RU2712045C1

RU2712045C1 - Method for piezo-pulse-metric evaluation of the autonomous regulation of the cardiovascular system in humans

Info

Publication number: RU2712045C1
Application number: RU2018144770A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Нестеров; Сергей Владимирович Нестеров; Антон Игоревич Бурдыгин
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2020-01-24

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to methods for piezo-pulse-metric evaluation of autonomous regulation of cardiovascular muscle effectors in humans. Piezosensor and transducer are used to realize interface between sensorand personal computer. To assess the variability of pulse arterial blood pressure value, the ordinate is used to divide an absolute positive extremum of a pulse wave of arterial blood pressure on a differential sphygmogram. To estimate cardiac rhythm variability by cardiac cycle duration, abscissa is used to spread the same absolute positive extremum of pulse wave of arterial blood pressure on differential sphygmogram.EFFECT: piezo-pulse-metric evaluation of the autonomous regulation of cardiovascular muscle effectors in a human with the development of various pathologies and in the natural aging of the body.3 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к кардиологии и нейрофизиологии человека, и может быть использовано для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний в клинике, в частности для проведения профилактического медицинского обследования различных групп населения, с целью оценки тенденций развития функциональных доклинических изменений в сердечно-сосудистой системе.The invention relates to cardiology and human neurophysiology, and can be used to diagnose cardiovascular diseases in a clinic, in particular for conducting a preventive medical examination of various population groups, in order to assess trends in the development of functional preclinical changes in the cardiovascular system.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Разработка и совершенствование методологии и технических средств ранней диагностики состояния сердечно-сосудистой системы человека является чрезвычайно актуальной задачей в современных условиях, поскольку эта система наиболее уязвима по отношению к физическим и эмоциональным, в т.ч. стрессовым, нагрузкам часть организма и именно сердечно-сосудистая патология в структуре заболеваемости, инвалидизации и смертности занимает устойчивое первое место в развитых странах мира, в том числе и в России. Важнейшую роль в регуляции мышечных эффекторных структур сердечнососудистой системы и в адаптации их функций к меняющимся условиям внешней и внутренней среды играют вегетативная нервная и гуморальная эндокринная системы.The development and improvement of the methodology and technical tools for early diagnosis of the state of the human cardiovascular system is an extremely urgent task in modern conditions, since this system is most vulnerable to physical and emotional ones, including part of the body, namely, cardiovascular pathology in the structure of morbidity, disability and mortality, occupies a stable first place in the developed countries of the world, including Russia. The most important role in the regulation of muscle effector structures of the cardiovascular system and in the adaptation of their functions to the changing conditions of the external and internal environment is played by the autonomic nervous and humoral endocrine systems.

Известно, что до настоящего времени неинвазивные способы оценки характера вегетативной (автономной) регуляции сердечно-сосудистой системы ограничивались вариационно-статистическим и спектральным анализом кардиоинтервалограмм [1-3], выполняемым с помощью методов электрокардиографии, например, такие системы, как "Инкарт" («Инкарт» - Стационарный компьютерный кардиограф высокого разрешения «Кардиотехника-экг-8» (электронное депонирование - источник информации: https://www.incart.ru/production/kt-ekg-8/), "Holter for windows" (холтеровская система, производитель: ООО «Крафт медицинские системы»), и другие. Однако, метод электрокардиографии, несмотря на его высокую информативность при изучении динамики электрического возбуждения сердца и широкую применяемость при проведении спектрального анализа вариабельности сердечного ритма, не может оценивать гемодинамику, сократительную способность миокарда и состояние сосудистого тонуса. Поэтому в последние годы активно разрабатывались системы, в которых использовались и другие способы неинвазивного изучения состояния сердечно-сосудистой системы.It is known that, until now, non-invasive methods for assessing the nature of the autonomic (autonomous) regulation of the cardiovascular system have been limited to variational-statistical and spectral analysis of cardiointervalograms [1-3] performed using electrocardiography methods, for example, systems such as Incart (" Incart "- High-resolution stationary computer cardiograph" Cardiotechnics-ecg-8 "(electronic deposit - source of information: https://www.incart.ru/production/kt-ekg-8/)," Holter for windows "(Holter system , manufacturer: LLC Kraft medical systems "), and others. However, the electrocardiography method, despite its high information content in studying the dynamics of electrical excitation of the heart and its wide applicability in the spectral analysis of heart rate variability, cannot evaluate hemodynamics, myocardial contractility and vascular tone. Therefore In recent years, systems have been actively developed that use other methods of non-invasive study of the state of the cardiovascular system.

Одним из перспективных направлений является разработка пульсометрических методов. Были созданы специализированные системы диагностики сердечно-сосудистой системы, в основе которых лежит регистрация амплитудно-временных параметров пульсовых волн артериального давления крови в виде электрических сигналов, возникающих в результате преобразования специальными датчиками механических сигналов от стенок артерий, перемещающихся под воздействием пульсовых волн артериального давления - сфигмография (СФГ), или от изменяющихся объемов тканей, вызванных воздействием пульсирующего притока крови - плетизмография. Для этого на основе разных датчиков были созданы такие системы, как "Finapres" (Finapres Medical Systems | Finometer PRO, электронное депонирование, источник информции: http://www.finapres.com/Products/Finometer-PRO), "Portapres" (Finapres Medical Systems | Portapres - электронное депонирование, источник информции: http://www.finapres.com/Products/Portapres), "SphygmoCor Рх" (SphygmoCor® Рх - электронное депонирование источника информации: https://www.yumpu.com/en/document/view/29016937/sphygmocor-px-atcor-medical) и другие, во многом объединяющие плетизмографию со сфигмографией, а сам метод получил название объемной сфигмографии (ОСФГ) [4-6]. Недостатком этого метода является то, что регистрируемый при этом сигнал отражает пульсовые изменения и артериального, и капиллярного, и венозного кровенаполнения тканей, по разному изменяющих объем ткани под датчиком. Это приводит к демпфированию сигнала, сглаживанию контура графика кардиоцикла и к потере ряда существенных деталей на регистрируемой кривой. Дифференцирование такой пульсограммы облегчает процедуру временного анализа графика по «кодирующим» точкам, но не повышает точность и информативность обследования.One of the promising areas is the development of heart rate methods. Specialized diagnostic systems for the cardiovascular system have been created, which are based on recording the amplitude-time parameters of pulse waves of blood pressure in the form of electrical signals resulting from the conversion by special sensors of mechanical signals from the walls of arteries moving under the influence of pulse waves of blood pressure - sphygmography (SFH), or from changing volumes of tissue caused by exposure to a pulsating blood flow - plethysmography. For this, based on different sensors, systems such as "Finapres" (Finapres Medical Systems | Finometer PRO, electronic deposit, information source: http://www.finapres.com/Products/Finometer-PRO), "Portapres" ( Finapres Medical Systems | Portapres - electronic deposit, information source: http://www.finapres.com/Products/Portapres), "SphygmoCor Px" (SphygmoCor® Px - electronic deposit of information source: https://www.yumpu.com / en / document / view / 29016937 / sphygmocor-px-atcor-medical) and others, which combine plethysmography with sphygmography in many respects, and the method itself is called volume sphygmography (OSFG) [4-6]. The disadvantage of this method is that the signal recorded in this case reflects pulse changes in arterial, capillary, and venous blood supply to tissues that change the volume of tissue under the sensor in different ways. This leads to signal damping, smoothing the contour of the cardiocycle graph and to the loss of a number of significant details on the recorded curve. Differentiation of such a pulsogram facilitates the procedure of temporal analysis of the graph by "coding" points, but does not increase the accuracy and information content of the examination.

Известно изобретение, по своим техническим характеристикам взятое за первый прототип, - патент РФ с названием «Способ пульсометрической оценки функционального состояния и характера вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы человека» (RU 2268639 от 14.04.2004 г.; авторы: Нестеров В.П., Бурдыгин А.И. и Нестеров С.В.). Из описания патента известно, что используются высокочувствительные и малогабаритные звуковые преобразователи с широкой полосой рабочих частот и высокой собственной резонансной частотой (более 2600 Гц) в качестве датчиков для преобразования механических воздействий на них непосредственно в электрический сигнал, который может быть зарегистрирован графически в виде кривой скорости изменения силы воздействия, что приводит к возможности проведения анализа больших массивов пульсометрической информации, через непрерывный мониторинг изменений амплитудно-временных параметров пульсограммы, и получение расчетных данных практически в реальном масштабе времени.The invention is known, according to its technical characteristics taken for the first prototype, a RF patent with the name "Method for the pulsometric evaluation of the functional state and nature of the autonomic regulation of the human cardiovascular system" (RU 2268639 dated 04/14/2004; Authors: Nesterov V.P. , Burdygin A.I. and Nesterov S.V.). From the description of the patent it is known that highly sensitive and small-sized sound transducers with a wide band of operating frequencies and a high natural resonant frequency (more than 2600 Hz) are used as sensors for converting mechanical influences on them directly into an electrical signal, which can be recorded graphically as a speed curve changes in the impact force, which leads to the possibility of analyzing large arrays of pulsometric information through continuous monitoring of changes the amplitude-time parameters of the pulsogram, and obtaining the calculated data in almost real time.

Недостатком заявленного способа является то, что в описании этого патента подробно излагался способ неинвазивного определения функционального состояния миокарда у человека и лишь кратко констатировалась принципиальная возможность использования этого метода для оценки других важных показателей, характеризующих свойства и особенности регуляции структур сердечно-сосудистой системы.The disadvantage of the claimed method is that the description of this patent described in detail the method of non-invasive determination of the functional state of the myocardium in humans and only briefly stated the fundamental possibility of using this method to evaluate other important indicators characterizing the properties and features of regulation of the structures of the cardiovascular system.

Известно также еще одно изобретение, которое по своим техническим характеристикам взято за второй прототип, где разработан двухканальный метод артериальной пьезопульсометрии (АПП-2) с названием «Способ определения скорости распространения пульсовой волны артериального давления крови и устройство для его осуществления» (RU 2511453 от 09.07.2012 г. [7]). В АПП-2 были применены два синхронно функционирующих пьезодатчика и специально сконструированный преобразователь, осуществляющий интерфейс между датчиками и персональным компьютером [7]).Another invention is also known, which, according to its technical characteristics, is taken as a second prototype, where a two-channel method of arterial piezopulsometry (APP-2) with the name "Method for determining the propagation velocity of a pulse wave of blood pressure of blood and a device for its implementation" (RU 2511453 from 09.07 .2012 g. [7]). In APP-2, two synchronously functioning piezoelectric sensors and a specially designed transducer that interface between the sensors and a personal computer were used [7]).

Задачей заявляемого технического решения являлась инновационная разработка способа пьезопульсометрической оценки характера автономной регуляции мышечных эффекторов сердечно-сосудистой системы у человека при развитии различных патологий и в процессе естественного старения его организма, которая решается за счет новых технологических усовершенствований в виде алгоритмов обследования параметров пульсовых волн артериального давления крови.The objective of the proposed technical solution was the innovative development of a method of piezometric analysis of the nature of the autonomous regulation of muscle effectors of the cardiovascular system in humans during the development of various pathologies and during the natural aging of his body, which is solved by new technological improvements in the form of algorithms for examining parameters of pulse waves of blood pressure .

Раскрытие сущности технического решенияDisclosure of the essence of the technical solution

Технический результат вышеприведенной задачи достигается за счет разработки способа пьезопульсометрической оценки характера автономной регуляции мышечных эффекторов сердечно-сосудистой системы у человека, включающий в себя использование по меньшей мере одного пьезодатчика, преобразователь, осуществляющий интерфейс между датчиком и персональным компьютером, и отличающийся тем, чтоThe technical result of the above task is achieved by developing a method of piezopulsometric evaluation of the nature of the autonomous regulation of muscle effectors of the cardiovascular system in humans, including the use of at least one piezoelectric transducer, a transducer that provides an interface between the transducer and a personal computer, and characterized in that

для оценки вариабельности величины пульсового артериального давления крови используется разброс по ординате абсолютного положительного экстремума пульсовой волны артериального давления крови на дифференциальной сфигмограмме,to assess the variability of the pulse blood pressure, the scatter in the ordinate of the absolute positive extremum of the pulse wave of the blood pressure in the differential sphygmogram is used,

а для оценки вариабельности сердечного ритма (по длительности кардиоцикла) используется разброс по абсциссе абсолютного положительного экстремума пульсовой волны артериального давления крови на дифференциальной сфигмограмме. Указанные признаки технического решения обеспечивают получение новых технологических усовершенствований в виде алгоритма обследования параметров пульсовых волн артериального давления крови.and to assess the variability of the heart rhythm (by the duration of the cardiocycle), the abscissa spread of the absolute positive extremum of the pulse wave of blood pressure in the differential sphygmogram is used. The indicated features of the technical solution provide new technological improvements in the form of an algorithm for examining the parameters of pulse waves of blood pressure.

Возможен вариант технического решения, где используют абсолютный положительный экстремум дифференциальной сфигмограммы, на который никогда не накладывается волна артериального давления крови, отраженная от периферического сосудистого сопротивления, что увеличивает точность оценки вариабельных параметров пульсовых волн артериального давления крови.A technical solution is possible where an absolute positive extremum of the differential sphygmogram is used, on which the wave of blood pressure reflected from peripheral vascular resistance is never superimposed, which increases the accuracy of estimating the variable parameters of pulse waves of blood pressure.

Возможен вариант технического решения, где синхронно используют два пьезодатчика и положительные экстремумы на соответствующих дифференциальных сфигмограммах с проведением одновременного спектрального анализа вариабельности и величины пульсового артериального давления крови, и сердечного ритма (по длительности кардиоциклов) в двух разных артериях. Указанные признаки технического решения обеспечивают сравнительную оценку степени участия симпатической и парасимпатической систем в автономной регуляции кардиогемодинамики, а также в поддержании миогенного тонуса стенок этих артерий.A technical solution is possible where two piezosensors and positive extremes are simultaneously used on the corresponding differential sphygmograms with simultaneous spectral analysis of the variability and value of the pulse blood pressure and heart rate (by the duration of cardiac cycles) in two different arteries. The indicated features of the technical solution provide a comparative assessment of the degree of involvement of the sympathetic and parasympathetic systems in the autonomous regulation of cardiodynamics, as well as in maintaining the myogenic tone of the walls of these arteries.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1. Представлен пример реализации технического решения - артериальная пьезопульсограмма (I) усредненного кардиоцикла, зарегистрированная с лучевой артерии мужчины 72 лет и, для сравнения, - соответствующая обычная сфигмограмма (II), зарегистрированная с помощью комплекса "SphygmoCor Рх";In FIG. 1. An example of the implementation of a technical solution is presented — an arterial piezopulsogram (I) of an averaged cardiocycle recorded from the radial artery of a 72-year-old man and, for comparison, the corresponding conventional sphygmogram (II) recorded using the SphygmoCor Px complex;

На фиг. 2. Представлен пример реализации технического решения, где А - график усредненного кардиоцикла с расчетными точками, построенный на основе пьезопульсограммы, зарегистрированной с a. carotis пожилого (83 г.) мужчины, где по оси ординаты Y отложены значения VPP - скорости изменения пульсового артериального давления крови, а по оси абсциссы X - время t (s). Б - объединенный (вспомогательный) график пульсовой волны АД этого же мужчины, полученный путем наложения графиков всех отдельных кардиоциклов этой пьезопульсограммы и их выравнивания по абсциссе экстремальной точки «В» для компьютерного построения и анализа графика - «А». Вариабельность величины VmaxPP отражается в вертикальном разбросе точек «В» на графике «Б».In FIG. 2. An example of the implementation of a technical solution is presented, where A is a graph of an averaged cardiocycle with calculated points, built on the basis of a piezo-pulsogram recorded with a. carotis of an elderly (83 g.) man, where VPP values of the rate of change of pulse blood pressure are plotted along the Y-axis, and time t (s) is plotted along the X-axis. B - the combined (auxiliary) graph of the pulse wave of the blood pressure of the same man, obtained by overlaying the graphs of all the individual cardiocycles of this piezo-pulsogram and aligning them with the abscissa of the extreme point “B” for computer construction and analysis of the graph “A”. The variability of VmaxPP is reflected in the vertical scatter of points “B” on graph “B”.

На таблице 1: показана возрастная зависимость показателей кардиогемодинамики и спектральной мощности колебаний параметров VmaxPP и TNN пульсовых волн АД крови в диапазоне 0,003 - 0,4 Гц,Table 1: shows the age-related dependence of cardiodynamic parameters and the spectral power of oscillations of the parameters VmaxPP and TNN of the pulse waves of blood pressure in the range of 0.003 - 0.4 Hz,

где n - число обследованных лиц данного возрастного этапа (общее число = 116), m - число сеансов обследования на данном этапе (общее число = 167); HF, LF, VLF и ULF - спектральная мощность колебаний параметров пульсовых волн АД в соответствующих частотных диапазонах (см. описание); размерность показателей: для параметра VmaxPP - [(mm Hg/s)²] и для параметра TNN - [ms²].where n is the number of persons examined at this age stage (total number = 116), m is the number of examination sessions at this stage (total number = 167); HF, LF, VLF and ULF - spectral power of oscillations of parameters of pulse waves of blood pressure in the corresponding frequency ranges (see description); dimension of indicators: for parameter VmaxPP - [(mm Hg / s) ² ] and for parameter TNN - [ms ² ].

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Разработанный способ осуществляется следующим образом. По меньшей мере один пьезодатчик накладывается и закрепляется на пульсирующих участках тела над близко прилегающими центральными эластическими или периферическими мышечно-эластическими артериями. Локальные механические толчки преобразовываются этим пьезодатчиком непосредственно в электрические сигналы, которые непрерывно регистрируются и визуализируются графически на экране монитора персонального компьютера в виде волнообразной кривой. Дифференциальный график пьезопульсограммы отражает скорость изменения пульсового артериального давления крови на разных этапах сердечного цикла в течение всего периода обследования и представляет каждый кардиоцикл в виде волнообразного контура с характерными перегибами. Это позволяет с помощью специально разработанного ранее компьютерного алгоритма выделять на графике расчетные точки (нулевые, экстремальные и точки перегиба) и с высокой точностью оценивать их амплитудно-временные параметры (см. фиг. 1 и 2). На фиг. 1 представлены два графика волны пульсового артериального давления одного кардиоцикла, построенные в виде артериальной пьезопульсограммы - I, где по оси ординаты Y отложена скорость изменения пульсового артериального давления (ПАД) крови - V_PP=dPP/dt [mm Hg/s] (ПАД=РР=САД-ДАД, где РР - англ. pulse pressure, САД - систолическое артериальное давление крови и ДАД - диастолическое АД крови), а по оси абсциссы X - время - t [s], и, для сравнения, на этой же фиг. 1 представлена сфигмограмма в виде графика - II, построенного традиционным способом (ОСФГ), где по оси ординаты Y отложены значения РР [mm Hg], а по оси абсциссы X - время t [s]. Видны явные преимущества метода артериальной пьезопульсометрии для выполнения более точной экспресс-диагностики функционального состояния мышечных эффекторов сердечно-сосудистой системы у обследуемых. На фиг. 2 представлены два вида дифференциальных графиков пульсовых волн артериального давления крови, объединяющих все зарегистрированные кардиоциклы одной пьезопульсограммы: А - график усредненного кардиоцикла с расчетными точками, где по оси ординаты Y отложена скорость изменения пульсового артериального давления - V_PP, а по оси абсциссы X - время - t, и Б - набор вспомогательных графиков волн пульсового артериального давления всех зарегистрированных отдельных кардиоциклов этой же пьезопульсограммы, полученный путем их наложения и выравнивания по абсциссе экстремальной точки «В» для компьютерного построения и анализа графика «А». Использование точки «В» -абсолютного положительного экстремума, наибольшего по амплитуде и четко выделяемого на дифференциальном графике волны пульсового артериального давления крови, является отличительной особенностью нашей разработки. На эту точку, как это можно видеть на фиг. 1(I) и 2(A), никогда не накладывается отраженная от периферического сосудистого сопротивления пульсовая волна (ОПВ) и, следовательно, ОПВ не оказывает влияния на параметр «В», что существенно повышает точность оценки исследуемых показателей, по сравнению с большинством пульсометрических методов, использующих плетизмографические датчики и иные алгоритмы анализа, как на фиг. 1 (кривая II).The developed method is as follows. At least one piezoelectric transducer is superimposed and fixed on the pulsating parts of the body above the closely adjacent central elastic or peripheral muscular-elastic arteries. Local mechanical shocks are converted by this piezoelectric sensor directly into electrical signals, which are continuously recorded and visualized graphically on a personal computer monitor screen in the form of a wave-like curve. The differential graph of the piezo-pulsogram reflects the rate of change of the pulse arterial blood pressure at different stages of the cardiac cycle throughout the entire examination period and represents each cardiocycle in the form of a wave-like contour with characteristic kinks. This allows using a specially developed computer algorithm to highlight the calculated points on the graph (zero, extreme and inflection points) and to estimate their amplitude-time parameters with high accuracy (see Figs. 1 and 2). In FIG. Figure 1 shows two graphs of a pulse blood pressure wave of one cardiocycle, constructed in the form of an arterial piezo-pulsogram - I, where the rate of change in pulse blood pressure (PAD) of the blood is plotted along the Y axis - V _PP = dPP / dt [mm Hg / s] (PAD = PP = SBP-DBP, where PP is the English pulse pressure, SBP is the systolic blood pressure and DBP is the diastolic blood pressure), and along the x-axis the time is t [s], and, for comparison, in the same FIG. . Figure 1 shows the sphygmogram in the form of a graph - II constructed in the traditional way (OSFG), where the values of PP [mm Hg] are plotted along the ordinate Y, and the time t [s] is plotted along the abscissa X. The obvious advantages of the method of arterial piezopulsometry for performing a more accurate rapid diagnosis of the functional state of the muscle effectors of the cardiovascular system in the subjects are visible. In FIG. Figure 2 shows two types of differential graphs of pulse waves of blood pressure that combine all the registered cardiocycles of one piezo-pulsogram: A is a graph of the averaged cardiocycle with calculated points, where the rate of change in pulse blood pressure is plotted along the y-axis, V _PP , and the time on the x-axis is the time - t, and B - a set of auxiliary waveforms of pulse blood pressure waves of all registered individual cardiocycles of the same piezo-pulsogram obtained by superimposing them and aligned I abscissa extreme point "B" for computer design and analysis of schedule "A". The use of point "B" - the absolute positive extremum, the largest in amplitude and clearly distinguished on the differential graph of the pulse wave of blood pressure, is a distinctive feature of our development. At this point, as can be seen in FIG. 1 (I) and 2 (A), the pulse wave (OPV) reflected from the peripheral vascular resistance is never superimposed and, therefore, the OPV does not affect the parameter “B”, which significantly increases the accuracy of the assessment of the studied parameters, compared with most pulsometric methods using plethysmographic sensors and other analysis algorithms, as in FIG. 1 (curve II).

На фиг. 1 и 2 можно видеть, что абсцисса точки «В» точно фиксирует момент достижения максимальной скорости прироста пульсового артериального давления во время систолы, а ее ордината определяет величину максимальной скорости прироста пульсового артериального давления в этот момент - VmaxPP. Эту величину использовали в качестве меры при неинвазивной количественной сравнительной оценке сократительной способности миокарда левого желудочка сердца у людей, отличающихся по состоянию своего здоровья и возрасту. Применение величины максимальной скорости развития силы при одиночном сокращении препаратов фазных мышц животных в опытах in vitro является признанным способом оценки сократительной способности мышц [8]. Нормированная по времени (t) относительная величина параметра VmaxPP [mmHg/s], отражая сократимость или, другими словами, - инотропное состояние миокарда левого желудочка сердца, в условиях стандартной процедуры обследования была использована и для оценки эффективности выполнения миокардом левого желудочка сердца инотропной, т.е. силовой, направленной на выброс ударного объема крови в аорту, функции миокарда в целом. Анализ графиков пульсовых волн артериального давления крови, отражающих в основном фазные сокращения миокарда левого желудочка сердца, циклично выбрасывающего ударный объем крови в аорту, подтвердил правомочность применения методического приема, использующего точку «В». Далее осуществляют автоматическую расстановку точек на графике каждой распознанной пульсации с учетом их положения на усредненном графике. Момент регистрации точки «В» на графиках каждого кардиоцикла с помощью разработанного программного обеспечения уверенно оценивается с точностью ±1 дискрет, что составляет ±1 мс при частоте дискретизации сигнала равной 1 кГц.In FIG. 1 and 2, you can see that the abscissa of point “B” accurately captures the moment when the maximum growth rate of the pulse blood pressure during systole is reached, and its ordinate determines the value of the maximum growth rate of the pulse blood pressure at this moment - VmaxPP. This value was used as a measure in a non-invasive quantitative comparative assessment of the contractility of the myocardium of the left ventricle of the heart in people who differ in their state of health and age. The use of the maximum rate of strength development in a single contraction of animal phase muscle preparations in in vitro experiments is a recognized way to assess muscle contractility [8]. The time-normalized relative value of the parameter VmaxPP [mmHg / s], reflecting contractility or, in other words, the inotropic state of the left ventricular myocardium in the conditions of the standard examination procedure, was also used to evaluate the effectiveness of the left ventricular myocardium performing inotropic, t .e. power, aimed at ejection of stroke volume of blood into the aorta, myocardial function as a whole. Analysis of the graphs of pulse waves of blood pressure, reflecting mainly phase contractions of the myocardium of the left ventricle of the heart, cyclically ejecting the stroke volume of blood into the aorta, confirmed the legitimacy of the use of a methodology using point "B". Next, automatic points are plotted on the graph of each recognized ripple, taking into account their position on the average graph. The moment of registration of point “B” on the graphs of each cardiocycle with the help of the developed software is confidently estimated with an accuracy of ± 1 discrete, which is ± 1 ms at a signal sampling frequency of 1 kHz.

Разработанный метод артериальной пьезопульсометрии позволил использовать вариабельность точки «В» для определения и частотно-, и амплитудно-временных параметров, характеризующих функциональную активность периферических механизмов автономной регуляции мышечных эффекторов сердечно-сосудистой системы. На фиг. 2 (график «Б») можно видеть вертикальный разброс точек «В», наглядно отражающий вариабельность параметра VmaxPP. Как показала проверка, чувствительность определения амплитудно-временных параметров данным способом с помощью точки «В» составляет менее 1 mm Hg/s. При оценке вариабельности сердечного ритма через колебания длительности отдельных кардиоинтервалов пьезопульсограммы (параметра TNN - нашего аналога интервала RR комплекса QRS ЭКГ), их графики также накладываются, но выравниваются по ординате точки «В», что отражается в горизонтальном разбросе этих точек. Проводится одновременно спектральный анализ вариабельности этих параметров с целью оценки особенностей автономной регуляции и сердечного ритма (по TNN), и инотропной функции миокарда ЛЖС (по VmaxPP) в двух разных артериях - эластической центральной (a.carotis или aorta) и мышечно-эластической периферической (a. radialis). Это позволяет по различиям величин измеренных показателей VmaxPP количественно оценивать степень участия симпатической и парасимпатической систем в автономной регуляции величины пульсового артериального давления, а также миогенного тонуса стенок в этих артериях. Величины спектральной мощности {power spectral density (PSD)} вариабельности параметров TNN и VmaxPP пульсовых волн артериального давления, как функции частоты их колебаний, определяли по частотным диапазонам, рекомендованным Международными стандартами для оценки вариабельности сердечного ритма по TNN [1,2]. Анализировали 4 частотных диапазона: высокочастотный (HF; 0.15-0.4 Гц), низкочастотный (LF; 0.04-0.15 Гц), очень низкочастотный (VLF; 0.015-0.04 Гц), а также ультранизкочастотный (ULF), ограниченный частотами 0,003-0,015 Гц с периодами колебаний приблизительно от 1 до 6 мин. При этом исходили из собственных, а также ранее установленных данных литературы [4], свидетельствующих о сходстве волновой структуры колебаний сердечного ритма и пульсового артериального давления. В данной работе в соответствии с данными мировых литературных источников большее внимание уделено диапазонам HF и LF, которые в краткосрочных периодах обследования (short-term regulation of the cardiovascular system) лучше изучены и вместе составляют основную (при расчетах их сумму принимают за 100%) волновую спектральную мощность колебаний параметров пульсовых волн артериального давления крови, вызванную регуляторным воздействием вегетативной (автономной) нервной системы (ВНС) на сердечно-сосудистую систему. Исследовали относительную величину - индекс симпатовагального баланса - SVIx=[LF]n/[HF]n, где [LF] n и [HF] n - нормализованные спектральные мощности. Нормализация, т.е. исключение непериодических эктопических и случайных волновых колебаний артериального давления на графиках, выполнялась путем выбора фрагментов пульсограмм для анализа с минимумом видимых нарушений нормальной (т.е. «beat-to-beat») последовательности пульсовых волн, характерных для пожилых и больных людей. С этой же целью использовали метод математического преобразования по Lomb-Scargle (Lomb-Scargle periodogram, LSP) [9]. Этот метод позволил более точно, по сравнению с распространенным методом Фурье (Fast Fourier transform), судить об относительной вовлеченности симпатического и парасимпатического отделов ВНС в процесс автономной регуляции сердечно-сосудистой системы.The developed method of arterial piezopulsometry made it possible to use the variability of point “B” to determine both frequency and amplitude-time parameters characterizing the functional activity of peripheral mechanisms of autonomous regulation of muscular effectors of the cardiovascular system. In FIG. 2 (graph "B") you can see the vertical scatter of points "C", clearly reflecting the variability of the parameter VmaxPP. As the test showed, the sensitivity of determining the amplitude-time parameters in this way using the point "B" is less than 1 mm Hg / s. When assessing heart rate variability through fluctuations in the duration of individual cardiointervals of a piezo-pulseogram (TNN parameter — our analogue of the RR interval of the QRS ECG complex), their graphs are also superimposed, but aligned with the ordinate of point “B”, which is reflected in the horizontal scatter of these points. At the same time, a spectral analysis of the variability of these parameters is carried out in order to assess the features of autonomic regulation and heart rhythm (according to TNN), and the inotropic function of the myocardium of the LVS (according to VmaxPP) in two different arteries - the elastic central (a.carotis or aorta) and muscular-elastic peripheral ( a.radialis). This allows us to quantitatively assess the degree of involvement of the sympathetic and parasympathetic systems in the autonomous regulation of the value of pulse blood pressure, as well as the myogenic tone of the walls in these arteries, by the differences in the values of the measured VmaxPP indices. The values of the spectral power {power spectral density (PSD)} of the variability of the parameters TNN and VmaxPP of the pulse waves of blood pressure, as a function of the frequency of their oscillations, were determined from the frequency ranges recommended by the International Standards for assessing heart rate variability according to TNN [1,2]. Four frequency ranges were analyzed: high-frequency (HF; 0.15-0.4 Hz), low-frequency (LF; 0.04-0.15 Hz), very low-frequency (VLF; 0.015-0.04 Hz), as well as ultra-low-frequency (ULF), limited to frequencies of 0.003-0.015 Hz s periods of oscillation from about 1 to 6 minutes In this case, we proceeded from our own, as well as previously established literature data [4], which testify to the similarity of the wave structure of fluctuations in heart rate and pulse blood pressure. In this work, in accordance with the data of world literature, more attention is paid to the ranges of HF and LF, which in the short-term periods of the survey (short-term regulation of the cardiovascular system) are better studied and together constitute the main (when calculating their sum is taken as 100%) wave spectral power of fluctuations in the parameters of pulse waves of blood pressure caused by the regulatory effect of the autonomic (autonomous) nervous system (ANS) on the cardiovascular system. We studied the relative magnitude — the sympathovagal balance index — SVIx = [LF] n / [HF] n, where [LF] n and [HF] n are the normalized spectral powers. Normalization i.e. the exclusion of non-periodic ectopic and random wave fluctuations in blood pressure on the graphs was performed by selecting fragments of pulsograms for analysis with a minimum of visible violations of the normal (ie, beat-to-beat) sequence of pulse waves characteristic of elderly and sick people. For the same purpose, we used the method of mathematical transformation according to Lomb-Scargle (Lomb-Scargle periodogram, LSP) [9]. This method made it possible to more accurately, in comparison with the widespread Fourier method (Fast Fourier transform), judge the relative involvement of the sympathetic and parasympathetic divisions of the ANS in the process of autonomous regulation of the cardiovascular system.

Способ иллюстрируется чертежами (фиг. 1 и фиг. 2) и цифровыми результатами, представленными в таблице 1 в виде средних величин ± стандартная ошибка среднего. В таблице в качестве наглядного примера практического использования результатов разработки нового способа пьезопульсометрической оценки характера автономной регуляции сердечно-сосудистой системы у человека, приводятся данные, выявляющие формирование у пожилых людей эндогенного кардиопротекторного функционального механизма путем перестройки паттерна симпатоадреналовой автономной регуляции мышечных эффекторов сердечно-сосудистой системы в сторону усиления относительного влияния гуморальных катехоламинов, главным образом адреналина (А_г) и норадреналина (НА_г), порциями выделяющихся в кровь из хромаффинных клеток мозгового вещества надпочечников. Видно, что в процессе онтогенеза по мере увеличения возраста обследованных лиц снижается активность симпатических периферических эфферентов вегетативной нервной системы в частотном диапазоне LF, увеличивается активность парасимпатических эфферентов в диапазоне HF и возрастает регуляторная активность гуморальных катехоламинов (колебания в частотном диапазоне ULF). Гуморальные катехоламины сердечно-сосудистой системы, как и НА_н - нейромедиатор симпатического отдела вегетативной нервной системы, входят в состав единой симпатоадреналовой системы и при всех условиях реализуют свое регуляторное действие на мышечные эффекторы сердечно-сосудистой системы через те же адренорецепторы на поверхности клеток-мишеней, которые используются и симпатическими эфферентами вегетативной нервной системы, но действуют значительно эффективнее последних. Полученные результаты свидетельствуют о том, что гуморальные катехоламины могут играть важную роль в обеспечении работоспособности сердца пожилых людей в условиях естественного возрастного нарастания у них кислородной недостаточности, а также для эндогенной кардиопротекции - снижения вероятности возникновения тахиаритмий, стенокардии и других патологических состояний сердца, при воздействии психоэмоциональных и физических стрессовых факторов.The method is illustrated by drawings (Fig. 1 and Fig. 2) and the digital results presented in table 1 as average values ± standard error of the mean. The table as an illustrative example of the practical use of the results of developing a new method of piezopulsometric assessment of the nature of autonomic regulation of the cardiovascular system in humans, provides data revealing the formation of an endogenous cardioprotective functional mechanism in elderly people by restructuring the pattern of sympathoadrenal autonomic regulation of muscular cardiovascular system effectors towards enhancing the relative effects of humoral catecholamines, mainly nalin (A _g ) and norepinephrine (HA _g ), portions of which are released into the blood from the chromaffin cells of the adrenal medulla. It is seen that during ontogenesis, as the age of the examined individuals increases, the activity of sympathetic peripheral efferents of the autonomic nervous system decreases in the LF frequency range, the activity of parasympathetic efferents in the HF range increases, and the regulatory activity of humoral catecholamines increases (fluctuations in the ULF frequency range). The humoral catecholamines of the cardiovascular system, as well as HA _n - the neurotransmitter of the sympathetic part of the autonomic nervous system, are part of a single sympathoadrenal system and, under all conditions, exercise their regulatory effect on the muscle effectors of the cardiovascular system through the same adrenoreceptors on the surface of target cells, which are used by the sympathetic efferents of the autonomic nervous system, but act much more efficiently than the latter. The results obtained indicate that humoral catecholamines can play an important role in ensuring the working capacity of the heart of older people under conditions of natural age-related increase in oxygen deficiency, as well as for endogenous cardioprotection - reducing the likelihood of tachyarrhythmias, angina pectoris and other pathological conditions of the heart when exposed to psychoemotional and physical stressors.

Источники информацииSources of information

[1]. Heart rate variability. Standards of measurements, physiological interpretation, and clinical use // Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology // Circulation. - 1996. - Vol. 93. - P. 1043.[1]. Heart rate variability. Standards of measurements, physiological interpretation, and clinical use // Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology // Circulation. - 1996. - Vol. 93. - P. 1043.

[2] P.M. Баевский, Г.Г. Иванов, Л.В. Чирейкин и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем - Москва. 2002. 50 с.[2] P.M. Bayevsky, G.G. Ivanov, L.V. Chireikin et al. Analysis of heart rate variability using various electrocardiographic systems - Moscow. 2002.50 p.

[3]. Котельников С.А., Ноздрачев А.Д., Одинак М.М. и др. Вариабельность ритма сердца: представления о механизмах // Физиология человека. 2002. Т. 28. №1, С. 130-143.[3]. Kotelnikov S.A., Nozdrachev A.D., Odinak M.M. et al. Heart rate variability: understanding of mechanisms // Human Physiology. 2002.V. 28. No. 1, S. 130-143.

[4] Taylor J.A., Eckberg D.L. Fundamental relations between short-term RR interval and arterial pressure oscillations in humans // Circulation. 1996. V. 93. P. 1527.[4] Taylor J.A., Eckberg D.L. Fundamental relations between short-term RR interval and arterial pressure oscillations in humans // Circulation. 1996.V. 93.P. 1527.

[5] Wojciechowska W, Staessen JA, Nawrot T, Cwynar M,

, Stolarz K, Gasowski J,

, Richart T, Thijs L, Grodzicki T, Kawecka-Jaszcz K,

Reference values in white Europeans for the arterial pulse wave recorded by means of the SphygmoCor device. // Hypertens Res. 2006. 29(7):475-83.[5] Wojciechowska W, Staessen JA, Nawrot T, Cwynar M,

, Stolarz K, Gasowski J,

, Richart T, Thijs L, Grodzicki T, Kawecka-Jaszcz K,

Reference values in white Europeans for the arterial pulse wave recorded by means of the SphygmoCor device. // Hypertens Res. 2006.29 (7): 475-83.

[6] Laitinen Tomi., Hartikainen Juha, Niskanen Leo, Ghislaine Geelen, Lansimies Esko. Sympathovagal balance is major determinant of short-term blood pressure variability in healthy subjects // Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol. 45): 1999.- H1245-H1252.[6] Laitinen Tomi., Hartikainen Juha, Niskanen Leo, Ghislaine Geelen, Lansimies Esko. Sympathovagal balance is major determinant of short-term blood pressure variability in healthy subjects // Am. J. Physiol. (Heart Circ. Physiol. 45): 1999.- H1245-H1252.

[7] Нестеров В.П., Бурдыгин А.И., Конради А.О., Нестеров С. В. Способ определения скорости распространения пульсовой волны артериального давления крови и устройство для его осуществления // Бюллетень «Изобретения. Полезные модели». 2014. №10, С. 1-13. УДК 347.77.[7] Nesterov VP, Burdygin AI, Konradi AO, Nesterov SV A method for determining the propagation velocity of a pulse wave of blood pressure and a device for its implementation // Bulletin "Inventions. Useful models. " 2014. No. 10, S. 1-13. UDC 347.77.

[8] Nesterov V.P. The significance of Na⁺ in E.-C. Coupling in muscle //Adv. Exp. Med. Biol. 1992. V. 311. P. 19-29.[8] Nesterov VP The significance of Na ⁺ in E.-C. Coupling in muscle // Adv. Exp. Med. Biol. 1992. V. 311. P. 19-29.

[9] Skotte J.H., Kristiansen J. Heart rate variability analysis using robust period detection // BioMedical Engineering, OnLine. 2014. V. 13. P. 138.[9] Skotte J.H., Kristiansen J. Heart rate variability analysis using robust period detection // BioMedical Engineering, OnLine. 2014.V. 13.P. 138.

[10] Ferrara Nicola, Klara Komici, Graziamaria Corbi, et al. β-adrenergic receptor responsiveness in aging heart and clinical implications // Front Physiol. 2014. V. 4. P. 1-10.[10] Ferrara Nicola, Klara Komici, Graziamaria Corbi, et al. β-adrenergic receptor responsiveness in aging heart and clinical implications // Front Physiol. 2014.V. 4.P. 1-10.

Claims

1. A method of piezometric analysis of the nature of the autonomous regulation of muscle effectors of the cardiovascular system in humans, using at least one piezoelectric transducer, a transducer that interfaces between the transducer and a personal computer, and characterized in that a variance of the pulse blood pressure is used to assess the variability the ordinate of the absolute positive extremum of the pulse wave of blood pressure on the differential sphygmogram, and to assess the variable heart rate (by the duration of the cardiocycle) the scatter in abscissa of the same absolute positive extremum of the pulse wave of blood pressure in the differential sphygmogram is used.

2. The method according to p. 1, characterized in that the absolute positive extremum of the differential sphygmogram is used, on which the wave of blood pressure reflected from peripheral vascular resistance is never superimposed, which increases the accuracy of estimating the variable parameters of pulse waves of blood pressure.

3. The method according to claim 1, characterized in that two piezosensors and a single positive extremum are simultaneously used on the corresponding differential sphygmograms with simultaneous spectral analysis of the variability and value of the pulse blood pressure and heart rate (by the duration of cardiocycles) in two different arteries.