RU2195163C2 - Method for evaluating functional state of human body based upon analysis of cardiac rhythm variability and that of respiratory cycle duration - Google Patents
Method for evaluating functional state of human body based upon analysis of cardiac rhythm variability and that of respiratory cycle duration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2195163C2 RU2195163C2 RU2001102688/14A RU2001102688A RU2195163C2 RU 2195163 C2 RU2195163 C2 RU 2195163C2 RU 2001102688/14 A RU2001102688/14 A RU 2001102688/14A RU 2001102688 A RU2001102688 A RU 2001102688A RU 2195163 C2 RU2195163 C2 RU 2195163C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- respiratory
- frequency
- low
- duration
- frequency component
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/40—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
- A61B5/4029—Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system for evaluating the peripheral nervous systems
- A61B5/4035—Evaluating the autonomic nervous system
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике, используемой при анализе состояния вегетативного баланса и функционального состояния организма человека. The invention relates to medical equipment used in the analysis of the state of the autonomic balance and the functional state of the human body.
Известен способ определения вегетативного тонуса /1/, заключающийся в определении вариабельности сердечного ритма и определении корреляционной связи этого показателя с показателями дыхательного цикла - длительностью вдоха и длительностью выдоха. Предложено использование показателей дыхательного цикла при оценке состояния тонуса вегетативной нервной системы в случаях, когда кардиоинтервалография не осуществима вследствие нарушений сердечного ритма. Данный способ не позволяет диагностировать десинхронизацию дыхательного и сосудодвигательного центров вегетативной нервной системы. A known method for determining the autonomic tone / 1 /, which consists in determining the variability of the heart rhythm and determining the correlation of this indicator with indicators of the respiratory cycle - the duration of inspiration and the duration of exhalation. The use of indicators of the respiratory cycle in assessing the state of the tone of the autonomic nervous system in cases where cardiointervalography is not feasible due to cardiac arrhythmias is proposed. This method does not allow to diagnose the desynchronization of the respiratory and vasomotor centers of the autonomic nervous system.
Известен способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы /2/, основанный на выделении RR-интервала, проведении спектрального анализа его огибающей, выделении в ней сердечной, легочной, сосудистой, метаболической системы и расчета показателя "количество информации", по величине которого судят о состоянии обратной связи регулятивных процессов. A known method for assessing the functional state of the cardiovascular system / 2 /, based on the allocation of the RR interval, the spectral analysis of its envelope, the allocation of the cardiac, pulmonary, vascular, metabolic system and the calculation of the indicator "amount of information", the value of which is judged on feedback state of regulatory processes.
Данный способ оценки состояния систем организма, выполняя свои основные функции, не лишен некоторых недостатков. Во-первых, при оценке легочной составляющей спектра огибающей используются косвенные (рассчитанные по спектральной плотности огибающей RR-интервала), а не фактически существующие показатели длительности дыхательного цикла. Во-вторых, применение способа связано с проведением сложных математических расчетов предложенного авторами математического показателя "количество информации". This method of assessing the state of body systems, performing its basic functions, is not without some drawbacks. Firstly, when assessing the pulmonary component of the envelope spectrum, indirect (calculated by the spectral density of the envelope of the RR interval), and not actually existing indicators of the duration of the respiratory cycle are used. Secondly, the application of the method is associated with complex mathematical calculations of the mathematical indicator “amount of information” proposed by the authors.
Известен способ оценки мощности колебаний частоты сердцебиений /3/, который предложен для оценки влияния дыхания на изменчивость показателей электрокардиограммы (ЭКГ). Способ заключается в построении RR-интервалограммы, QRS-амплитудограммы, расчете спектров мощности, определении частоты дыхания, частоты сердечных сокращений и в корректировке результатов ЭКГ в найденных частотах, соответствующих дыхательным колебаниям частоты сердечных сокращений. A known method for evaluating the power of fluctuations in heart rate / 3 /, which is proposed to assess the effect of respiration on the variability of the electrocardiogram (ECG). The method consists in constructing an RR-intervalogram, a QRS-amplitudeogram, calculating power spectra, determining the respiration rate, heart rate and adjusting the ECG results at the found frequencies corresponding to respiratory fluctuations in the heart rate.
К недостаткам данного способа можно отнести определение параметров дыхательного цикла косвенным образом, достаточно громоздкую математическую обработку результатов испытаний, сложность интерпретации математических выкладок. The disadvantages of this method include determining the parameters of the respiratory cycle in an indirect way, rather cumbersome mathematical processing of test results, the complexity of the interpretation of mathematical calculations.
Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки критерия эмоционального стресса /4/, основанный на одновременной регистрации частоты дыхания и частоты сердечных сокращений, определении коэффициента корреляции частоты сердцебиений и дыхания, по высокой величине которого судят о возможности возникновения стрессовых ситуаций при освоении новой специальности. Closest to the proposed one is a method for assessing the criterion of emotional stress / 4 /, based on the simultaneous recording of the respiratory rate and heart rate, determining the correlation coefficient of the heart rate and respiration, the high value of which judges the possibility of stressful situations when developing a new specialty.
Предложенный в качестве прототипа способ использует связь между частотой сердечных сокращений и частотой дыхания, но не позволяет интерпретировать низкие величины коэффициента корреляции. При определении коэффициента корреляции учитываются и низко- и высокочастотные составляющие дыхательного цикла, что снижает достоверность результатов. Кроме того, определение коэффициентов корреляции требует предварительного подтверждения нормальности распределения обеих выборок, проведения расчета доверительных интервалов коэффициента корреляции и доказательства стационарности и эргодичности процессов, что для конечного и краткого времени обследования каждого пациента практически невозможно. Выбранный в качестве прототипа способ базируется на определении спектральных показателей в жестко заданных диапазонах высокочастотных (HF), низкочастотных (LF) и других (например, очень низкочастотных - VLF) колебаний сердечных сокращений. При этом многие количественные оценки, по которым производят диагностику, напрямую зависят от границ выбранных диапазонов и не учитывают индивидуальных особенностей паттерна дыхания каждого пациента, что может привести к ошибочным выводам. Proposed as a prototype method uses the relationship between heart rate and respiratory rate, but does not allow to interpret low values of the correlation coefficient. When determining the correlation coefficient, both low- and high-frequency components of the respiratory cycle are taken into account, which reduces the reliability of the results. In addition, the determination of correlation coefficients requires preliminary confirmation of the normality of the distribution of both samples, the calculation of confidence intervals of the correlation coefficient and proof of the stationarity and ergodicity of the processes, which is almost impossible for a final and short examination time for each patient. The method chosen as a prototype is based on the determination of spectral indices in strictly defined ranges of high-frequency (HF), low-frequency (LF) and other (for example, very low-frequency (VLF) heart rate fluctuations. At the same time, many quantitative estimates used to diagnose directly depend on the boundaries of the selected ranges and do not take into account the individual characteristics of the breathing pattern of each patient, which can lead to erroneous conclusions.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в сокращении и упрощении процесса диагностики, обеспечении наглядности результатов, исключении из последовательности операций сложных математических расчетов коэффициентов корреляции и их значимости. Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет уточнить границы между диапазонами высокочастотных и низкочастотных колебаний RR-интервалов и на этой основе достовернее определить спектральные мощности в каждом диапазоне с последующим уточнением влияния парасимпатического отдела вегетативной нервной системы на модуляцию сердечного ритма, диагностировать десинхронизацию дыхательного и сосудодвигательного центров вегетативной нервной системы, а при изменении паттерна дыхания (гистограмма длительности дыхательного цикла полимодального типа) и одновременном повышении мощности низкочастотной компоненты диагностировать состояние психоэмоционального напряжения. The technical result of the invention consists in reducing and simplifying the diagnostic process, ensuring the visibility of the results, eliminating the correlation coefficients and their significance from the sequence of operations of complex mathematical calculations. In addition, the use of the proposed method allows us to clarify the boundaries between the ranges of high-frequency and low-frequency fluctuations of RR-intervals and on this basis to more accurately determine the spectral power in each range, followed by clarification of the effect of the parasympathetic department of the autonomic nervous system on the modulation of heart rhythm, diagnose desynchronization of the respiratory and vasomotor centers of the autonomic nervous system, and when changing the pattern of breathing (histogram of the duration of the respiratory cycle multimodal type) and simultaneously increasing the power of low-frequency components to diagnose the state of emotional stress.
Такой результат достигается тем, что способ оценки функционального состояния человека на основе анализа вариабельности ритма сердца и вариабельности длительности дыхательного цикла, включающий одновременную синхронную запись ЭКГ и пневмограммы, определение спектрограммы RR- интервалов, гистограммы длительности дыхательных циклов, дополняют тем, что осуществляют расчет и индикацию моды гистограммы длительности дыхательных циклов, на которую графически накладывают спектрограмму высокочастотной компоненты ритма сердца, и визуально по положению моды частоты дыхания относительно наиболее выраженного пика мощности высокочастотной компоненты ритма сердца судят о состоянии пациента, причем, если сдвиг пика максимальной мощности спектра в область низких частот сопровождается сдвигом в эту же область моды частоты дыхания, устанавливают границу низкочастотной компоненты сердечного ритма по левому краю моды частоты дыхания и пересчитывают вклад парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в модуляцию сердечного ритма, если пик максимальной мощности высокочастотной компоненты ритма сердца отличается по частоте от моды частоты дыхания более чем на 0,06 Гц, диагностируют десинхронизацию дыхательного и сосудодвигательного центров вегетативной нервной системы, если же повышение мощности низкочастотной компоненты сопровождается изменением паттерна дыхания, диагностируют наличие у пациента состояния психоэмоционального напряжения. This result is achieved by the fact that the method of assessing the functional state of a person based on the analysis of heart rate variability and variability of the respiratory cycle duration, including simultaneous recording of ECG and pneumograms, determination of the spectrogram of RR intervals, histograms of the duration of respiratory cycles, is supplemented by the fact that they carry out calculation and indication histogram modes of the duration of the respiratory cycles, on which the spectrogram of the high-frequency component of the heart rhythm is graphically superimposed, and visually the position of the respiratory rate mode relative to the most pronounced peak of the power of the high-frequency component of the heart rhythm is judged on the patient’s condition, and if the shift of the peak of the maximum power of the spectrum to the low frequency region is accompanied by a shift to the same region of the mode of the respiratory frequency, the left edge of the low-frequency component of the heart rhythm is set to the left respiratory frequency modes and recalculate the contribution of the parasympathetic department of the autonomic nervous system to the modulation of the heart rhythm if the peak maximum power is high The asthmatic components of the heart rhythm differ in frequency from the respiration rate mode by more than 0.06 Hz, they diagnose the desynchronization of the respiratory and vasomotor centers of the autonomic nervous system, if the increase in the power of the low-frequency component is accompanied by a change in the breathing pattern, the patient is diagnosed with a state of psychoemotional stress.
На фиг. 1 изображена блок-схема прибора для осуществления предложенного способа. Для фиг.1 введены следующие обозначения: 1-4 R, L, F, N - датчики отведения на руках и ногах пациента соответственно; 5 - термодатчик, установленный у носовых отверстий для регистрации дыхательного цикла; 6 - усилители биопотенциалов; 7 - усилитель сигнала дыхательного цикла; 8 - активные фильтры по числу датчиков системы; 9 - аналоговый мультиплексор; 10 - аналого-цифровой преобразователь; 11 - устройство регистрации, обработки и индикации результатов (персональный компьютер). На фиг.2-7 представлены результаты исследований вариабельности ритма сердца и вариабельности длительности дыхательного цикла у пациентов, где изображены спектрограммы расшифровки записи ЭКГ с выделением высокочастотной (HF) компоненты вариабельности ритма сердца (левая ось, сплошные тонкие линии) и вариабельности длительности дыхательного цикла (правая ось, столбчатые диаграммы). На этих же фигурах приведены количественные оценки спектрального анализа спектрограммы:
- ТР - общая мощность спектра (мс∧2);
- LF - мощность спектра в диапазоне низких частот (мс∧2);
- HF - мощность спектра в диапазоне высоких частот (мс∧2);
- VLF - мощность спектра в диапазоне очень низких частот (мс∧2);
- LF/HF соотношение мощностей низких и высоких частот (относительные единицы).In FIG. 1 shows a block diagram of a device for implementing the proposed method. For figure 1, the following notation is introduced: 1-4 R, L, F, N — abduction sensors on the patient’s arms and legs, respectively; 5 - temperature sensor installed at the nasal openings for recording the respiratory cycle; 6 - biopotential amplifiers; 7 - signal booster of the respiratory cycle; 8 - active filters according to the number of sensors in the system; 9 - analog multiplexer; 10 - analog-to-digital Converter; 11 - a device for recording, processing and displaying results (personal computer). Figure 2-7 presents the results of studies of heart rate variability and variability of the duration of the respiratory cycle in patients, which shows spectrograms of decoding of ECG recordings with the allocation of high-frequency (HF) components of the variability of the heart rhythm (left axis, solid thin lines) and variability of the duration of the respiratory cycle ( right axis, bar charts). The same figures show quantitative estimates of the spectral analysis of the spectrogram:
- TP - total spectrum power (ms ∧ 2);
- LF - spectrum power in the low frequency range (ms ∧ 2);
- HF - spectrum power in the high frequency range (ms ∧ 2);
- VLF - spectrum power in the very low frequency range (ms ∧ 2);
- LF / HF power ratio of low and high frequencies (relative units).
На фиг.8-11 приведены результаты расшифровки спектрограммы ЭКГ и записи длительности дыхательного цикла для нескольких характерных примеров. На этих фигурах введены следующие обозначения: компоненты вариабельности ритма сердца изображены тонкими линиями, количественные значения указаны на левой оси; показатели вариабельности длительности дыхательного цикла изображены столбчатыми диаграммами, количественные оценки указаны на правой оси. На фиг. 12, 13 приведены результаты обработки спектрограммы ЭКГ для одного из примеров. On Fig-11 shows the results of decoding the spectrogram of the ECG and recording the duration of the respiratory cycle for several characteristic examples. The following notation is introduced on these figures: components of heart rate variability are shown by thin lines, quantitative values are indicated on the left axis; indicators of the variability of the duration of the respiratory cycle are shown in bar graphs, quantitative estimates are indicated on the right axis. In FIG. 12, 13 show the results of processing the ECG spectrogram for one example.
Способ осуществляют следующим образом. Производится одновременная синхронная запись ЭКГ, снимаемой от датчиков с первого по четвертый по стандартной методике, и пневмограммы от термодатчика 5 в течение 5 мин. Затем строится спектрограмма RR- интервалов, на которую накладывается гистограмма длительности дыхательных циклов. Производится расчет моды гистограммы длительности дыхательных циклов. Результаты расчетов выводятся на экран видеомонитора персонального компьютера 11. Визуально сравнивается мода гистограммы длительности дыхательных циклов и наиболее выраженный пик спектрограммы в области высокочастотной компоненты. The method is as follows. Simultaneous synchronous recording of the ECG, taken from the sensors from the first to the fourth according to the standard method, and pneumograms from the
При проведении пробы с глубоким управляемым дыханием (6 дыхательных движений в 1 мин) обычно получают картину, представленную на фиг.2. В данной ситуации принудительно заданная частота дыхания 0,1 Гц "сдвинула" HF компоненту в область низких частот и, следовательно, функциональное состояние не может рассматриваться как гиперсимпатикотония. When conducting tests with deep controlled breathing (6 respiratory movements in 1 min), the picture shown in figure 2 is usually obtained. In this situation, a forced breathing rate of 0.1 Hz “shifted” the HF component to the low frequency region and, therefore, the functional state cannot be considered as hypersympathicotonia.
Совместный синхронный анализ записи пневмограммы и ЭКГ позволяет правильно оценить показатели спектрограммы. Так, на фиг.3 представлен случай совпадения частоты дыхания 0,13-0,15 Гц и максимальной мощности спектра в этой же зоне. Это позволяет утверждать, что истинное состояние баланса отделов вегетативной нервной системы у пациента характеризуется более выраженной парасиматикотонией по сравнению с выводами, полученными при формальном анализе только результатов спектрограммы. Joint synchronous analysis of the recording of the pneumogram and ECG allows you to correctly evaluate the performance of the spectrogram. So, figure 3 presents the case of coincidence of the respiration rate of 0.13-0.15 Hz and the maximum power of the spectrum in the same zone. This suggests that the true state of the balance of the autonomic nervous system departments of the patient is characterized by a more pronounced parasymaticotonia compared with the conclusions obtained by formal analysis of only the results of the spectrogram.
Анализ фиг.4, на которой приведены данные исследования другого пациента с аналогичной по форме спектрограммой, позволяет сделать вывод о том, что частота дыхания по пневмограмме в 0,35 Гц не оказывает влияние на значительный сдвиг максимальной мощности спектра в область 0,15 Гц, а значит, нет основания считать, что данный сдвиг обусловлен парасимпатическими влияниями. The analysis of figure 4, which shows the research data of another patient with a similar spectrogram in form, allows us to conclude that the respiratory rate in the pneumogram of 0.35 Hz does not affect a significant shift in the maximum power of the spectrum to 0.15 Hz, and therefore, there is no reason to believe that this shift is due to parasympathetic influences.
Кроме этого совместная оценка вариабельности ритма сердца и вариабельности длительности дыхательного цикла позволяет диагностировать состояние пациентов в конкретных клинических ситуациях. In addition, a joint assessment of heart rate variability and variability of the duration of the respiratory cycle allows us to diagnose the condition of patients in specific clinical situations.
Так, при выраженной парасимпатикотонии у больной с вертеброгенным шейным радикулитом частотный диапазон частоты дыхания, подсчитанный по пневмограмме (0,34 Гц), совпадает с основным пиком спектрограммы, лежащим в диапазоне высокочастотных колебаний (фиг.5). В тоже время у больного с дисциркуляторной энцефалопатией смешанного (посттравматического и алкогольного) генеза (фиг. 6) наблюдается несовпадание пика частоты дыхания и максимального пика в диапазоне высоких частот (разница около 0,1 Гц). Очевидно, что в первом случае парасимпатикотония вызвана вертеброгенными влияниями и не затронула синхронную деятельность дыхательного и сосудодвигательного центра. Во втором случае имеет место десинхронизация в работе обоих вегетативных центров, что привело к расхождению между пиком вариабельности длительности дыхательного цикла и максимальной выраженностью высокочастотной компоненты спектрограммы. So, with severe parasympathicotonia in a patient with vertebrogenic cervical radiculitis, the frequency range of the respiratory rate, calculated by the pneumogram (0.34 Hz), coincides with the main peak of the spectrogram lying in the range of high-frequency fluctuations (Fig. 5). At the same time, in a patient with mixed (post-traumatic and alcoholic) genesis of discirculatory encephalopathy (Fig. 6), there is a mismatch between the peak respiration rate and the maximum peak in the high frequency range (difference of about 0.1 Hz). Obviously, in the first case, parasympatheticotonia is caused by vertebrogenic influences and did not affect the synchronous activity of the respiratory and vasomotor center. In the second case, there is desynchronization in the work of both vegetative centers, which led to a discrepancy between the peak in the variability of the duration of the respiratory cycle and the maximum severity of the high-frequency component of the spectrogram.
У больных с выраженными психоэмоциональными сдвигами вообще не удается выявить доминирующий пик в диапазоне высоких частот, одновременно наблюдается выраженное преобладание низкочастотной компоненты. Характерным примером является гистограмма дыхания полимодального типа, которая отражает измененный паттерн дыхания и отчетливо выраженную десинхронизацию в работе дыхательного и сосудодвигательного центров (фиг.7). Тем самым сочетание повышения спектральной мощности низкочастотной компоненты сердечного ритма (гиперсимпатикотония) и изменение паттерна дыхания (полимодальный тип гистограммы длительности дыхательного цикла) имеет самостоятельное значение и может быть использовано при диагностике психоэмоционального напряжения. In patients with pronounced psychoemotional shifts, it is generally not possible to identify the dominant peak in the high frequency range, while a pronounced predominance of the low-frequency component is observed. A typical example is a polymodal-type breathing histogram, which reflects an altered breathing pattern and a distinctly expressed desynchronization in the work of the respiratory and vasomotor centers (Fig. 7). Thus, the combination of increasing the spectral power of the low-frequency component of the heart rhythm (hypersympathicotonia) and a change in the breathing pattern (polymodal type of histogram of the duration of the respiratory cycle) is of independent importance and can be used in the diagnosis of psychoemotional stress.
Пример 1
Пациент С. , 52 года. Диагноз при направлении: остеохондроз. Спектрограмма (фоновая запись) и наложенные на нее результаты обработки гистограммы приведены на фиг.8. Показатели спектрального анализа:
ТР, мс∧2 - 10582
VLF, мс∧2 - 564
Lf, мс∧2 - 3125
HF, мс∧2 - 6895
LF/HF - 0,45
Общая мощность спектра нейрогуморальной модуляции - очень высокая. Состояние нейро-гуморальной регуляции - развитая, при высоком уровне вагальных и симпатических влияний в модуляции сердечного ритма. Баланс отделов вегетативной нервной системы характеризуется преобладанием активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. Однако основная часть спектра находится на границе HF и LF диапазона (0,15 Гц). В этом случае затруднительно определить истинную мощность спектра как в диапазоне высокочастотных колебаний, отражающих парасимпатические влияния (HF-компонента), так и в области низкочастотных колебаний (LF-компонента или симпатическая активность). При наложении гистограммы вариабельности длительности дыхательного цикла отчетливо видно, что частота дыхания менее 0,15 Гц, что позволяет после уточнения границы LF-компоненты в 0,13 Гц (левый край столбчатой диаграммы) правильно определить мощность спектра в каждом диапазоне.Example 1
Patient S., 52 years old. Diagnosis with direction: osteochondrosis. The spectrogram (background recording) and the histogram processing results superimposed on it are shown in Fig. 8. Spectral analysis indicators:
TR, ms ∧ 2 - 10582
VLF, ms ∧ 2 - 564
Lf, ms ∧ 2 - 3125
HF, ms ∧ 2 - 6895
LF / HF - 0.45
The total power of the neurohumoral modulation spectrum is very high. The state of neuro-humoral regulation is developed, with a high level of vagal and sympathetic influences in the modulation of the heart rhythm. The balance of the autonomic nervous system is characterized by a predominance of activity of the parasympathetic division of the autonomic nervous system. However, the main part of the spectrum lies at the boundary of the HF and LF ranges (0.15 Hz). In this case, it is difficult to determine the true power of the spectrum both in the range of high-frequency vibrations reflecting parasympathetic influences (HF component) and in the region of low-frequency vibrations (LF component or sympathetic activity). When a histogram of the variability of the duration of the respiratory cycle is superimposed, it is clearly seen that the respiratory rate is less than 0.15 Hz, which makes it possible to correctly determine the spectrum power in each range after specifying the boundary of the LF component at 0.13 Hz (the left edge of the bar graph).
После перерасчета спектральная мощность в диапазоне HF, мс∧2 = 8381, а в диапазоне LF, мс∧2 = 1637 и соответственно соотношение LF/HF = 0,19. Полученные данные существенно отличаются от ранее приведенных.After recalculation, the spectral power in the range HF,
Пример 2
Пациент С., 59 лет. Диагноз при направлении: дисциркуляторная энцефалопатия смешанного генеза Спектрограмма (фоновая проба) с наложенной гистограммой приведены на фиг.9.Example 2
Patient S., 59 years old. The diagnosis of the direction: discirculatory encephalopathy of mixed genesis. The spectrogram (background sample) with a histogram superimposed is shown in Fig. 9.
Показатели спектрального анализа:
ТР, мс∧2 - 109
VLF, мс∧2 - 43
LF, мс∧2 - 20
HF, мс∧2 - 46
LF/HF - 0,44
Общая мощность спектра нейрогуморальной модуляции резко снижена. Состояние нейрогуморальной регуляции характеризуется низким уровнем вагальных, симпатических и гуморально-метаболических (церебральных эрготропных) влияний в модуляции сердечного ритма. Баланс отделов вегетативной нервной системы характеризуется преобладанием активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы. У данного больного с дисциркуляторной энцефалопатией смешанного (посттравматического и алкогольного) генеза наблюдается несовпадение моды гистограммы вариабельности длительности дыхательного цикла и максимального пика HF-компоненты в диапазоне высоких частот (разница около 0.08 Гц), т.е. имеет место десинхронизация в работе дыхательного и сосудодвигательного центров.Spectral analysis indicators:
TR, ms ∧ 2 - 109
VLF, ms ∧ 2 - 43
LF, ms ∧ 2 - 20
HF, ms ∧ 2 - 46
LF / HF - 0.44
The total power of the spectrum of neurohumoral modulation is sharply reduced. The state of neurohumoral regulation is characterized by a low level of vagal, sympathetic and humoral-metabolic (cerebral ergotropic) effects in the modulation of heart rhythm. The balance of the autonomic nervous system is characterized by a predominance of activity of the parasympathetic division of the autonomic nervous system. In this patient with mixed (post-traumatic and alcoholic) genesis of discirculatory encephalopathy, there is a mismatch between the histogram mode of the variability of the duration of the respiratory cycle and the maximum peak of the HF component in the high frequency range (a difference of about 0.08 Hz), i.e. there is desynchronization in the work of the respiratory and vasomotor centers.
Пример 3
Пациентка П. , 33 г. Предъявляет жалобы на быструю утомляемость, слабость, головную боль, одышку при незначительной нагрузке. Считает "что бандиты угрожают убить ее мужа, украсть сына, так как муж работает в милиции". При общении выраженная эмоциональная лабильность. При кросс-анализе вариабельности длительности дыхательного цикла и вариабельности ритма сердца не удается выявить доминирующего пика в диапазоне высоких частот (HF), выраженное преобладание LF-компоненты, отражающей гиперсимпатикотонию. Приведенная на фиг.10 типичная гистограмма вариабельности длительности дыхательного цикла полимодального типа отражает нарушенный паттерн дыхания, а отсутствие связи между модой гистограммы вариабельности длительности дыхательного цикла и пиком HF-компоненты указывает на десинхронизацию в работе дыхательного и сосудодвигательного вегетативного центра.Example 3
Patient P., 33 g. Complains of fatigue, weakness, headache, shortness of breath with a slight load. He believes "that the bandits are threatening to kill her husband, steal a son, since her husband works in the police." When communicating, pronounced emotional lability. A cross-analysis of the variability of the duration of the respiratory cycle and the variability of the heart rhythm failed to identify the dominant peak in the high frequency range (HF), a pronounced predominance of the LF component reflecting hypersympathicotonia. The typical histogram of the variability of the respiratory cycle variability of the multimodal type shown in Fig. 10 reflects a disturbed breathing pattern, and the absence of a connection between the histogram mode of the variability of the respiratory cycle duration and the peak of the HF component indicates desynchronization in the work of the respiratory and vasomotor autonomic center.
Показатели спектрального анализа:
ТР, мс∧2 - 167,32
VLF, мс∧2 - 75,66
LF, мс∧2 - 85,81
HF, мс∧2 - 5,85
LF/HF - 14,67
Общая мощность спектра нейрогуморальной модуляции резко снижена. Состояние нейрогуморальной регуляции характеризуется низким уровнем вагальных, симпатических и церебральных эрготропных влияний в модуляции сердечного ритма. Баланс отделов вегетативной нервной системы характеризуется выраженным преобладанием активности симпатического отдела вегетативной нервной системы. Гистограмма дыхания полимодального типа. Имеет место десинхронизация в работе дыхательного и сосудодвигательного центров.Spectral analysis indicators:
TR, ms ∧ 2 - 167.32
VLF, ms ∧ 2 - 75.66
LF, ms ∧ 2 - 85.81
HF, ms ∧ 2 - 5.85
LF / HF - 14.67
The total power of the spectrum of neurohumoral modulation is sharply reduced. The state of neurohumoral regulation is characterized by a low level of vagal, sympathetic and cerebral ergotropic effects in modulation of the heart rhythm. The balance of the departments of the autonomic nervous system is characterized by a pronounced predominance of activity of the sympathetic department of the autonomic nervous system. Histogram of the breathing polymodal type. There is desynchronization in the work of the respiratory and vasomotor centers.
Пример 4
Пациент К., 22 г. Проходит обследования перед призывом в армию по контракту. Жалоб не предъявляет. Спектрограмма обследуемого представлена на фиг. 11. Показатели спектрального анализа сведены в таблицу.Example 4
Patient K., 22, undergoing examination before being drafted into the army under contract. No complaints. The spectrogram of the subject is shown in FIG. 11. Indicators of spectral analysis are summarized in table.
Общая мощность спектра нейрогуморальной модуляции низкая. Состояние нейрогуморальной регуляции характеризуется низким уровнем вагальных и умеренными симпатическими и гуморально-метаболическими влияниями в модуляции сердечного ритма. Баланс отделов вегетативной нервной системы характеризуется преобладанием активности симпатического отдела вегетативной нервной системы. The total power of the neurohumoral modulation spectrum is low. The state of neurohumoral regulation is characterized by a low level of vagal and moderate sympathetic and humoral-metabolic effects in modulation of the heart rhythm. The balance of the autonomic nervous system is characterized by a predominance of activity of the sympathetic part of the autonomic nervous system.
Как видно на фиг.11, гистограмма вариабельности длительности дыхательного цикла полимодального типа, что отражает нарушенный паттерн дыхания. Имеет место десинхронизация в работе дыхательного и сосудодвигательного вегетативного центра несовпадение пиков гистограммы дыхания и HF-компоненты вариабельности ритма сердца, что позволяет говорить о имеющей место вегетативной дисфункции. С целью уточнения состояния организма проведены функциональные пробы, результаты которых приведены на фиг.12 и в таблице. As can be seen in Fig.11, a histogram of the variability of the duration of the respiratory cycle of the multimodal type, which reflects a disturbed pattern of respiration. There is a desynchronization in the work of the respiratory and vasomotor autonomic center, the mismatch of the peaks of the histogram of respiration and the HF-component of heart rate variability, which suggests a vegetative dysfunction. In order to clarify the state of the body, functional tests were carried out, the results of which are shown in Fig. 12 and in the table.
Заключение по результатам ортостатической пробы таково: реактивность парасимпатического отдела вегетативной нервной системы при проведении ортостатической пробы сниженная, вегетативное обеспечение деятельности характеризуется избыточной активацией симпатического отдела вегетативной нервной системы (LF/HF = 23,2). The conclusion based on the results of an orthostatic test is as follows: the reactivity of the parasympathetic part of the autonomic nervous system during an orthostatic test is reduced, autonomic activity is characterized by excessive activation of the sympathetic part of the autonomic nervous system (LF / HF = 23.2).
Данные, полученные при проведении ортостатической пробы, также подтверждают наличие вегетативной дисфункции, в связи с чем была проведена велоэргометрия (ВЭМ). Во время велоэргометрии, проведенной по стандартному протоколу, у пациента появилась слабость, тошнота, неадекватно низкий прирост артериального давления, что послужило причиной прекращения пробы. Спектрограмма после ВЭМ приведена на фиг.13. Как следует из фиг.13 и данных, представленных в вышеприведенной таблице (графа - после ВЭМ), имеет место выраженное нарастание отрицательной динамики показателей вариабельности ритма сердца. В частности, отмечается резкое снижение общей мощности спектра, а в структуре спектральной мощности - выраженное преобладание очень медленных частот (VLF компоненты), что отражает переход на более низкий, а следовательно, менее эффективный уровень регуляции сердечной деятельности. Таким образом, выявленные при кросс-анализе вариабельности ритма сердца и вариабельности длительности дыхательного цикла признаки вегетативной дисфункции подтвердились при проведении функциональных проб. The data obtained during the orthostatic test also confirm the presence of autonomic dysfunction, and therefore bicycle ergometry (VEM) was performed. During bicycle ergometry performed according to the standard protocol, the patient developed weakness, nausea, and an inadequately low increase in blood pressure, which caused the sample to cease. The spectrogram after the VEM is shown in Fig.13. As follows from Fig.13 and the data presented in the above table (column after VEM), there is a pronounced increase in the negative dynamics of indicators of heart rate variability. In particular, there is a sharp decrease in the total power of the spectrum, and in the structure of spectral power there is a pronounced predominance of very slow frequencies (VLF components), which reflects a transition to a lower, and therefore less effective level of regulation of cardiac activity. Thus, the signs of autonomic dysfunction revealed during cross-analysis of heart rate variability and variability of the duration of the respiratory cycle were confirmed during functional tests.
Предлагаемый способ диагностики состояния систем организма человека позволяет сократить время диагностики, исключить из процесса принятия решения трудоемкие и требующие значительных затрат времени процессы определения коэффициентов корреляции и их значимости, уточнить границы между низко- и высокочастотными диапазонами сердечного ритма, а после этого повторно оценить вклад парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в структуру спектральной мощности, диагностировать десинхронизацию дыхательного и сосудодвигательного центров вегетативной нервной системы, диагностировать психоэмоциональное напряжение. The proposed method for diagnosing the state of human body systems allows reducing the diagnostic time, eliminating the labor-intensive and time-consuming processes of determining the correlation coefficients and their significance, clarifying the boundaries between the low and high frequency ranges of the heart rhythm, and then re-evaluating the contribution of the parasympathetic department autonomic nervous system into the structure of spectral power, diagnose respiratory and vasomotor desynchronization o centers of the autonomic nervous system, diagnose psycho-emotional stress.
Источники информации
1. Козырев О.А., Богачев Р.С. Использование математического анализа ритма дыхания для определения вегетативного тонуса. Ж. "Вестник аритмологии", 1999, 11.Sources of information
1. Kozyrev O.A., Bogachev R.S. Using a mathematical analysis of the rhythm of breathing to determine vegetative tone. J. "Bulletin of Arrhythmology", 1999, 11.
2. Патент Российской Федерации 2039523. Способ ранней диагностики функционального состояния систем организма. Блудов А.А., Кремсал А.Г. Информационный бюллетень "Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки", 1995, 20. 2. Patent of the Russian Federation 2039523. A method for early diagnosis of the functional state of body systems. Bludov A.A., Kremsal A.G. Newsletter "Discoveries, Inventions, Industrial Designs and Trademarks", 1995, 20.
3. Лукошкова Е.В., Хаютин В.М., Бекбосынова М.С. QRS-амплитудограмма и ее частотный спектр: применение для оценки мощности колебаний частоты сердцебиений. Ж. "Кардиология", 2000 г. 9. Стр.54-63. 3. Lukoshkova E.V., Khayutin V.M., Bekbosynova M.S. QRS-amplitudeogram and its frequency spectrum: application for assessing the power of fluctuations in heart rate. J. "Cardiology", 2000. 9. Pages 54-63.
4. Судаков К. В., Тараканов О.П., Юматов Е.А. Кросс-корреляционный вегетативный критерий эмоционального стресса. Ж. "Физиология человека", 1995 г., том 21, 3. Стр.87-95. 4. Sudakov K. V., Tarakanov O. P., Yumatov E. A. Cross-correlation autonomic criterion of emotional stress. J. "Human Physiology", 1995,
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102688/14A RU2195163C2 (en) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | Method for evaluating functional state of human body based upon analysis of cardiac rhythm variability and that of respiratory cycle duration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001102688/14A RU2195163C2 (en) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | Method for evaluating functional state of human body based upon analysis of cardiac rhythm variability and that of respiratory cycle duration |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001102688A RU2001102688A (en) | 2002-11-27 |
| RU2195163C2 true RU2195163C2 (en) | 2002-12-27 |
Family
ID=20245387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001102688/14A RU2195163C2 (en) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | Method for evaluating functional state of human body based upon analysis of cardiac rhythm variability and that of respiratory cycle duration |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2195163C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084983A1 (en) * | 2007-12-29 | 2009-07-09 | Nadezhda Viktorovna Sherashova | Method for evaluating and prognosticating the daily emotive behavior states and psychophysiological activity of a person according to the measures of night hypersympathicotonia syndrome |
| MD101Z (en) * | 2009-02-04 | 2010-06-30 | Виктор ЛАКУСТА | Method for estimating the correlation of the cardiac and respiratory rhythms |
| RU2714438C1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-02-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") | Method for assessing a functional state of an organism |
| CN111956243A (en) * | 2020-08-20 | 2020-11-20 | 大连理工大学 | Stress assessment system for counter |
-
2001
- 2001-01-29 RU RU2001102688/14A patent/RU2195163C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАЕВСКИЙ Р.М. и др. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. - М.: 1984, с.89-101. Heart rate variability, Europ. Heart J. - 1986, 17, р.354-381. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009084983A1 (en) * | 2007-12-29 | 2009-07-09 | Nadezhda Viktorovna Sherashova | Method for evaluating and prognosticating the daily emotive behavior states and psychophysiological activity of a person according to the measures of night hypersympathicotonia syndrome |
| AU2008344042B2 (en) * | 2007-12-29 | 2013-02-28 | Nadezhda Viktorovna Sherashova | Method for evaluating and prognosticating the daily emotive behavior states and psychophysiological activity of a person according to the measures of night hypersympathicotonia syndrome |
| MD101Z (en) * | 2009-02-04 | 2010-06-30 | Виктор ЛАКУСТА | Method for estimating the correlation of the cardiac and respiratory rhythms |
| RU2714438C1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-02-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") | Method for assessing a functional state of an organism |
| CN111956243A (en) * | 2020-08-20 | 2020-11-20 | 大连理工大学 | Stress assessment system for counter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Molina et al. | Post-exercise heart-rate recovery correlates to resting heart-rate variability in healthy men | |
| US9265430B2 (en) | Method, system and software product for the measurement of heart rate variability | |
| US7079888B2 (en) | Method and apparatus for monitoring the autonomic nervous system using non-stationary spectral analysis of heart rate and respiratory activity | |
| US20030093002A1 (en) | Function indicator for autonomic nervous system based on phonocardiogram | |
| EP1273265B1 (en) | Monitoring a condition of a patient under anaesthesia or sedation | |
| US20070112275A1 (en) | Medical Intervention Indicator Methods and Systems | |
| Ziegler et al. | Normal ranges and reproducibility of statistical, geometric, frequency domain, and non-linear measures of 24-hour heart rate variability | |
| US20120136226A1 (en) | Pulse Oximetry For Determining Heart Rate Variability As A Measure Of Susceptibility To Stress | |
| US20080045844A1 (en) | Method and system for cardiovascular system diagnosis | |
| Nardelli et al. | Reliability of lagged poincaré plot parameters in ultrashort heart rate variability series: Application on affective sounds | |
| EP3533389A1 (en) | Methods and systems for measuring a stress indicator, and for determining a level of stress in an individual | |
| US20030097075A1 (en) | Automated and remote controlled method and system for assessing function of autonomic nervous system | |
| WO2018130897A1 (en) | Method and system for determining heart rate variability | |
| RU2195163C2 (en) | Method for evaluating functional state of human body based upon analysis of cardiac rhythm variability and that of respiratory cycle duration | |
| Kochiadakis et al. | Assessment of autonomic function at rest and during tilt testing in patients with vasovagal syncope | |
| GB2469547A (en) | Measurement of heart rate variability | |
| RU2344749C1 (en) | Method of regulatory resource adaptation ability assessment for teenagers | |
| RU2510621C1 (en) | Method for integrated assessment of functional state of stress stimulated body | |
| Bukhari et al. | Identification of hrv nonlinear indices in healthy subjects with age | |
| JP2003190109A (en) | Autonomic nervous system function evaluating method and system therefor | |
| RU2776233C1 (en) | Method for pre-nosology diagnosis of the state of the human autonomic nervous system | |
| JP2003190110A (en) | Autonomic nervous system function indicator based on phonocardiogram | |
| RU2199946C2 (en) | Method for predicting type and degree of autonomic lesions in patients with severe craniocerebral trauma | |
| RU2141246C1 (en) | Method for investigating cardiac rhythm variability | |
| JP2009082548A (en) | Blood vessel function diagnostic system and program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040130 |