УДК: 612.13
ФАЗОВАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ ЧЕЛОВЕКА ПРИ УПРАВЛЯЕМОМ ДЫХАНИИ
, к. б.н., в. н.с., лаборатория клеточной нейробиологии, ФГБУ Институт биофизики клетки РАН, Пущино, Россия, *****@***psn. ru
, к. б.н., доцент, кафедра медико-биологических дисциплин и фармакогнозии ФГБОУ ВО «Тульский государственный педагогический университет им. », Тула, Россия, *****@***com
, д. б.н., проф., г. н.с., лаборатория клеточной нейробиологии, ФГБУ Институт биофизики клетки РАН, Пущино, Россия, *****@***ru
Аннотация. Управляемое дыхание увеличивает фазовую синхронизацию колебаний в сердечно-сосудистой системе человека вследствие изменения венозного давления и симпатической модуляции тонуса сосудов.
Ключевые слова: микроциркуляция, контролируемое дыхание, фазовая синхронизация, лазерная допплеровская флоуметрия, вариабельность ритма сердца.
Известно, что формирование респираторно-зависимых колебаний в микроциркуляторном кровотоке обусловлено, по меньшей мере, двумя механизмами: пассивным распространением дыхательной модуляции кровяного давления и посредством вазомоторных рефлексов, обусловленных респираторной модуляцией активности симпатического отдела вегетативной нервной системы [1]. К настоящему времени достаточно хорошо изучен феномен респираторно-синусовой аритмии, проявляющийся как циклическое увеличение частоты сердечных сокращений в фазу вдоха и ее уменьшение во время выдоха Выяснение механизмов формирования респираторно-связанной вариабельности ритма сердца остается одной из задач современной физиологии [3, 4]. Целью исследования была количественная оценка влияния управляемого дыхания в широком частотном диапазоне навязываемого респираторного ритма на фазовую синхронизацию вариабельности ритма сердца и колебаний скорости кровотока для участков кожи с различной выраженностью иннервации симпатическими волокнами вегетативной нервной системы.
В исследовании принимали участие 29 условно здоровых девушек нормального телосложения без острых и хронических патологий. Кожную перфузию регистрировали при помощи двухканального лазерного допплеровского анализатора ЛАКК-02 (НПП «ЛАЗМА», Россия) с двумя идентичными инфракрасными зондами в положении сидя одновременно с двух участков кожи левой руки с различной выраженностью иннервации симпатическими волокнами вегетативной нервной системы [5]: на наружной поверхности предплечья и на подушечке указательного пальца. Вариабельность ритма сердца оценивали по данным электрокардиографии при помощи аппаратно-программного комплекса «ВНС-Микро» (, Россия). Для каждого участника проводили 6 последовательных 5-ти минутных записей: первую при естественном ритме дыхания, последующие шесть – в режиме управляемого дыхания с различными частотами (0.25, 0.16, 0.10, 0.07 и 0.05 Гц). Глубина дыхания была фиксированной для всех частот навязываемого дыхательного ритма и составляла 40% от индивидуальной максимальной величины экскурсии грудной клетки. Степень синхронизации фаз вариабельности ритма сердца и колебаний скорости кровотока в коже предплечья и подушечки пальца определяли по величине функции фазовой вейвлет-когерентности [2, 6].
Таблица. Значения функции фазовой вейвлет-когерентности колебаний в сердечно-сосудистой системе для естественного (покой) и управляемого (проба) дыхания
Частота (Гц) | кожа предплечья – кожа подушечки пальца | вариабельность ритма сердца – кожа предплечья | вариабельность ритма сердца – кожа подушечки пальца | |||
покой | проба | покой | проба | Покой | проба | |
0.05 | 0.41 | 0.84* | 0.29 | 0.79* | 0.28 | 0.82* |
0.067 | 0.46 | 0.75* | 0.41 | 0.86* | 0.38 | 0.83* |
0.1 | 0.49 | 0.92* | 0.46 | 0.91* | 0.48 | 0.90* |
0.16 | 0.31 | 0.89* | 0.32 | 0.84* | 0.41 | 0.87* |
0.25 | 0.28 | 0.83* | 0.23 | 0.71* | 0.30 | 0.71* |
* p < 0.05 по критерию Вилкоксона
Обнаружено увеличение степени фазовой синхронизации между кровотоком кожи предплечья и подушечки пальца на частоте навязанного респираторного ритма для всех режимов контролируемого дыхания по сравнению с естественной частотой и глубиной дыхания (Табл.). Так же выявлено увеличение степени фазовой синхронизации между вариабельностью ритма сердца и кровотоком кожи обоих исследуемых участков кожи (Табл.). При этом, увеличение фазовой синхронизации вариабельности ритма сердца наблюдается как для кровотока кожи подушечки пальца (с более выраженной адренергической иннервацией), так и для кровотока кожи предплечья (с относительно слабой симпатической иннервацией). Таким образом, фазовая синхронизация колебаний в сердечно-сосудистой системе не зависит от степени иннервации кожи симпатическими волокнами вегетативной нервной системы. Следует отметить, что при естественном дыхании глубина вдоха не превышает 15% от максимальной, в то время как в режиме управляемого дыхания глубина составила 40%. Поэтому, мы полагаем, что наблюдаемое нами достоверное увеличение фазовой синхронизации колебаний в сердечно-сосудистой системе в условиях глубокого контролируемого дыхания обусловлено в первую очередь повышенной глубиной дыхания.
Таким образом, в ходе проведенного исследования показано, что глубокое управляемое дыхание приводит к увеличению синхронизации респираторно-зависимых колебаний кровотока кожи и вариабельности ритма сердца, поскольку усиливаются оба потенциальных механизма генерации дыхательной волны - венозное давление и симпатическая модуляция тонуса сосудов. Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (грант РФФИ № 15-04-03429).
ЛИТЕРАТУРА
1. Пульсовые и дыхательные осцилляции кровотока в микроциркуляторном русле кожи человека. Физиология человека. 2008. Т. 34. С. 70-76.
2. Bandrivskyy A., Bernjak A., McClintock P., Stefanovska A. Wavelet phase coherence analysis: application to skin temperature and blood flow. Cardiovasc. Eng. 2004. V. 4. P. 89-93.
3. Eckberg D. L. Point: Respiratory sinus arrhythmia is due to a central mechanism. J. Appl. Physiol. 2009. V. 106. P. 1740-1742.
4. Karemaker J. M. Counterpoint: Respiratory sinus arrhythmia is due to the baroreflex mechanism. J. Appl. Physiol. 2009. V. 106. P. 1742-1743.
5. Muck-Weymann M. E., Albrecht H. P., Hager D. et al. Respiratory-dependent laser-Doppler flux motion in different skin areas and its meaning to autonomic nervous control of the vessels of the skin. Microvasc. Res. 1996. V. 52. P. 69-78.
6. Tankanag A. V. Grinevich A. A., Kirilina T. V. et al. Wavelet phase coherence analysis of the skin blood flow oscillations in human. Microvasc. Res. 2014. V. 95. P. 53-59.
PHASE SINKHRONIZATION OF HUMAN CARDIOVASCULAR OSCILLTAIONS UNDER CONTROLLED BREATHING
Tankanag A. V., Institute of Cell Biophysics RAS, Pushchino, Russia
Krasnikov G. V., Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University, Tula, Russia
Chemeris N. K., Institute of Cell Biophysics RAS, Pushchino, Russia
Annotation. Controlled breathing increased the phase synchronization of cardiovascular oscillations in humans because of enhancement of venous pressure and sympathetic modulation of vascular tone.
Keywords: microcirculation, controlled breathing, phase synchronization, laser Doppler flowmetry, heart rate variability.
Тезисы публикуются впервые. 3 ноября 2017 г.
