RU2392848C1

RU2392848C1 - Способ диагностики стресса у человека

Info

Publication number: RU2392848C1
Application number: RU2009100624/14A
Authority: RU
Inventors: Михаил Михайлович Лапкин (RU); Михаил Михайлович Лапкин; Роман Петрович Карасев (RU); Роман Петрович Карасев
Priority date: 2009-01-11
Filing date: 2009-01-11
Publication date: 2010-06-27

Abstract

Изобретение относится к медицине, в частности к физиологии. Одновременно регистрируют кардиоритмограммы и пневмограммы, осуществляют оцифровку аналоговых сигналов огибающих кривых с частотой дискриминации 100 миллисекунд. Рассчитывают корреляционное отношение (η_xy) по формуле:

где

X_i - зачения динамического ряда ранжированных по дыханию точек кривой, огибающей периоды последовательно огибающих кардиоциклов,

M_x - среднее арифметическое динамического ряда ранжированных по дыханию точек кривой,

М_ху - частное среднее арифметическое кардиоциклов динамического ряда ранжированных по дыханию точек кривой. При значениях η_ху больше 0,7 диагностируют отсутствие стресса, при значениях η_ху 0,3-0,7 - стресс среднего уровня, при значениях η_xy меньше 0,3 - выраженный стресс. Способ повышает достоверность диагностики стресса, что достигается за счет расчета показателя респираторно-кардиальных взаимоотношений. 1 табл.

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к физиологии, и может быть использовано для диагностики стресса у человека в различных стрессогенных ситуациях.

Известен интегральный показатель оценки уровня стресса у человека, основанный на математическом анализе ритма сердца и расчета интегрального показателя активности регуляторных систем (ПАРС) (Р.М.Баевский с соавт., 1984; Р.М.Баевский, 2005). Этот комплексный показатель формируется на основе пяти базовых определителей:

1) суммарного эффекта регуляции, оцениваемого по показателям частоты сердечных сокращений в минуту;

2) суммарной активности регуляторных механизмов, оцениваемой по среднему квадратичному отклонению (SDNN) и по суммарной мощности спектра кривой, огибающей последовательно зарегистрированных кардиоциклов (ТР);

3) вегетативному балансу, оцениваемому по комплексу показателей: стресс-индексу (Si), показателю разнообразия признака (RMSSD), мощности спектра высокочастотного диапазона (HF) кривой, огибающей последовательность кардиоциклов, индексу централизации (IC);

4) активности симпатического вазомоторного центра, регулирующего сосудистый тонус, оцениваемого по мощности спектра медленных волн (LF) кривой, огибающей последовательность кардиоциклов;

5) активности надсегментарных уровней регуляции, оцениваемой по мощности спектра очень медленных волн (VLF) кривой, огибающей последовательность кардиоциклов;

Недостатком показателя активности регуляторных систем, предложенного Р.М.Баевским, являются жесткие критерии частоты колебательного процесса, огибающего длительности последовательно зарегистрированных кардиоциклов, используемые при его формировании и отсутствие в алгоритме учета реальной частоты дыхательных движений испытуемых.

В частности, верхней границей медленного колебательного процесса (LF) по Р.М.Баевскому (2005) является колебательный процесс с периодом 6-7 секунд, что соответствует частоте 8,5-10 колебаний в минуту. Эти показатели согласно Р.М.Баевскому соответствуют колебаниям сосудистого тонуса.

Однако известно, что у высокотренированных спортсменов, а в ряде случаев у отдельных лиц, страдающих заболеваниями дыхательной системы, частота дыхательных движений в состоянии относительного физиологического покоя может составлять 8-10 дыханий в минуту (В.Н.Абросимов, 1990), и это будет отражаться на кривой, огибающей длительности последовательно зарегистрированных кардиоциклов. В соответствии с алгоритмом Р.М.Баевского при оценке указанного колебательного процесса его необходимо отнести к диапазону быстроволнового (HF), а не к диапазону медленоволнового (LF). В этой связи должны измениться реальные значения ПАРС, величина которого является производной от значений HF и LF.

Таким образом, при расчете интегрального показателя ПАРС на основе математического анализа ритма сердца, отражающего по Р.М.Баевскому уровень стресса, необходимо учитывать влияние дыхания на форму кривой, огибающей последовательно зарегистрированные длительности кардиоциклов.

Известен способ оценки показателя эмоционального стресса (К.В.Судаков с соавт., 1995), основанный на одновременной регистрации частоты дыхания и частоты сердечных сокращений, определении коэффициента корреляции частоты сердцебиений и дыхания, по высокой величине которого судят о возникновении стресса. Предложенный способ позволяет оценить связь между частотой сердечных сокращений и частотой дыхания, но не позволяет оценить влияния дыхания на характеристики кривой, огибающей длительности последовательно зарегистрированных кардиоциклов. Вместе с тем известно, что повышение частоты сердечных сокращений и дыхательных движений отмечается лишь в 1 стадию стресса - стадию тревоги, а во время стадии резистентности, как правило, эти показатели восстанавливаются к исходному уровню. В течение второй стадии стресса отмечается сохранение изменений показателей вариабельности сердечного ритма (ВСР) и изменения влияний на показатели ВСР дыхания, что нельзя оценить данным способом.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ оценки стресса путем расчета респираторно-кардиального коэффициента (О.С.Глазачев с соавт., 2001), который представляет из себя коэффициент прямолинейной корреляции между точками кривой, огибающей периоды последовательно зарегистрированных кардиоциклов, с частотой дискритизации 100 миллисекунд, и соответствующими точками дыхательной кривой синхронно зарегистрированной с кардиоритмограммой.

где r_xy - респираторно-кардиальный коэффициент;

x_i - варианты динамического ряда точек кривой, огибающей периоды последовательно зарегистрированных кардиоциклов;

M_x - среднее арифметическое (математическое ожидание) динамического ряда оцифрованных точек кривой, огибающей последовательно зарегистрированные кардиоциклы;

y_i - варианты динамического ряда соответствующих точек дыхательной кривой, синхронно зарегистрированной с кардиоритмограммой;

M_y - среднее арифметическое (математическое ожидание) соответствующих точек дыхательной кривой, синхронно зарегистрированной с кардиоритмограммой;

n - количество, вариант.

Авторами данного способа отмечается, что в состоянии покоя респираторно-кадиальный коэффициент должен колебаться в диапазоне от 0,4 до 0,8. При стрессе этот показатель становится меньше 0,4.

Однако из литературы известно (В.Б.Славин, 1989; Н.А.Плохинский, 1990), что в биологических системах, а следовательно, и в организме человека, характер взаимосвязей между показателями функционирования тех или иных систем носит криволинейный характер. Поэтому достоверно, в полном объеме описать характер этих взаимосвязей с помощью коэффициента прямолинейной корреляции не представляется возможным.

Таким образом, предложенный О.С.Глазачевым с соавторами респираторно-кардиальный коэффициент для оценки стресса у человека не во всех случаях достоверно позволяет выявить стресс у человека.

Цель изобретения: повышение достоверности показателя респираторно-кардиальных взаимоотношений для диагностики стресса.

Поставленная цель достигается тем, что у испытуемых в положении сидя регистрируются одновременно кардиоритмограмма и дыхательная кривая (пневмограмма) в течение 5 минут. Эпоха анализа является общепринятой для выявления низкочастотных составляющих колебательных процессов (Р.М.Баевский, 2005). Далее осуществляется оцифровка двух аналоговых сигналов - кривой, огибающей последовательно зарегистрированные кардиоциклы, и синхронно зарегистрированной с кардиоритмограммой дыхательной кривой с частотой дискретизации 100 миллисекунд. После получения двух динамических рядов рассчитывают корреляциооное отношение, отражающее влияние дыхания или отсутствие такого влияния на характер кривой, огибающей последовательно зарегистрированные кардиоциклы, по формуле:

где η_xy - корреляционное отношение;

x_i - варианты динамического ряда, ранжированных по дыханию точек кривой, огибающей периоды последовательно зарегистрированных кардиоциклов;

M_x - среднее арифметическое (математическое ожидание) динамического ряда оцифрованных, ранжированных по дыханию точек кривой, огибающей последовательно зарегистрированные кардиоциклы;

M_xy - частное среднее арифметическое выделенных классов кардиоциклов динамического ряда оцифрованных, ранжированных по дыханию точек кривой, огибающей последовательно зарегистрированные кардиоциклы;

n - количество, вариант.

Сила взаимосвязей между рассматриваемыми показателями, а следовательно, и степень выраженности стресса отражается в величине корреляционного отношения (Н.А.Плохинский, 1990):

η_xy>0,7 - выраженная связь, относительный физиологический покой, отсутствие стресса;

η_ху=0,3-0,7 - средней силы связь, стресс среднего уровня;

η_ху<0,3 - слабая связь, выраженный стресс.

С точки зрения авторов изобретения предлагаемый показатель более достоверно отражает респираторно-кардиальные отношения, а следовательно, более достоверно отражает стрессовое состояние человека.

Для экспериментального обоснования данного утверждения были проведены исследования на 89 испытуемых обоего пола в возрасте от 18 до 20 лет. В качестве модели стресса была выбрана модель экзаменационного стресса. У всех испытуемых в состоянии относительного покоя перед практическими занятиями и перед экзаменом по нормальной физиологии одновременно регистрировали кардиоритмограмму и пневмограмму с помощью программно-аппаратного комплекса «Варикард» производства фирмы «Рамена», Россия (Сертификат соответствия №RU UM 24 В01655, Регистрационное удостоверение №ФСР 2008/03109) с последующей обработкой по алгоритму, предложенному О.С.Глазачевым с соавт., (2001), и в соответствии с заявляемым способом. Результаты были сопоставимы у представителей обоего пола. Результаты математической обработки экспериментальных данных представлены в таблице 1.

Таблица 1
Респираторно-кардиальные отношения у испытуемых в состоянии относительного физиологического покоя и при экзаменационном стрессе, выявленные путем расчета прямолинейного коэффициента корреляции и корреляционного отношения
Состояние Показатель	Относительный физиологический покой	Экзаменационный стресс	Pd
r_xy(М±m)	-0,1±0,03	-0,06±0,02	>0,05
η_ху(М±m)	0,51±0,04	0,32±0,03	<0,05

Обозначения: r_xy - респираторно-кардиальный коэффициент (коэффициент прямолинейной корреляции), рассчитанный по алгоритму О.С.Глазачева; η_ху - корреляционное отношение, показатель, предлагаемый для оценки респираторно-кардиальных отношений; Pd - вероятность ошибочного суждения о различии сравниваемых средних величин (М).

Как следует из представленной таблицы, значения респиратоно-кардиальных отношений по О.С.Глазачеву с соавторами (2001) в методических условиях изменяются с -0,1±0,03, в состоянии относительного физиологического покоя, перед практическими занятиями до -0,06±0,02 в состоянии стресса. И тот и другой показатель свидетельствуют о слабой корреляционной связи между дыханием и кривой, огибающий периоды последовательно зарегистрированных циклов. Это должно свидетельствовать о сильном стрессе как в состоянии покоя, так и на экзамене, т.е. достоверных различий в состоянии испытуемых практически не выявлено.

Предлагаемый показатель свидетельствует, что в изучаемой группе в условиях относительного физиологического покоя перед практическими занятиями существует средний уровень стресса, который возрастает практически до высокого уровня перед экзаменами. При этом указанные изменения предлагаемого показателя носят достоверный характер, что свидетельствует о его большей надежности, чем показатель, выбранный за ближайший аналог.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Абросимов В.Н. Нарушение регуляции дыхания. - М.: Медицина, 1990. - 248 с.

2. Баевский P.M., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. - М.: Наука, 1984. - 221 с.

3. Баевский P.M. Теоретические и прикладные аспекты оценки и прогнозирования функционального состояния организма при действии факторов длительного космического полета. / Актовая речь. - М.: ИМБП, 2005. - 39 с.

4. Глазачев О.С., Дудник Е.Н., Классина С.Я. Респираторно-кардиальные взаимоотношения в организме человека при ритмических тепловых воздействиях // Вестник новых медицинских технологий, Тула, 2001, т.9, №1, с.44-49.

5. Плохинский Н.А. Биометрия. - М.: МГУ, 1990. - 365 с.

6. Славин В.Б. Методы системного анализа в медицинских исследованиях. - М.: Медицина, 1989. - 309 с.

7. Судаков К.В., Тараканов О.П., Юматов Е.А. Кросс-корреляционный вегетативный критерий эмоционального стресса // Физиология человека, 1995, том 21, №3. С.87-95.

Claims

Способ диагностики стресса у человека, включающий одновременную регистрацию кардиоритмограммы и пневмограммы, оцифровку аналоговых сигналов огибающих кривых с частотой дискриминации 100 мс, отличающийся тем, что рассчитывают корреляционное отношение (η_ху) по формуле:

где Х_i - значения динамического ряда ранжированных по дыханию точек кривой, огибающей периоды последовательно огибающих кардиоциклов;
M_x - среднее арифметическое динамического ряда ранжированных по дыханию точек кривой;
М_ху - частное среднее арифметическое кардиоциклов динамического ряда ранжированных по дыханию точек кривой,
и при значениях η_ху больше 0,7 диагностируют отсутствие стресса, при значениях η_ху 0,3-0,7 - стресс среднего уровня, при значениях η_ху меньше 0,3 - выраженный стресс.