Email this article 
Adaptive responses of heart rate regulation during functional tests with breath holding
- Authors: Deryagina L.E.1, Bulatetsky S.V.2
-
Affiliations:
- Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation named after V.Y. Kikot
- Ryazan State Medical University named after academician I.P. Pavlov
- Issue: Vol 31, No 2 (2024)
- Pages: 135-147
- Section: ORIGINAL STUDY ARTICLES
- Submitted: 08.04.2024
- Accepted: 15.07.2024
- Published: 24.10.2024
- URL: https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/630114
- DOI: https://doi.org/10.17816/humeco630114
- ID: 630114
Cite item
Full Text
Abstract
BACKGROUND: Synchronization of biorhythms in living organisms is of particular interest to researchers from the standpoint of adaptation theory.
AIM: To study the characteristics of the response of regulatory influences on heart rhythm during tests with voluntary breath holding during inhalation and exhalation.
MATERIAL AND METHODS: The study sample included 21 randomly selected students (9 males, 12 females) aged 20.64±1.14 years with body weight 67.19±12.98 kg, height 172.29±7.63 cm. All subjects were divided into three groups (I, II, III) according to the classification by N.I. Shlyk (2009), which is based on the predominance of central or autonomic circuits of heart rhythm regulation. A fivefold sequential ECG recording was conducted using the hardware-software complex “Varicard 3.0” with the subject seated after a five-minute rest: 1 — baseline state; 2 — voluntary breath holding during inhalation; 3 — resting state; 4 — voluntary breath holding during exhalation; 5 — resting state. Using the “Varicard 3.0” system, a mathematical analysis of heart rhythm was performed, taking into account statistical parameters of heart rhythm and indices of spectral frequency analysis.
RESULTS: During the period of breath holding, heart rate variability decreased, while at rest it increased in all groups. In group I, after a breath-hold test during the rest period, eutonia was observed according to spectral analysis (HF=LF). Statistical analysis in this group demonstrated an increase in the contribution of the parasympathetic component to heart rate variability (RMSSD, pNN50, SDNN, CV), signifying the prerequisites for increased heart rate variability. In group II, after breath-holding tests, a slight decrease in sympathetic activity was observed. A tense pattern of autonomic regulation was observed during the exhalation breath-hold test, which may indicate a reduced functional state of the regulatory systems. Group III was characterized by a sharp increase in sympathetic activation in the test with breath holding during inhalation, followed by a soft correction during breath holding during exhalation, which can be regarded as an adequate response of the body to the load. At rest, after the test, the regulation pattern returned to the original one with a moderate predominance of parasympathetic activity and, accordingly, a more favorable level of heart rate variability for the body.
CONCLUSION: Adaptive reactions of the heart rate variability are manifested by an increase in sympathetic activation, which, subsequently, during normal breathing, is replaced by a compensatory activation of the parasympathetic division of the autonomous nervous system. Although reactions are unidirectional, the severity can vary across the groups.
Full Text
ОБОСНОВАНИЕ
Исследование синхронизации биологических ритмов в живых организмах, жизнедеятельность которых обусловлена взаимодействием большого числа сложных ритмических процессов, в том числе с участием внешних пульсационных эффектов, вызывает особый интерес исследователей с позиций теории адаптации [1]. Взаимосвязь функциональных систем, осуществляющих кислород-транспортную функцию, синхронизация их деятельности используется биологическими объектами с целью оптимизации адаптационных механизмов в экстренных ситуациях, что позволяет организму настроить деятельность физиологических систем на приспособление к изменившимся условиям среды. Примером такого взаимодействия между различными физиологическими ритмами является функционирование сердечно-сосудистой системы человека как результирующий эффект регуляторных процессов. Наиболее значимым колебательным процессом, определяющим её динамику, является вариабельность сердечного ритма и дыхания [2, 3]. Разнообразие типов реагирования сердечно-сосудистой системы на различные средовые воздействия закономерно привлекает внимание исследователей, предпринимающих попытки систематизации и классификации типов реакций. Заслуживает внимания предложенная Н.И. Шлык [4] оценка функционального состояния регуляторных систем организма у здоровых людей по данным вариабельности сердечного ритма, в которой выделено 4 типа его регуляции.
Периодическая физиологическая гипоксия/гиперкапния развивается не только при интенсивной деятельности любой физиологической системы, но и в условиях относительного покоя, о чём свидетельствует постоянное наличие молочной кислоты в крови [5]. Периодические колебания напряжения кислорода и углекислого газа характерны для многих форм деятельности (трудовой, спортивной и др.), что, возможно, играет роль рефлекторного раздражителя и в зависимости от меры и скорости развития может вызывать как возбуждение, так и торможение нервных центров [6–8]. Принято считать, что гипоксический и гиперкапнический стимулы в процессах регуляции физиологических функций в определённых пределах усиливают друг друга [9]. Известно, что умеренная гипоксия стимулирует хеморецепторы каротидных зон и повышает симпатоадреналовые воздействия на сердце, что отражает модулирующее влияние вегетативной нервной системы на механизмы адаптации к гипоксии/гиперкапнии [10, 11]. В литературе известно много работ, посвящённых особенностям вариабельности ритма сердца в изменённой газовой среде [12, 13], у спортсменов [14–16] и т.д.
Цель исследования. Выявление особенностей реагирования регуляторных влияний на ритм сердца при пробах с произвольной задержкой дыхания на вдохе и на выдохе.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Методом случайного выбора в исследование включили 21 студента Рязанского ГМУ в возрасте 20,64±1,14 года, массой тела 67,19±12,98 кг, ростом 172,29±7,63 см, из них 9 юношей и 12 девушек. Все участники дали информированное согласие на проведение исследования, на момент обследования все были практически здоровы, не имели хронических заболеваний. Исследование одобрено этическим комитетом РязГМУ, соответствовало этическим стандартам, разработанным в соответствии с Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2000 г. и «Правилами клинической практики в Российской Федерации», утверждёнными Приказом Минздрава России от 19.06.2003 г. № 266.
Проводили пятикратную последовательную регистрацию ЭКГ аппаратно-программным комплексом «Варикард 3.0» в положении испытуемого сидя после пятиминутного отдыха: 1 — исходное состояние; 2 — произвольная задержка дыхания на вдохе; 3 — состояние покоя; 4 — произвольная задержка дыхания на выдохе; 5 — состояние покоя. С использованием аппаратно-программного комплекса «Варикард 3.0» провели математический анализ ритма сердца, в анализе учитывали статистические параметры ритма сердца: HR, уд/мин — частота сердечных сокращений; Меаn, мс — среднее значение всех R-R интервалов в выборке; SDNN, мс — среднее квадратичное отклонение всех R-R интервалов; CV, % — коэффициент вариации; RMSSD, мс — квадратный корень суммы разностей последовательных R-R интервалов; pNN50, % — процентная представленность эпизодов различия последовательных интервалов более чем на 50 мс; Mo, мс — мода, наиболее вероятный уровень функционирования сердечно-сосудистой системы; AMo50, %/50 м — амплитуда моды, условный показатель активности симпатического звена регуляции; SI — стресс-индекс, степень напряжения регуляторных систем; показатели спектрального частотного анализа: TP, мс2 — суммарная мощность спектра; HF, % — относительная мощность высокочастотной составляющей спектра (дыхательные волны); LF, % — относительная мощность низкочастотной составляющей спектра; VLF, % — относительная мощность очень низкочастотной составляющей спектра; LF/HF — индекс вагосимпатического взаимодействия; VLF/HF — индекс соотношения VLF к HF; IC — индекс централизации, IC=(HF+LF)/VLF.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Проведённый анализ полученных данных в целом по группе не выявил статистически значимых различий между этапами исследования. Следующим шагом был анализ различий в группах, ранжированных по полу. Однако и эта попытка не увенчалась успехом. Следовательно, возникла необходимость поиска критерия, позволяющего выявить особенности реагирования ритма сердца на изменения функционального состояния. За основу ранжирования взяли оценку функционального состояния регуляторных систем организма у здоровых людей по данным вариабельности сердечного ритма в исходном состоянии. Оценку преобладающего типа вегетативной регуляции проводили по показателям SI и VLF [4]. Умеренному преобладанию центральной регуляции (I тип) соответствовали значения SI >100 усл. ед., VLF >240 мс2, выраженному преобладанию центральной регуляции (II тип) — SI >100 усл. ед., VLF <240 мс2, умеренному преобладанию автономной регуляции (III тип) — SI <70 усл. ед., VLF >240 мс2, выраженному преобладанию автономной регуляции (IV тип) — SI <25 усл. ед., VLF >240 мс2, ТР >8000 мс2. Было выделено 3 группы испытуемых: I тип — 7 человек (4 юноши и 3 девушки), II тип — 8 человек (4 юноши и 4 девушки), III тип — 6 человек (2 юноши и 4 девушки). Весь дальнейший анализ проводили исходя из данного ранжирования.
В группе с I типом результирующий эффект функционирования сердечно-сосудистой системы (HR) не имел статистически значимых различий между пробами, однако поддерживался различными механизмами. В исходном состоянии эта группа по всем статистическим показателям находилась в пределах нормативных значений для здоровых людей данной возрастной группы. Статистически значимые различия были получены по параметру SDNN между исходным состоянием и пробой задержки дыхания после вдоха (р=0,043) и коэффициентом вариации (р=0,028). Изменения других статистических и временны́х параметров между пробами носили характер тенденции и вследствие индивидуального разброса имели волнообразный вид повышения (SDNN, CV, SI) и снижения (RMSSD, pNN50) во время задержки дыхания и фаз покоя после дыхательных проб (табл. 1).
Таблица 1. Параметры вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа регуляции по Н.Н. Шлык, Me [Q1; Q3] — I тип (N=7)
Table 1. Characteristics of heart rate variability across types of regulation according to N.N. Shlyk, Me [Q1; Q3] — type I (N=7)
Параметры Parameters | Исходное состояние Initial state | Задержка дыхания на вдохе Breath hold on inspiration | Покой 2 Rest 2 | Задержка дыхания на выдохе Breath hold on exhalation | Покой 3 Rest 3 | р |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Среднее значение всех R-R интервалов в выборке, мс Mean value of all R-R intervals in the sample, ms | 756,80 (638,65; 888,83) | 743,00 (619,92; 788,96) | 742,32 (657,65; 877,11) | 672,24 (645,13; 934,65) | 772,61 (667,44; 907,19) | — |
Частота сердечных сокращений, уд/мин Heart rate, bpm | 79,28 (67,50; 93,94) | 80,75 (76,05; 96,79) | 80,83 (68,41; 91,23) | 89,25 (64,19; 93,01) | 77,66 (66,13; 89,89) | — |
Квадратный корень суммы разностей последовательных R-R интервалов, мс Square root of the sum of the differences of consecutive R-R intervals, ms | 26,91 (23,89; 43,34) | 20,06 (18,79; 30,11) | 31,81 (25,72; 43,56) | 24,84 (17,65; 42,40) | 34,23 (26,88; 43,22) | — |
Представленность эпизодов различия последовательных интервалов более чем на 50 мс, % Representation of episodes of difference of consecutive intervals by more than 50 ms, % | 6,57 (2,75; 19,26) | 3,70 (1,39; 11,94) | 11,65 (4,99; 21,55) | 6,06 (0,00; 9,62) | 10,64 (3,32; 19,27) | — |
Среднее квадратичное отклонение всех R-R интервалов, мс Mean square deviation of all R-R intervals, ms | 46,85 (39,61; 49,27) | 59,88 (50,58; 83,77) | 57,75 (44,73; 63,92) | 56,19 (30,05; 101,61) | 60,94 (49,97; 67,16) | 1-2: 0,043 |
Коэффициент вариации, % Coefficient of variation, % | 6,34 (4,94; 6,76) | 9,77 (6,64; 10,83) | 6,59 (6,49; 9,72) | 5,76 (4,19; 15,11) | 7,28 (6,21; 7,89) | 1-2: 0,028 |
Мода, мс Mode, ms | 742,86 (638,16; 884,99) | 719,38 (567,75; 854,72) | 723,67 (674,67; 894,66) | 670,99 (636,97; 948,62) | 732,46 (665,09; 900,58) | — |
Амплитуда моды, %/50 мс Mode amplitude, %/50 ms | 44,90 (41,58; 47,30) | 44,56 (30,09; 76,74) | 39,96 (31,55; 48,94) | 47,32 (24,34; 93,15) | 37,29 (31,50; 43,93) | — |
Стресс-индекс Stress index | 119,44 (104,78; 143,09) | 167,79 (60,25; 237,09) | 81,88 (62,63; 137,69) | 127,27 (42,10; 307,17) | 71,13 (57,90; 131,31) | — |
Оценка изменений спектрального анализа в I группе показала аналогичную волнообразную динамику: во время задержки дыхания на вдохе и на выдохе повышался уровень LF, LF/HF, IC, затем снижался в период покоя после дыхательных проб. Снижение показателей во время дыхательных проб наблюдалось для HF, VLF с последующим повышением в периоды покоя. Статистически значимые изменения представлены в табл. 2. Во всех пробах, за исключением последней (покой после задержки дыхания на выдохе), наблюдалось доминирование низкочастотной составляющей — LF.
Таблица 2. Параметры спектрального анализа и интегральные параметры вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа регуляции по Н.Н. Шлык, Me [Q1; Q3] — I тип (N=7)
Table 2. Parameters of spectral analysis and integral parameters of heart rate variability across types of regulation according to N.N. Shlyk, Me [Q1; Q3] — type I (N=7)
Параметры Parameters | Покой 1 Rest 1 | Задержка дыхания на вдохе Breath hold on inspiration | Покой 2 Rest 2 | Задержка дыхания на выдохе Breath hold on exhalation | Покой 3 Rest 3 | р |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Суммарная мощность спектра, мс2 Total power of the spectrum, ms2 | 1677,85 (1280,41; 22142,88) | 1538,11 (763,52; 3405,71) | 2621,73 (1758,22; 3562,55) | 979,61 (647,46; 2597,23) | 2542,02 (1437,99; 3327,19) | — |
Относительная мощность высокочастотной составляющей спектра (HF), % Relative power of high-frequency spectrum component (HF), % | 25,62 (21,69; 49,32) | 16,99 (10,31; 19,74) | 27,25 (22,75; 33,88) | 13,45 (10,83; 34,89) | 33,24 (17,02; 49,95) | 1-2: 0,028 |
Относительная мощность низкочастотной составляющей спектра, % Relative power of low-frequency spectrum component, % | 51,72 (37,17; 56,94) | 67,68 (48,73; 78,48) | 42,03 (34,12; 51,59) | 54,79 (46,79; 69,96) | 34,49 (32,43; 60,50) | — |
Относительная мощность очень низкочастотной составляющей спектра (VLF), % Relative power of the very low-frequency component of the spectrum (VLF), % | 20,12 (13,63; 23,99) | 15,32 (11,78; 40,96) | 31,48 (13,51; 37,38) | 6,70 (2,32; 40,18) | 21,50 (15,55; 36,82) | — |
Индекс вагосимпатического взаимодействия Index of vagosympathetic interaction | 2,22 (0,75; 2,38) | 3,98 (3,05; 4,72) | 1,39 (1,13; 3,05) | 1,86 (1,21; 8,17) | 1,82 (0,69; 3,46) | 2-3: 0,023 |
Индекс соотношения VLF к HF Index of VLF to HF ratio | 0,68 (0,27; 1,05) | 0,90 (0,09; 3,97) | 1,31 (0,29; 1,55) | 0,16 (0,01; 4,58) | 0,89 (0,31; 2,11) | — |
Индекс централизации Centralisation index | 2,90 (1,03; 3,61) | 4,88 (4,07; 8,69) | 2,67 (1,95; 3,39) | 6,43 (1,23; 8,23) | 2,01 (1,01; 4,88) | 1-2: 0,028 |
В группе II в исходном состоянии HR была выше нормативных значений, после дыхательных проб снизилась на уровне тенденции, тем не менее оставаясь на верхней границе нормы. По всем остальным параметрам наблюдалась волнообразная динамика, аналогичная группе I. Количество статистически значимых отличий параметров между пробами представлено в табл. 3. Кроме того, следует обратить внимание на более высокий SI по сравнению с группой I (р=0,046) в исходном состоянии, его снижение во время пробы с задержкой дыхания на вдохе и статистически значимое повышение (р=0,049) во время пробы с задержкой дыхания на выдохе.
Таблица 3. Параметры вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа регуляции по Н.Н. Шлык, Me [Q1; Q3] — II тип (N=8)
Table 3. Characteristics of heart rate variability across types of regulation according to N.N. Shlyk, Me [Q1; Q3] — type II (N=8)
Параметры Parameters | Покой 1 Rest 1 | Задержка дыхания на вдохе Breath hold on inspiration | Покой 2 Rest 2 | Задержка дыхания на выдохе Breath hold on exhalation | Покой 3 Rest 3 | р |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Среднее значение всех R-R интервалов в выборке, мс Mean value of all R-R intervals in the sample, ms | 633,05 (620,97; 734,16) | 703,76 (586,21; 772,17) | 682,76 (654,61; 734,19) | 703,95 (641,86; 736,35) | 671,90 (648,34; 719,34) | — |
Частота сердечных сокращений, уд/мин Heart rate, bpm | 94,79 (81,74; 96,63) | 85,36 (77,83; 102,38) | 87,89 (81,82; 91,69) | 85,26 (81,51; 93,55) | 89,29 (83,47; 92,55) | — |
Квадратный корень суммы разностей последовательных R-R интервалов, мс Square root of the sum of the differences of consecutive R-R intervals, ms | 28,09 (16,30; 33,91) | 22,64 (15,36; 36,34) | 35,45 (20,19; 51,35) | 20,98 (15,89; 33,26) | 26,57 (20,26; 33,56) | 2-3: 0,049 3-4: 0,025 |
Представленность эпизодов различия последовательных интервалов более чем на 50 мс, % Representation of episodes of difference of consecutive intervals by more than 50 ms, % | 6,72 (4,62; 13,14) | 4,39 (2,27; 11,71) | 14,61 (2,72; 25,88) | 2,28 (0,8; 8,4) | 4,87 (2,43; 9,17) | 3-4: 0,025 |
Среднее квадратичное отклонение всех R-R интервалов, мс Mean square deviation of all R-R intervals, ms | 43,63 (31,30; 47,46) | 59,29 (45,53; 70,56) | 64,39 (37,16; 68,95) | 52,03 (45,65; 74,79) | 41,69 (32,94; 54,69) | 1-2: 0,041 |
Коэффициент вариации, % Coefficient of variation, % | 5,94 (5,04; 7,50) | 8,43 (7,41; 9,54) | 8,81 (5,74; 9,47) | 7,24 (6,98; 10,16) | 6,17 (4,90; 7,69) | 1-2: 0,012 |
Мода, мс Mode, ms | 632,36 (611,58; 710,94) | 709,56 (568,25; 807,32) | 701,36 (636,09; 710,40) | 661,72 (618,54; 725,69) | 667,86 (650,16; 701,83) | — |
Амплитуда моды, %/50 мс Mode amplitude, %/50 ms | 55,96 (44,85; 72,62) | 39,70 (34,62; 57,70) | 38,58 (32,55; 58,74) | 57,21 (46,69; 65,18) | 51,77 (44,52; 62,81) | — |
Стресс-индекс Stress index | 175,90 (132,26; 326,41) | 108,83 (81,02; 267,97) | 88,33 (60,61; 228,56) | 235,69 (131,16; 312,89) | 164,52 (118,91; 268,92) | 3-4: 0,049 |
Оценка волновой структуры группы II в исходном состоянии принципиально отличалась от группы I. Вклад волн HF и LF был практически равным (47,54% и 40,39%), в то время как в группе I доминировали волны LF (51,72% против 25,62% HF). Динамика показателей спектрального анализа не имела принципиальных отличий от группы I, различаясь лишь большим количеством статистически значимых отличий между пробами (табл. 4). Особенности паттерна волновой структуры вариабельности сердечного ритма продемонстрировали значительное увеличение вклада LF во время задержки дыхания после вдоха и после выдоха.
Таблица 4. Параметры спектрального анализа и интегральные параметры вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа регуляции по Н.Н. Шлык, Me [Q1; Q3] — II тип (N=8)
Table 4. Parameters of spectral analysis and integral parameters of heart rate variability across types of regulation according to N.N. Shlyk, Me [Q1; Q3] — type II (N=8)
Параметры Parameters | Исходное состояние Initial state | Задержка дыхания на вдохе Breath hold on inspiration | Покой 1 Rest 1 | Задержка дыхания на выдохе Breath hold on exhalation | Покой 2 Rest 2 | р |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Суммарная мощность спектра, мс2 Total power of the spectrum, ms2 | 1331,65 (666,19; 2021,41) | 2091,17 (1621,49; 2890,1) | 2453,25 (1216,36; 4322,62) | 1730,68 (913,75; 2796,68) | 1546,27 (981,37; 2306,40) | — |
Относительная мощность высокочастотной составляющей спектра (HF), % Relative power of the high-frequency component of the spectrum (HF), % | 47,54 (29,74; 60,54) | 14,38 (8,78; 19,26) | 50,73 (24,79; 62,74) | 16,12 (11,83; 23,37) | 34,28 (21,71; 58,78) | 1-2: 0,017 2-3: 0,012 3-4: 0,035 4-5: 0,017 |
Относительная мощность низкочастотной составляющей спектра, % Relative power of low-frequency spectrum component, % | 40,39 (30,64; 61,36) | 55,98 (39,36; 64,46) | 34,68 (27,75; 45,23) | 76,82 (57,24; 83,23) | 43,51 (32,48; 61,50) | 2-3: 0,012 3-4: 0,025 |
Относительная мощность очень низкочастотной составляющей спектра (VLF), % Relative power of very low-frequency component of the spectrum (VLF), % | 9,97 (7,49; 12,32) | 25,55 (21,44; 35,69) | 15,43 (6,33; 24,54) | 5,32 (2,63; 16,34) | 13,19 (7,73; 19,26) | 1-2: 0,013 |
Индекс вагосимпатического взаимодействия Index of vagosympathetic interaction | 0,85 (0,51; 2,39) | 4,11 (2,77; 8,58) | 0,65 (0,46; 2,43) | 4,43 (2,23; 7,03) | 1,35 (0,56; 3,05) | 1-2: 0,036 3-4: 0,049 4-5: 0,049 |
Индекс соотношения VLF к HF Index of VLF to HF ratio | 0,20 (0,15; 0,39) | 1,74 (1,19; 2,85) | 0,35 (0,11; 1,72) | 0,45 (0,17; 0,75) | 0,57 (0,16; 0,85) | 1-2: 0,012 |
Индекс централизации Centralisation index | 1,10 (0,66; 2,74) | 6,47 (4,20; 10,56) | 0,98 (0,59; 4,21) | 5,24 (3,48; 7,63) | 1,92 (0,72; 3,95) | 1-2: 0,011 |
В группе III HR в исходном состоянии и во всех пробах была на порядок ниже по сравнению с группой II (на уровне тенденции). Кроме того, в данной группе SI статистически значимо (р=0,002) был ниже, чем в группе II, и на уровне тенденции по сравнению с группой I. Напротив, CV в исходном состоянии был статистически значимо (р=0,008) выше по сравнению с группами II и III, в состоянии покоя после задержки дыхания на выдохе (р=0,023) — по сравнению с группой II. Динамика изменения показателей между пробами носила характер, аналогичный группам I и II (табл. 5).
Таблица 5. Параметры вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа регуляции по Н.Н. Шлык, Me [Q1; Q3] — III тип (N=6)
Table 5. Characteristics of heart rate variability across types of regulation according to N.N. Shlyk, Me [Q1; Q3] — type III (N=6)
Параметры Parameters | Покой 1 Rest 1 | Задержка дыхания на вдохе Breath hold on inspiration | Покой 2 Rest 2 | Задержка дыхания на выдохе Breath hold on exhalation | Покой 3 Rest 3 | р |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Среднее значение всех R-R интервалов в выборке, мс Mean value of all R-R intervals in the sample, ms | 791,82 (720,64; 844,41) | 717,44 (700,62; 832,06) | 781,86 (726,27; 847,54) | 749,11 (647,65; 773,83) | 795,54 (763,98; 826,40) | — |
Частота сердечных сокращений, уд/мин Heart rate, bpm | 75,776 (71,06; 83,26) | 83,64 (72,11; 85,64) | 76,74 (70,79; 82,61) | 80,11 (77,54; 92,64) | 75,42 (72,60; 78,54) | — |
Квадратный корень суммы разностей последовательных R-R интервалов, мс Square root of the sum of the differences of consecutive R-R intervals, ms | 52,275 (38,57; 73,18) | 30,77 (28,27; 57,87) | 70,30 (44,78; 81,97) | 43,93 (22,58; 59,54) | 60,99 (44,06; 66,90) | 2-3: 0,041 3-4: 0,028 |
Представленность эпизодов различия последовательных интервалов более чем на 50 мс, % Representation of episodes of difference of consecutive intervals by more than 50 ms, % | 32,27 (17,41; 47,71) | 9,68 (3,57; 14,00) | 35,28 (22,45; 49,75) | 13,46 (5,79; 18,18) | 32,42 (22,99; 40,64) | 1-2: 0,041 2-3: 0,041 |
Среднее квадратичное отклонение всех R-R интервалов, мс Mean square deviation of all R-R intervals, ms | 80,79 (67,72; 98,21) | 70,93 (57,18; 164,79) | 89,51 (64,08; 103,84) | 94,45 (67,49; 139,28) | 85,00 (61,00; 92,08) | — |
Коэффициент вариации, % Coefficient of variation, % | 9,45 (8,02; 13,63) | 10,65 (7,41; 20,24) | 11,22 (7,97; 14,30) | 12,74 (10,22; 15,39) | 10,04 (7,65; 11,61) | — |
Мода, мс Mode, ms | 791,61 (691,48; 866,59) | 716,30 (553,23; 855,78) | 800,25 (694,60; 840,99) | 742,72 (660,69; 793,93) | 781,46 (725,08; 803,44) | — |
Амплитуда моды, %/50 мс Mode amplitude, %/50 ms | 26,19 (22,11; 31,14) | 37,64 (22,57; 42,58) | 28,25 (20,35; 32,35) | 38,56 (26,04; 39,34) | 26,10 (24,12; 29,81) | — |
Стресс-индекс Stress index | 47,71 (32,81; 53,21) | 86,18 (40,61; 110,16) | 41,45 (29,53; 64,11) | 96,48 (28,21; 119,63) | 41,38 (32,17; 54,80) | — |
Спектральный анализ в группе III (табл. 6) выявил отличительную особенность вклада HF и LF в исходном состоянии: доминирование HF в 1,4 раза. Во время задержки дыхания на вдохе данное соотношение изменилось диаметрально противоположно. В трёх последующих пробах соотношение менялось, но не так кардинально. В состоянии покоя после задержки дыхания на выдохе вклад HF и LF приближался к исходному состоянию.
Таблица 6. Параметры спектрального анализа и интегральные параметры вариабельности сердечного ритма в зависимости от типа регуляции по Н.Н. Шлык, Me [Q1; Q3] — III тип (N=6)
Table 6. Parameters of spectral analysis and integral parameters of heart rate variability across types of regulation according to N.N. Shlyk, Me [Q1; Q3] — type III (N=6)
Параметры Parameters | Покой 1 Rest 1 | Задержка дыхания на вдохе Breath hold on inspiration | Покой 2 Rest 2 | Задержка дыхания на выдохе Breath hold on exhalation | Покой 3 Rest 3 | р |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Суммарная мощность спектра, мс2 Total power of the spectrum, ms2 | 3881,79 (3429,27; 5897,59) | 2903,19 (2032,30; 10935,78) | 5726,99 (3226,22; 10485) | 1840,21 (965,20; 3524,57) | 4728,37 (3436,93; 6705,96) | — |
Относительная мощность высокочастотной составляющей спектра (HF), % Relative power of high-frequency spectrum component (HF), % | 48,09 (30,82; 64,90) | 15,17 (8,44; 19,08) | 47,41 (32,15; 61,15) | 33,03 (19,99; 43,59) | 49,19 (30,06; 57,01) | — |
Относительная мощность низкочастотной составляющей спектра, % Relative power of low-frequency spectrum component, % | 33,74 (25,97; 48,98) | 63,67 (44,44; 73,77) | 40,14 (25,87; 46,82) | 53,65 (39,67; 70,75) | 38,06 (20,69; 52,45) | — |
Относительная мощность очень низкочастотной составляющей спектра (VLF), % Relative power of the very low-frequency component of the spectrum (VLF), % | 11,29 (9,13; 13,53) | 17,95 (15,79; 24,07) | 14,44 (9,01; 18,21) | 7,86 (1,69; 19,76) | 18,58 (12,25; 22,30) | — |
Индекс вагосимпатического взаимодействия Index of vagosympathetic interaction | 0,91 (0,40; 1,40) | 4,58 (2,35; 8,74) | 0,86 (0,42; 1,54) | 1,64 (0,96; 3,92) | 0,77 (0,36; 1,92) | — |
Индекс соотношения VLF к HF Index of VLF to HF ratio | 0,28 (0,14; 0,36) | 1,73 (1,26; 1,93) | 0,27 (0,20; 0,57) | 0,32 (0,07; 0,75) | 0,37 (0,33; 0,41) | 2-3: 0,041 |
Индекс централизации Centralisation index | 1,19 (0,54; 2,24) | 6,03 (4,24; 10,84) | 1,12 (0,64; 2,11) | 2,16 (1,29; 4,00) | 1,04 (0,75; 2,37) | — |
ОБСУЖДЕНИЕ
По данным литературы, повседневные проблемы, которые увеличивают стресс и снижают вариабельность ритма сердца, оказывают негативное влияние на физическое и психологическое благополучие, ухудшая здоровье сердечно-сосудистой системы и снижая качество жизни [17]. Следует подчеркнуть, что при оценке вариабельности ритма сердца мы можем говорить только о вегетативной регуляции сердца, не экстраполируя на весь организм [18]. Высокая вариабельность ритма сердца является признаком хорошей адаптивности сердечно-сосудистой системы, что позволяет человеку приспосабливаться к внутренним и внешним изменениям; напротив, снижение вариабельности ритма сердца указывает на ухудшение приспособительных механизмов [19–21]. В нашем исследовании с учётом ранжирования групп на основе оценки функционального состояния регуляторных систем организма у здоровых людей по данным вариабельности сердечного ритма в исходном состоянии получены данные, указывающие на однонаправленность реагирования регуляторных механизмов на пробы с задержкой дыхания во всех трёх группах. В период задержки дыхания вариабельность ритма сердца снижалась, в состоянии покоя — повышалась. Однако следует заметить, что паттерны регуляции ритма сердца отличались. В группе I (с умеренным преобладанием симпатической и центральной регуляции сердечного ритма) пробы с задержкой дыхания в конечном итоге к периоду покоя привели к эутонии по данным спектрального анализа (HF=LF). Данные статистического и временнÓго анализа в этой группе также демонстрировали повышение вклада парасимпатической составляющей в вариабельность ритма сердца (RMSSD, pNN50, SDNN, CV), что создавало предпосылки для её усиления.
В группе II с выраженным преобладанием симпатической регуляции сердечного ритма, даже с признаками вегетативной дисфункции по Н.И. Шлык, после проб с задержкой дыхания наблюдалось некоторое снижение симпатической активности. В то же время обращает на себя внимание напряжённый паттерн вегетативной регуляции во время пробы с задержкой дыхания на выдохе, что может указывать на сниженное функциональное состояние регуляторных систем.
Для группы III (с умеренным преобладанием парасимпатической активности) было характерно резкое повышение симпатической активации в пробе с задержкой дыхания на вдохе (LF — 63,67% против HF — 15,17%) с последующей мягкой коррекцией (LF — 53,65% против HF — 33,03%) во время задержки дыхания на выдохе, что можно расценивать как адекватную реакцию организма на нагрузку. В состоянии покоя после проведённой пробы с задержкой дыхания на выдохе вегетативный паттерн регуляции вернулся к исходному с умеренным преобладанием парасимпатической активности и, соответственно, с более благоприятным для организма уровнем вариабельности ритма сердца. Преобладание HF-компонента в структуре вариабельности ритма сердца согласуется с представлениями об адаптационно-трофическом защитном действии блуждающих нервов на сердце и является показателем индивидуальной устойчивости здорового организма к физическим нагрузкам и другим стресс-факторам [15].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведённое исследование подтвердило, что вегетативная регуляция ритма сердца реагирует на стрессорное воздействие — пробы с произвольной задержкой дыхания, вызывающие гипоксию и гиперкапнию. Адаптивные реакции вариабельности ритма сердца проявляются повышением симпатической активации, которые в последующем, при обычном дыхании, сменяются компенсаторным включением парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Несмотря на однонаправленный характер, выраженность реакций различается в зависимости от группы принятого ранжирования. В группе II наблюдался напряжённый паттерн вегетативной регуляции во время пробы с задержкой дыхания на выдохе, что может указывать на сниженное функциональное состояние регуляторных систем. В группах I и II адаптивные реакции целесообразны, что указывает на имеющиеся функциональные резервы кардиореспираторной системы. Несмотря на то что дыхательная система функционирует в основном автоматически, не требуя сознательного контроля со стороны человека, она также может быть поставлена под волевой контроль [22]. Техники медленного дыхания способствуют вегетативным изменениям, увеличивая вариабельность сердечного ритма, что, вероятно, более приемлемо для группы II [23]. Полученные данные указывают на необходимость применения дифференцированных дыхательных практик в зависимости от типа регуляции вариабельности ритма сердца.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Л.Е. Дерягина — концепция и дизайн исследования, анализ полученных данных, написание текста; С.В. Булатецкий — сбор и обработка материалов, анализ полученных данных. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).
Источник финансирования. Исследование проведено за счёт собственных средств авторов.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Информированное согласие на публикацию. Пациенты подписали информированное согласие на участие в исследовании и публикацию медицинских данных.
ADDITIONAL INFO
Authors’ contribution. L.E. Deryagina —concept and design of the study, analysis of the data, writing of the text; S.V. Bulatetsky — collection and processing of materials, analysis of the received data. All authors confirm that their authorship meets the international ICMJE criteria (all authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work).
Funding source. The study was conducted at the authors’ own expense.
Competing interests. The authors declare no obvious or potential conflicts of interest associated with the publication of this article.
Consent for publication. The patients who participated in the study signed an informed consent to participate in the study and publish medical data.
About the authors
Larisa E. Deryagina
Moscow University of the Ministry of Internal Affairs of the Russian Federation named after V.Y. Kikot
Email: lderyagina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5522-5950
SPIN-code: 6606-6628
MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor
Russian Federation, MoscowSergey V. Bulatetsky
Ryazan State Medical University named after academician I.P. Pavlov
Author for correspondence.
Email: dr_bsv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6023-7523
SPIN-code: 2756-9179
Sergey V. Bulatetsky
Russian Federation, RyazanReferences
- Zenchenko TA, Jordanova M, Poskotinova LV, et al. Synchronization between human heart rate dynamics and Pc5 geomagnetic pulsations at different latitudes. Biofizika. 2014;59(6):1186–1194. EDN: TGWDJZ
- Pokrovskii VM, Polishchuk SV, Gorbunov RV, Gurskaya EV. Cardio-respiratory synchronism: new methodological and methodological possibilities for assessing the level of adaptationю In: Physiological problems of adaptation: Collection of scientific papers articles. Stavropol; 2008. P. 141–143. (In Russ.)
- Odegov AK, Bulatetsky SV, Prisakaru MN. Controlled breathing as a way to correct the functional state of the human body through the management of HRV. In: Physiology — actual problems of fundamental and applied research: materials of the All-Russian scientific and practical conference with international participation dedicated to the 125th anniversary of the birth of Academician Pyotr Kuzmich Anokhin. Volgograd; 2023. P. 268–271. EDN: QZFWBY (In Russ.)
- Shlyk NI. Heart rate and regulation type of children, teenagers and sportsmen. Izhevsk: Udmurtskii universitet; 2009. EDN: QLVYBB (In Russ.)
- Gridin LA. Modern understanding of the physiological and therapeutic and prophylactic effects of actions hypoxia and hypercapnia. Medicine. 2016;4(3):45–68. EDN: WMFKHN
- Tabarov MS. Features of the reactions of organ arteries and veins to humoral stimuli with the combined effect of hypoxia and hypothermia on the body [dissertation abstract]. Saint-Petersburg; 2003. 45 p. (In Russ.)
- Chizhov AYa, Potievskaya VI. The normalizing effect of normobaric hypoxic hypoxia. Fiziologiya Cheloveka. 1997;23(1):108–112. (In Russ.)
- Chub IS, Milkova AV, Eliseeva NS. The condition of cardiorespiratory system in students with different degree of resistance to hypoxia. Bulletin Physiology and Pathology of Respiration. 2014;(52):8–15. EDN: SFMHZR
- Agadzhanyan NA, Polunin IN, Stepanov VK, Polyakov VN. A person in conditions of hypocapnia and hypercapnia. Astrakhan: AGMA; 2001. (In Russ.)
- Nenasheva AV, Aminov AS, Pozina NV, et al. Hypoxia resistance and vestibular stability of pupils and pupils aged 6-14 years of the social rehabilitation center. Vestnik Yuzhno-Uralskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Obrazovanie, zdravookhranenie, fizicheskaya kultura. 2007;(2):120–124. EDN: KWYCOH (In Russ.)
- Divert VE, Krivoshchekov SG, Vodyanitsky SN. Individual-typological assessment of cardiorespiratory responses to hypoxia and hypercapnia in young healthy men. Fiziologiya Cheloveka. 2015;41(2):64–73. EDN: TLOUMD doi: 10.7868/S0131164615020058
- Agadzhanyan NA, Dvoenosov VG. Physiological features of the combined effect of acute hypoxia and hypercapnia on the body. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2008;(1):4–8. EDN: MUOCKB (In Russ.)
- Divert VE, Komlyagina TG, Krasnikova NV, et al. Cardiorespiratory responses of swimmers to hypoxia and hypercapnia. Novosibirsk State Pedagogical University Bulletin. 2017;7(5):207–224. EDN: ZQXRWL doi: 10.15293/2226-3365.1705.14
- Mikhailova AV. Features of heart rate variability indicators in athletes with overstrain of the cardiovascular system. Russian Journal of Cardiology. 2020;25(S2):34. EDN: KXMMYO (In Russ.)
- Shakhanova AV, Koblev YaK, Grechishkina SS. Features of adaptation of the cardiovascular system of athletes of different sports according to heart rate variability. The Bulletin of Adyghe State University. Seriya: Natural, Mathematical and Technical Sciences. 2010;(1):105–111. EDN: MUBOCP
- Shlyk NI. Management of athletic training taking into account individual heart rate variability characteristics. Fiziologiya Cheloveka. 2016;42(6):81–91. EDN: XGWDHD doi: 10.7868/S0131164616060187
- Davila MI, Lewis GF, Porges SW. PhysioCam: a new non-contact sensor for measuring heart rate variability in clinical and field settings. Public Health Front. 2017;5:300. doi: 10.3389/fpubh.2017.00300
- Hayano J, Yuda E. Pitfalls of assessing autonomic function using heart rate variability. J Physiol Anthropol. 2019;38(1):3. doi: 10.1186/s40101-019-0193-2
- Bykov EV, Balberova OV, Sabiryanova ES, Chipyshev AV. The features of myocardial hemodynamic and vegetative homeostasis in athletes of different qualifications from acyclic sports. Human. Sport. Medicine. 2019;19(3):36–45. EDN: OZGERY doi: 10.14529/hsm190305
- Schneider M, Schwerdtfeger A. Autonomic dysfunction in posttraumatic stress disorder indexed by heart rate variability: a meta-analysis. Psychol Med. 2020;50(12):1937–1948. doi: 10.1017/S003329172000207X
- McCraty R, Schaffer F. Heart rate variability: new insights into physiological mechanisms, assessment of self-regulatory capacity, and health risk. Global Advances in Health and Medicine. 2015;4(1):46–61. doi: 10.7453/gahmj.2014.073
- Zaccaro A, Piarulli A, Laurino M, et al. How breath-control can change your life: a systematic review on psycho-physiological correlates of slow breathing. Front Hum Neurosci. 2018;12:353. doi: 10.3389/fnhum.2018.00353
- Malhotra V, Bharshankar R, Ravi N, Bhagat OL. Acute effects on heart rate variability during slow deep breathing. Mymensingh Med J. 2021;30(1):208–213.
Supplementary files
