Diagnosticul cuplării între bucle de frecvență joasă în controlul autonom cardiovascular la adulți,
Introducere
Bolile cardiovasculare sunt principala cauză de deces în țările dezvoltate, inclusiv în Federația Rusă. Dezvoltarea de noi tehnici de diagnostic neinvaziv este importantă pentru a rezolva această problemă. Direcția perspectivă a studiului este diagnosticarea cuplării între buclele controlului ritmului cardiac și controlul simpatic al tonului vasului.
Studiile noastre anterioare [1-4] au arătat că puterea cuplării este un indice important al sănătății cardiovasculare. Cu toate acestea, abordarea utilizată pentru detectarea cuplajului, și anume calculul procentului total al sincronizării fazelor, necesită introducerea fazelor semnalelor de la buclele simpatice (semnale de intervale RR și fotopletismogramă (PPG) filtrate în banda 0,05-0,15 Hz) . Introducerea fazelor este extrem de complicată pentru semnalele de origine biologică care au de obicei un spectru larg.
Mulți cercetători consideră că analiza recurenței încrucișate este un instrument puternic pentru detectarea cuplării slabe în sistemele biologice [5-9]. De asemenea, această abordare nu necesită introducerea fazelor. Prin urmare, ne propunem să testăm aplicabilitatea sa la detectarea cuplării între buclele de control autonom și să o comparăm cu abordarea actuală.
În studiul de față, folosim modelul matematic [10] al sistemului cardiovascular pentru a compara metodele, deoarece în model este posibilă reglarea fină a activității controlului autonom și reducerea treptată a forțelor de cuplare. Ambele metode au fost apoi aplicate datelor experimentale de la adulți și nou-născuți sănătoși.
Materiale și metode
Datele experimentale
Am analizat înregistrări experimentale de 15 minute de electrocardiogramă (ECG) a cinci subiecți adulți sănătoși (patru bărbați și o femeie în vârstă de 20-25 de ani) și cinci subiecți sănătoși nou-născuți (3 zile). Toți subiecții adulți și părinții subiecților nou-născuți au semnat un consimțământ scris. Studiile au fost efectuate în conformitate cu Declarația de la Helsinki și aprobate de Comitetul local de etică al Institutului de Cercetare Cardiologică din Saratov (Saratov, Rusia).
Semnalele experimentale au fost înregistrate cu ajutorul analizorului electroencefalograf standard EEGA-21/26 ‘Encephalan-131-03’ (Medicom MTD Ltd, Taganrog, Rusia) [http://medicom-mtd.com/en/products/eega.html]. Semnalele de la subiecții adulți au fost înregistrate, în timp ce subiecții se odihneau în camera liniștită slab luminată cu temperatură controlată, cel puțin 2 ore de la ultima masă. Subiecții erau în decubit dorsal, respirau spontan și fără respirații forțate sau întârziate. Toate semnalele au fost eșantionate la 250 Hz și digitalizate la rezoluții de 14 biți.
Subiecții nou-născuți au fost înregistrați în timp ce erau alăptați pentru a evita artefactele mișcării. Atât semnalele EEG, cât și PPG au fost înregistrate de pe frunte.
Modelul matematic
Metodele au fost testate pe intervalele RR și semnalele PPG din modelul matematic propus de noi în [10]. Se bazează pe modelul Seidel și Herzel [11] și pe modelul Kotani [12]. Modelul simulează următoarele procese: ritmul cardiac principal, controlul autonom al ritmului cardiac și contractilitatea inimii, formarea presiunii arteriale (PA) în timpul fazelor de contracție cardiacă și de umplere cardiacă. Modelul simulează, de asemenea, influența respirației asupra proceselor menționate anterior. Structura modelului este prezentată în Figura 1.