiratory sinus arrhythmia: why does the heartbeat synchronize with respiratory rhythm? / F. Yasuma, J. I. Hayano // Chest. – 2004. – № 125 (2). – Р. 683–690.
11. Vaschillo, E. G. Characteristics of resonance in heart rate variability stimulated by biofeedback / E. G. Vaschillo, B. Vaschillo, Р. М. Lehrer // Applied psychophysiology and biofeedback. – 2006. – Vol. 31, № 2. – Р. 129.
12. Recurrence networks – a novel paradigm for nonlinear time series analysis / R. V. Donner, Y. Zou, J. F. Donges, N. Marwan, J. Kurths // New Journal of Physics. – 2010. – № 12 (3). – Р. 033025.
13. Recurrence plot of heart rate variability signal in patients with vasovagal syncopes / J. Schlenker, V. Socha, L. Riedlbauchová, Т. Nedělka, А. Schlenker, V. Potočková, Š. Malá, Р. Kutilek // Biomedical Signal Processing and Control. – 2016. – Vol. 25. – P. 1.
14. Laborde, S. Heart rate variability and cardiac vagal tone in psychophysiological research recommendations for experiment planning, data analysis, and data reporting / S. Laborde, E. Mosley, J. F. Thayer // Frontiers in psychology. – 2017. – № 8. – Р. 213.
15. Rottenberg, J. Cardiac vagal control in depression: a critical analysis / J. Rottenberg // Biological psychology. – 2007. – № 74 (2). – Р. 200–211.
16. Eddie, D. Heart rate variability biofeedback: Theoretical basis, delivery, and its potential for the treatment of substance use disorders / D. Eddie, Е. Vaschillo, В. Vaschillo, Р. Lehrer // Addiction research & theory. – 2015. – № 23 (4). – Р. 266–272.
17. Linear and nonlinear analysis of normal and CAD-affected heart rate signals / U. R. Acharya, О. Faust, V. Sree, G. Swapna, R. J. Martis, N. A. Kadri, J. S. Suri // Computer methods and programs in biomedicine. – 2014. – № 113 (1). – Р. 55–68.
18. Melillo, P. Nonlinear Heart Rate Variability features for real-life stress detection. Case study: students under stress due to university examination / Р. Melillo, М. Bracale, L. Pecchia // Biomedical engineering online. – 2011. – № 10 (1). – Р. 96.
19. Sarkar, A. Effect of meditation on scaling behavior and complexity of human heart rate variability / А. Sarkar, Р. Barat // Fractals. – 2008. – № 16 (03). – Р. 199–208.
20. Nonlinear dynamics of heart rate variability in response to orthostatism and hemodialysis in chronic renal failure patients: Recurrence analysis approach / H. González, О. Infante, Н. Pérez-Grovas, M. V. Jose, С. Lerma // Medical engineering & physics. –
2013. – № 35 (2). – Р. 178–187. 
21. Javorka, M. The effect of orthostasis on recurrence quantification analysis of heart rate and blood pressure dynamics / М. Javorka, Z. Turianikova, I. Tonhajzerova, K. Javorka, M. Baumert // Physiological measurement. – 2008. – № 30 (1). – Р. 29.
22. Quantification of sympathetic and parasympathetic tones by nonlinear indexes in normotensive rats / H. Dabire, D. Mestivier, J. Jarnet, M. E. Safar, N. P. Chau // American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. – 1998. – № 275 (4). –
Р. 1290–1297.
23. Cepeda, F. X. Inconsistent relation of nonlinear heart rate variability indices to increasing vagal tone in healthy humans / F. X. Cepeda, M. Lapointe, C. O. Tan, J. A. Taylor // Autonomic Neuroscience. – 2018. – № 213. – Р. 1–7.