АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ И ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ АДАПТАЦИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА К ЭКЗОГЕННЫМ И ЭНДОГЕННЫМ ФАКТОРАМ
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СЕРДЕЧНОСОСУДИСТАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕКА 8
1.1 Общая характеристика биоэлектрической активности сердца 8
1.2 Электрокардиография 12
1.2.1 Аппаратура и методика записи электрокардиограммы 13
1.3 Математический анализ сердечного ритма 14
1.3.1 Показатели временного анализа ВРС 14
1.3.2 Спектральное оценивание временных рядов 16
1.4 ВЕЛОЭРГОМЕТРИЯ 17
1.4.1 Типы физических нагрузок 21
1.4.2 Реакция сердечно-сосудистой системы на нагрузку 24
2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОБРАБОТКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 27
2.1 Методические указания 27
2.2 Процедура проведенных экспериментальных исследований 28
2.3 Обработка и анализ экспериментальных данных 32
2.3.1 Временное оценивание 31
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 32
3.1 Исследование закономерностей изменчивости гемодинамических
показателей 32
3.2 Аналитическое описание процессов адаптации ССС человека при нагрузочных пробах 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. СЕРДЕЧНОСОСУДИСТАЯ СИСТЕМА ЧЕЛОВЕКА 8
1.1 Общая характеристика биоэлектрической активности сердца 8
1.2 Электрокардиография 12
1.2.1 Аппаратура и методика записи электрокардиограммы 13
1.3 Математический анализ сердечного ритма 14
1.3.1 Показатели временного анализа ВРС 14
1.3.2 Спектральное оценивание временных рядов 16
1.4 ВЕЛОЭРГОМЕТРИЯ 17
1.4.1 Типы физических нагрузок 21
1.4.2 Реакция сердечно-сосудистой системы на нагрузку 24
2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОБРАБОТКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 27
2.1 Методические указания 27
2.2 Процедура проведенных экспериментальных исследований 28
2.3 Обработка и анализ экспериментальных данных 32
2.3.1 Временное оценивание 31
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 32
3.1 Исследование закономерностей изменчивости гемодинамических
показателей 32
3.2 Аналитическое описание процессов адаптации ССС человека при нагрузочных пробах 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Вариабельность сердечного ритма человека - один из основных предикторов риска для организма человека. Анализ вариабельности сердечного ритма является методом оценки состояния механизмов регуляции физиологических функций в организме человека. ВРС рассматривается как интегральный маркер состояния множества систем и индикатор адаптационно-компенсаторной деятельности организма в целом.
Параметры сердечно-сосудистой системы являются главными составляющими для оценки изменения функционального состояния организма под влиянием факторов окружающей среды. Актуальной проблемой в определении отклика сердечно-сосудистой системы, является его единое нормирование на действие различных факторов, которое в настоящее время отсутствует. Главным в этом вопросе является мера соответствие изменчивости показателей сердечно-сосудистой системы влиянию различных внешних факторов.
Для того чтобы провести исследование и дать конкретную оценку воздействию резких изменений параметров окружающей среды на человека для начала необходимо как можно больше узнать об особенностях работы его сердечно сосудистой системы. В аспекте вышеизложенной проблематики тема данной магистерской диссертации актуальна.
Объектом исследования магистерской диссертации является влияние физической нагрузки на напряженность функционирования ССС человека. Предметом исследования являются вариации периода сердечных сокращений, системного артериального давления и оксигенации крови в зависимости от дозированной физической нагрузки.
Рассмотрена изменчивость сердечного ритма человека при физической нагрузке и восстановлении. Определенная в данной работе динамика периода сердечных сокращений, как временная, так и спектральная, во время экспериментов с нагрузкой является основой для прогнозирования возможных изменений состояний ССС человека при воздействии факторов окружающей среды.
Целью магистерской диссертации является аналитическое описание изменения периода сердечных сокращений в режиме нагрузочного тестирования в стадиях нагрузки и восстановления.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- выбор методики и проведение экспериментальных исследований отклика ССС человека на воздействие физической нагрузки;
- определение и создание базы данных параметров переходных процессов изменения периода сердечных сокращений человека при дозированной физической нагрузке во временной и спектральной областях на репрезентабельной выборке волонтеров;
- разработка эмпирической модели вариаций периода сердечных сокращений при физических нагрузках на организм человека.
На защиту выносятся следующие научные положения:
- у волонтеров без диагностированных отклонений в состоянии здоровья в возрасте от 18 до 24 лет с увеличением мощности физической нагрузки скорость приращения гемодинамических параметров различна и составляет 59% для индекса «двойного произведения» (Робинсона), 32% для пульса, 17% для систолического давления, 9% для диастолического давления, 7% для пульсового давления, 1% для оксигенации крови;
- изменчивость периода сердечных сокращений на интервалах нагрузок и восстановлений аппроксимируются экспоненциальными функциями с объясненной долей дисперсии порядка 80%. При этом основная доля оставшейся (20%) необъясненной дисперсии обусловлена почти периодическими составляющими с периодами от 5 до 60 с в зависимости от нагрузки на величину порядка 75%.
Достоверность научных положений и выводов, сделанных в работе, определяется следующим:
- использованием больших рядов экспериментальных данных и обоснованностью методики их регистрации и анализа;
- использованием общепринятых критериев достоверности статистических выводов;
- согласованностью результатов экспериментов с результатами, полученными другими авторами;
- проверенной методикой экспериментальных измерений и использованием поверенной аппаратуры.
Апробация работы:
1. Сорокин Д.В., Бородин А.С., Тужилкин Д.А. Аналитическое описание колебательных и переходных процессов адаптации сердечно-сосудистой системы человека к экзогенным и эндогенным факторам // Актуальные проблемы радиофизики: VIII Международная научно-практическая конференция, г. Томск, 1-4 октября 2019 г. Сборник трудов. - Томск: Издательский дом ТГУ, 2019. - С. 442-445.
2. Сорокин Д.В., Бородин А.С., Тужилкин Д.А. Оценки параметров функционирования сердечно-сосудистой системы человека при нагрузочных пробах как вероятных оценок влияния внешних факторов // Семнадцатая Всероссийская конференция студенческих научно-исследовательских инкубаторов, г. Томск, 11-15 мая 2020 г.
Параметры сердечно-сосудистой системы являются главными составляющими для оценки изменения функционального состояния организма под влиянием факторов окружающей среды. Актуальной проблемой в определении отклика сердечно-сосудистой системы, является его единое нормирование на действие различных факторов, которое в настоящее время отсутствует. Главным в этом вопросе является мера соответствие изменчивости показателей сердечно-сосудистой системы влиянию различных внешних факторов.
Для того чтобы провести исследование и дать конкретную оценку воздействию резких изменений параметров окружающей среды на человека для начала необходимо как можно больше узнать об особенностях работы его сердечно сосудистой системы. В аспекте вышеизложенной проблематики тема данной магистерской диссертации актуальна.
Объектом исследования магистерской диссертации является влияние физической нагрузки на напряженность функционирования ССС человека. Предметом исследования являются вариации периода сердечных сокращений, системного артериального давления и оксигенации крови в зависимости от дозированной физической нагрузки.
Рассмотрена изменчивость сердечного ритма человека при физической нагрузке и восстановлении. Определенная в данной работе динамика периода сердечных сокращений, как временная, так и спектральная, во время экспериментов с нагрузкой является основой для прогнозирования возможных изменений состояний ССС человека при воздействии факторов окружающей среды.
Целью магистерской диссертации является аналитическое описание изменения периода сердечных сокращений в режиме нагрузочного тестирования в стадиях нагрузки и восстановления.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- выбор методики и проведение экспериментальных исследований отклика ССС человека на воздействие физической нагрузки;
- определение и создание базы данных параметров переходных процессов изменения периода сердечных сокращений человека при дозированной физической нагрузке во временной и спектральной областях на репрезентабельной выборке волонтеров;
- разработка эмпирической модели вариаций периода сердечных сокращений при физических нагрузках на организм человека.
На защиту выносятся следующие научные положения:
- у волонтеров без диагностированных отклонений в состоянии здоровья в возрасте от 18 до 24 лет с увеличением мощности физической нагрузки скорость приращения гемодинамических параметров различна и составляет 59% для индекса «двойного произведения» (Робинсона), 32% для пульса, 17% для систолического давления, 9% для диастолического давления, 7% для пульсового давления, 1% для оксигенации крови;
- изменчивость периода сердечных сокращений на интервалах нагрузок и восстановлений аппроксимируются экспоненциальными функциями с объясненной долей дисперсии порядка 80%. При этом основная доля оставшейся (20%) необъясненной дисперсии обусловлена почти периодическими составляющими с периодами от 5 до 60 с в зависимости от нагрузки на величину порядка 75%.
Достоверность научных положений и выводов, сделанных в работе, определяется следующим:
- использованием больших рядов экспериментальных данных и обоснованностью методики их регистрации и анализа;
- использованием общепринятых критериев достоверности статистических выводов;
- согласованностью результатов экспериментов с результатами, полученными другими авторами;
- проверенной методикой экспериментальных измерений и использованием поверенной аппаратуры.
Апробация работы:
1. Сорокин Д.В., Бородин А.С., Тужилкин Д.А. Аналитическое описание колебательных и переходных процессов адаптации сердечно-сосудистой системы человека к экзогенным и эндогенным факторам // Актуальные проблемы радиофизики: VIII Международная научно-практическая конференция, г. Томск, 1-4 октября 2019 г. Сборник трудов. - Томск: Издательский дом ТГУ, 2019. - С. 442-445.
2. Сорокин Д.В., Бородин А.С., Тужилкин Д.А. Оценки параметров функционирования сердечно-сосудистой системы человека при нагрузочных пробах как вероятных оценок влияния внешних факторов // Семнадцатая Всероссийская конференция студенческих научно-исследовательских инкубаторов, г. Томск, 11-15 мая 2020 г.
В результате проведенного эксперимента на однородной выборке волонтеров (24 человека в возрасте 18-25 лет) получены основные закономерности вариаций периода сердечных сокращений человека во время фаз нагрузок, мощность которых изменяется в диапазоне от 25 до 210 Вт, и отдыха.
У волонтеров без диагностированных отклонений в состоянии здоровья в возрасте от 18 до 25 лет в стадиях восстановления лишь часть показателей характеризуются достоверным (p<0.05) уровнем значимости, а также наблюдаются меньшие, в сравнении со стадиями нагрузки, коэффициенты детерминации, что может объясняться разным уровнем физической работоспособности испытуемых и, соответственно, разной скоростью восстановления, т.е. в данном случае сказывается влияние индивидуальных особенностей волонтеров на интегральные результаты по выборке. Данный результат также известен в литературе как разброс индивидуальной продолжительности фазы замедленного восстановления.
С увеличением мощности подаваемой физической нагрузки скорость приращения гемодинамических параметров различна и составляет 59% для индекса «двойного произведения» (Робинсона), 32% для пульса, 17% для систолического давления, 9% для диастолического давления, 7% для пульсового давления, 1% для оксигенации крови.
У 96% волонтеров без диагностированных отклонений в состоянии здоровья в возрасте от 18 до 24 лет в результате динамической нагрузки индекс инотропного резерва уменьшается в сравнении с нормальным уровнем (60%) в среднем на 55%; при этом у индекс хронотропного резерва снижается по сравнению с нормальным уровнем (110-139%) у 75% волонтеров в среднем на 34%; индекс коронарного резерва снижается по сравнению с нормальным уровнем (75-100%) у 54% волонтеров в среднем на 12%.
На основе проведенной декомпозиции остатков видно, что все составляющие процесса изменяют свой характер при разной нагрузке. Характер динамики трендовых и почти периодических составляющих меняется в зависимости от величины физической нагрузки. Изменчивость периода сердечных сокращений на интервалах нагрузок и восстановлений аппроксимируется экспоненциальными функциями с объясненной долей дисперсии порядка 80%. При этом основная доля оставшейся (20%) необъясненной дисперсии обусловлена почти периодической составляющей в диапазоне периодов от 5 до 60 с величиной порядка 75%, т. е. трендовые компоненты необъясненной дисперсии не являются принципиально существенными.
У волонтеров без диагностированных отклонений в состоянии здоровья в возрасте от 18 до 25 лет в стадиях восстановления лишь часть показателей характеризуются достоверным (p<0.05) уровнем значимости, а также наблюдаются меньшие, в сравнении со стадиями нагрузки, коэффициенты детерминации, что может объясняться разным уровнем физической работоспособности испытуемых и, соответственно, разной скоростью восстановления, т.е. в данном случае сказывается влияние индивидуальных особенностей волонтеров на интегральные результаты по выборке. Данный результат также известен в литературе как разброс индивидуальной продолжительности фазы замедленного восстановления.
С увеличением мощности подаваемой физической нагрузки скорость приращения гемодинамических параметров различна и составляет 59% для индекса «двойного произведения» (Робинсона), 32% для пульса, 17% для систолического давления, 9% для диастолического давления, 7% для пульсового давления, 1% для оксигенации крови.
У 96% волонтеров без диагностированных отклонений в состоянии здоровья в возрасте от 18 до 24 лет в результате динамической нагрузки индекс инотропного резерва уменьшается в сравнении с нормальным уровнем (60%) в среднем на 55%; при этом у индекс хронотропного резерва снижается по сравнению с нормальным уровнем (110-139%) у 75% волонтеров в среднем на 34%; индекс коронарного резерва снижается по сравнению с нормальным уровнем (75-100%) у 54% волонтеров в среднем на 12%.
На основе проведенной декомпозиции остатков видно, что все составляющие процесса изменяют свой характер при разной нагрузке. Характер динамики трендовых и почти периодических составляющих меняется в зависимости от величины физической нагрузки. Изменчивость периода сердечных сокращений на интервалах нагрузок и восстановлений аппроксимируется экспоненциальными функциями с объясненной долей дисперсии порядка 80%. При этом основная доля оставшейся (20%) необъясненной дисперсии обусловлена почти периодической составляющей в диапазоне периодов от 5 до 60 с величиной порядка 75%, т. е. трендовые компоненты необъясненной дисперсии не являются принципиально существенными.